DISTRIBUŢIE VARIABILĂ-SISTEMUL VALVETRONIC

Sistemul Valvetronic ce echipează noile motoare cu patru cilindri a

firmei BMW a apărut pe piaţă în luna iunie a anului 2001, o dată cu lansarea

modelului 316ti Compact. Caracteristica notabilă a motorului, sistemul

Valvetronic, face din aceasta primul motor din lume fara obturator, funcţia

sa fiind inlocuită de ridicarea variabilă a supapelor de admisie.Această

inovaţie reprezintă un salt în istoria motoarelor cu ardere internă,

comparabil, ca semnificaţie, cu trecerea de la carburator la sistemul de

injecţie , de la managementul mecanic al motorului , la cel

electronic.Avantajul constă in reducerea semnificativă a consumului de

combustibil,combinată cu o scădere a emisiilor poluante, precum si un

răspuns mai bun al motorului.

Pană acum, procesul de control al distribuţiei gazelor unui motor cu

aprindere comandată a fost un compromis intre putere şi cuplu,pe de o parte,

şi consum de combustibil, emisii şi confort, pe de altă parte.Comanda

variabilă a supapelor a culminat cu sistemul Vanos, produs de BMW, ca cea

mai sofisticată tehnologie de acest tip, care reduce compromisul la

minimum, dar nu poate furniza o soluţie completă şi multilaterală. Aceasta

deoarece clapeta obturatoatre (clapeta de aer) face imposibila reducerea

consumului peste o anumită limită, pentru ca se obstrucţionează admisia

liberă a aerului în motor, pentru o gamă largă de regimuri de funcţionare.

Pentru a recapitula acest aspect, amintim că obturatorul controlează sarcina

motorului. Fără obturator, motorul ar funcţiona la sarcină maximă. Atunci

când clapeta de aer nu este complet deschisă, se produce o scădere de putere

şi o creştere de consum, datorată rezistenţei gazodinamice introduse de

obturator. Deşi Vanos este capabil sa regleze momentele de deschidere şi

închidere ale supapelor, aceasta opţiune de control a motorului are unele

limite.

Fig. 1. Schema de principiu al sitemului Valvetronic

Specialiştii de la BMW au reuşit să obţină efectul produs de obturator

prin înlocuirea acestuia cu un sistem de ridicare variabilă a supapei de

admisie, creînd astfel primul sistem de distribuţie variabilă totală, utilizabil

la un automobil de serie. Denumit Valvetronic, sistemul are la bază

distribuţia variabilă Vanos, care se bucură deja de succes pe piaţă. Acum,

sistemul adiţional de ridicare variabilă a supapei de admisie ajustează

acţiunea efectivă a camei şi, în consecinţă, aria orificiului oferit de supapa de

admisie şi durata de deschidere, funcţie de cerinţele specificate implicate.

Reducerea consumului de combustibil, realizată de conceptul de

control al sarcinii fără obturator, este de aproixmativ 10%, conform ciclului

EU, şi de cel puţin 10%, în condiţii normale de conducere.Economia creşte

cu atat mai mult cu cat şoferul utilizeaza motorul la sarcini şi turaţii reduse.

Potenţialul oderit de Valvetronic este mult mai mare decât la alte

sisteme de distribuţie variabilă.

FUNCŢIONAREA VALVETRONIC

În principiu, Valvetronic este format din următoarele componente:

arborele de distribuţie al supapelor de admisie, opt pârghii intermediare şi un

arbore excentric. Acest modul preasamblat este plasat în chiulasă. Graţie

Valvetronic, arborele de distribuţie nu acţioneaza direct asupra culbutorilor,

ci prin intermediul unei pârghii intermediare. Spre deosebire de culbutori,

care sunt poziţionaţi orizontal sub arborele de distribuţie, pârghiile

intermediare sunt aşezate vertical, lângă arborele de distribuţie. Ele sunt

prevăzute, în partea de mijloc, cu o rolă care urmăreşte profilul camei. Partea

de jos a acestora se sprijină pe rola culbutorului, iar cea de sus pe un arbore

excentric, tot prin intermediul unei role.

Fig. 2. Succesiunea etapelor de concepere a sistemului

Când arborele de distribuţie se roteşte, pârghia intermediară se mişcă

asemeni unui pendul. Pentru a converti această mişcare orizontală într-una

verticală, pârghia are un contur cu o formă complexă, comparabilă, la prima

vedere, cu un bumerang; jumătatea liniei de contur se mişcă paralel cu

colbutorul, cealaltă jumatate este sub un mic unghi. Numai când partea

înclinată a conturului acţionează asupra rolei culburatorului, apăsandu-l în

jos în timpul procesului, supapa de admisie se deschide.

Datorită raportului de transmisie a parghiei, numai jumătate din

conturul întregului bumerang este sesizată de către culbutor. Punctul de

început şi cel de sfarşit al acestei jumătăţi este determinat de punctul de

pivotare al pârghiei. Aici intră în rol arborele excentric, comandat de un

electromotor.

Fig. 3. Electromotorul de actionare a sectorului dinţat

Atunci când presează pe rola superioară a pârghiei intermediare spre

arborele de distribuţie, punctul de pivotare şi, corespunzător, zona efectivă a

conturului bumerangului se schimbă în consecinţă. Aceasta înseamnă că

înalţimea de ridicare a supapei de admisie poate varia între poziţia închis

(doar teoretic) şi poziţia de deschidere maximă, acesta fiind principiul de

baza al sistemului Valvetronic.

