9.7.2019. Autor: Matko Jović i Željko Marušić

Elektromagnetsko pokretanje ventila, budućnost se odgađa, evo i zašto:

Ventile otvaraju elektromagneti, a zatvaraju opruge, zamjenjujući složen i masivan mehanizam s bregastim vratilima pogonjenim lancem ili zupčastim remenom. Pruža neograničene mogućnosti upravljanja radom ventila, ali je skup i (zasad) nedovoljno pouzdan

Razvodni mehanizam, odnosno pokretanje i upravljanje radom ventila, bitno utječe na performanse motora. Stoga se koriste različita rješenja, kako bi se vremena otvaranja te trajanje otvorenosti prilagodili radu motora u svim uvjetima. 

Različite i vrlo složene izvedbe bregastih vratila omogućuju određenu varijabilnost bitnih parametara, a konačni je cilj osigurati mogućnost beskonačnog variranja vremena otvaranja i trajanja otvorenosti ventila. 

Jedno od mogućih rješenja je elektromagnetski razvod. Sklop opruga i brzodjelujućih elektromagneta, na temelju elektromagnetske indukcije (privlačna sila elektromagneta svladava opružnu silu), omogućuje povećanje učinkovitosti. 

Prednost je višestruka: za isti obujam motora moguće je ostvariti porast snage veći od deset posto te toliko smanjiti potrošnju. Znatno je jednostavnije nego kod mehaničkog sustava izvesti i selektivno isključivanje pojedinih cilindara (mehaničku inačicu GM je uveo 1981.), što dodatno smanjuje potrošnju goriva. 

Bolje ispiranje cilindra koje se postiže ovakvim sustavom i pogodnost za kombiniranje s tehnikom izravnog ubrizgavanja goriva omogućuju povećanje stupnja kompresije bez opasnosti detonantnog izgaranja. 

To povećava termodinamički stupanj korisnog djelovanja motora i smanjuje potrošnju, posebno u nižem režimu. 


Proces recirkulacije ispušnih plinova bez dodatnih mehaničkih zahvata na motoru, odnosno EGR-ventila (otvaranje usisnog ventila tijekom takta ispuha propušta ispušne plinove u usisnu granu koji se u sljedećem taktu vraćaju u motor i tako se smanjuje količina NOx), pojednostavljuje izvedbu i smanjuje cijenu. 

Posebno je korisno povećanje snage pri nižem broju okretaja. Pojednostavljuje se i izvedba glave motora, jer se bitno smanjuje ili uklanja potreba za klasičnim podmazivanjem uljem iz kartera. 

Glavna prednost: za isti obujam motora moguće je ostvariti porast snage veći od deset posto te jednako toliko smanjiti potrošnju. Otpada i potreba podešavanja zazora ventila

Elektromagnet je spojen na motku s oprugom, koju rasteže i koja ga vraća u početni položaj. Potom djeluje na ventil, zbijajući njegovu oprugu. Korištenjem antifrikcijskih materija u spojevima praktički prestaje potreba za održavanjem. 

Treba ipak računati na mane: elektromagnetski je sustav osjetljiviji od pouzdane mehanike, a ako samo jedan kontakt otkaže, posljedice su jednake kao kod pucanja zupčastog remena klasičnih motora.

ELEKTROMAGNETSKI: velika fleksibilnost, visoka potrošnja energije, povećava visinu motora.

ELEKTROHIDRAULIČKI: velika fleksibilnost, moguća ugradnja, u postojeće glave i za dizelske motore.

ELEKTROMEHANIČKI: ograničena fleksibilnost, usto nužna je posebna izvedba glave motora.


Mogućnosti klasičnog razvodnog mehanizma, čak  i uz podešavanje faze ventila, došla je do kraja. BMW 316 ti Compact je 2001. uveo sustav Valvetronic, elektromehanički sustav koji uz podešavanje faze i vremena otvorenosti ventila omogućuje i podešavanje hoda usisnih ventila.

Time prestaje potreba za usisnom zaklopkom u svrhu podešavanja snage, na kojoj nastaju usisni gubici koji povećavaju potrošnju goriva (problem otto motora). Fiat je 2010. u model 500 ugradio 2-cilindarski benzinac TwinAir koji je uveo elektrohidrauličko pokretanje usisnih ventila.

Kod klasičnog sustava trajanje otvorenosti ventila zadano je konstrukcijom razvodnog mehanizma, a sustavima VVT (variable valve timing) moguće je varirati samo fazu (pomicati taj vremenski interval naprijed i nazad).

 Postoje i komplicirane koncepcije podešavanja hoda ventila i vremena otvorenosti, a time i preklapanja otvorenosti usisnih i ispušnih ventila, ali uz kompliciranu mehaniku i ograničene mogućnosti. Ovaj sustav omogućava neograničeno podešavanje svih parametara, neovisno o 'krutoj' mehanici.

VANOS (njem. variable Nockenwellensteuerung), najpoznatiji sustav mehaničkog podešavanja faze ventila, BMW je uveo 1992. u DOHC 6-cilindraše, za usisne ventile, a 1996. i Double VANOS, za podešavanje usisnih i ispušnih ventila. Mehaničko-hidrauličke jezgre relativno zakreću bregasta vratila prema pogonskim lančanicima, varirajući fazu.

Prije devet godina Fiat se vratio rednoj 2-cilindarskoj koncepciji motora, kakve su u Torinu proizvodili od 1957. (Nuova 500) do 2000. (126 Bis). Bio je to ipak golemi iskorak. Motor TwinAir ima vodeno umjesto zračnog hlađenja, pored atmosferske sa 964 ccm (65 KS) i turbo verziju sa 875 ccm (80 - 105 KS). 

Najveći je napredak u razvodnom mehanizmu, jer se usisni ventili, umjesto klasično, pokreću elektrohidrauličkim mehanizmom. 

Hidraulički aktuatori odnosno cilindri prenose pomak s trećeg brijega bregastog vratila na usisne ventile. Neograničeno podešavanja vremena otvaranja i hoda ventila omogućuje podešavanje snage te usisna zaklopka postaje nepotrebna. 

To je jedan od bitnih elemenata za povećanje učinkovitosti, jer se smanjuju usisni gubici, posebice u gradskoj vožnji. Sve se potvrdilo u praksi, jer je motor elastičan, temperamentan i razmjerno štedljiv, usto pouzdan.

Rezime elektromagnetskog pokretanja ventila:

PREDNOSTI

12% NIŽA POTROŠNJA

goriva zabilježena je u testnim uvjetima uz proporcionalno smanjenje emisije CO2, što povećava izglede za serijsku proizvodnju

2X BRŽI OD MEHANIKE

elektromagnetski aktuatori reagiraju u milisekundi, gurajući ventila 8 mm, dvostruko brže nego s mehaničkim razvodnim sustavom

EKOLOŠKE PREDNOSTI

Preciznije podešavanje, brže otvaranje i zatvaranje ventila te unutarnja recirkulacija omogućuju ispunjenje strožih ekoloških normi

MANE

48V INSTALACIJA

nužna je kako bi se učinkovito pomicali elektromagnetski aktuatori, koji u treptaju oka trebaju svladati oprugu i gurnuti ventil

CIJENA I POUZDANOST

Zbog zahtjevne i skupe izvedbe ugradnja(povećava cijenu 1500 do 2000 eura) se od 2022. može očekivati u skupim modelima, ako se dotada riješe trajnost i pouzdanost







Gulf

Tembo