Înalţimea de ridicare a supapei variază între 0 şi 9,7 mm. Motorul

electric care reglează arborele excentric, prin intermediul unui angrenaj

melcat, are nevoie de doar 300 de milisecunde pentru a se mişca de la

pozoţia de ridicare minumă la cea maximă. În plus, există şi posibilitatea

sistemului Vanos, de a roti arborii de distribuţie ai supapelor de admisie şi ai

celor de evacuare într-un interval de regaj de 60 de grade RAC.

Fig. 4. Cursa supapei

Pentru realizarea reglajelor sunt necesare sisteme de control extrem

de puternice. De aceea, Valvetronic are propriul său computer, conectat cu

unitatea centrală a motorului, ambele însumând o capacitate de 1,6 Mb.

Toate părţile în mişcare ale sistemului de comandă a supapelor sunt

optimizate pentru a se reduce masa totală la 82 grame pentru fiecare supapă,

stabilind, în acelaşi timp, un record în materie de fricţiune, prin utilizarea

rolelor.

Valvetronic nu opereză numai cu precizia unui ceasornic, ci este

fabricat şi cu această precizie. Pârghiile intermediare sunt turnate printr-un

proces special şi apoi prelucrate cu o pricizie întâlnită până acum doar în

fabricarea sistemelor de injecţie ale motoarelor diesel. Astfel, forma

particulară a pârghiei- conturul bumerangului- este finisată cu o precizie de 8

miimi de milimetru.

AVANTAJE DECISIVE

Un alt avantaj al Valvetronic este ca oferă un consum de combustibil

comparabil cu cel obţinut de motoarele pe benzină cu injecţie directă, dar

fără compromisuri în termeni de emisie. Din acest motiv nu reclamă

tehnologia de management a emisiilor poluante, ca motoarele cu injecţie

directă. Un alt avantaj este ca motorul cu Valvetronic nu necesită

combustibil fără sulf, ca motoarele cu injecţie directă, şi atinge nivele înalte

de economicitate, utilizând toata gama de cifre octanice existentă.

În afară de aceste remarcabile beneficii în termeni de economie de

combustibil, conceptul Valvetronic oferă şi alte avantaje:

-pornire excelentă la rece ;

-mers liniştit al motorului ;

-un răspuns direct şi spontan niciodată atins pană în prezent.

Aceste beneficii sunt atribute ale caracteristicilor fundamentale ale

noii tehnologii BMW: la sarcini parţiale, motorul Valvetronic lucrează cu

ridicări ale supapei de admisie relativ mici, de aproximativ 0,5-2 mm. Când

ridicarea supapei este atât de mică, combustibilul intră în camera de ardere

printr-un orificiu îngust, permiţând (numai datorită viteyei de curgere) ca

amestecul aer / combustibil să se atomizeze în mod ideal, chiar şi în cazul

motorului rece. Pulverizarea fină a combustibilului este, de asemenea,

condiţia necesara pentru o aprindere şi o ardere rapida şi eficace. În plus

există şi avantajul mersului liniştit la sarcini parţiale, deoarece supapele de

mişcă uşor în aceste condiţii.

Încă un avantaj este spontaneitatea cu care raspunde motorul când

şoferul apasă acceleraţia. Aceasta se datorează faptului că managementul

sarcinii motorului se realizează chiar la nivelul camerei de ardere,

eliminându-se întârzierea între momentul apasării acceleraţiei şi răspunsul

motorului.

Fig. 5. Diagrama de moment

Noul motor de patru cilindri produs de BMW impune un standard şi

pantru comportamentul la sarcină totală, furnizând astfel performanţe

dinamice şi caracteristici neatinse până în prezent. Astfel, puterea motorului

de 1.81, care va echipa modelul 316ti, este de 85 kW la 5500 rpm, iar cuplul

este de 175Nm la 3750 rpm. Cel puţin 90% din valoarea cuplului este

disponibilă într-un interval de turaţii de 3000 rpm.

MOTOR ÎN ÎNTREGIME NOU

Nu numai chiulasa, dar şi întregul motor are un design total nou,

având o gamă largă de caracteristici speciale , în scopul reducerii

consumului şi creşterii fiabilităţii. Blocul motorului este fabricat din

aluminiu , prin turnare sub presiune,ceea ce permite o reducere a grosimii

pereţilor şi o scadere a masei.

Între carter şi baia de ulei există un cadru care conţine cei doi arboride

echilibrare, precum şi pompa de ulei, amplasată dedesubt. Aceasta

configuraţie face ca întregul mecanism motor să fie compact şi stabil,

reducând astfel transmiterea vibraţiilor către alte componente. Toate reperele

auxiliare sunt fixate direct pe blocul motor, prin intermediul şuruburilor,fără

să mai fie necesare suporturi.

Depresiunea necesară funcţionării servofrânei, furnizată de obturator

la motoarele convenţionale, este generetă, în acest caz, de o pompă de

vacuum, dispusă la capătul axei cu came a supapelor de evacuare.

Motorul este totuşi prevăzut cu un tip de obturator, însă acesta

îndeplineşte numai funcţii de diagnosticare şi de ventilaţie a rezervorului de

combustibil. În condiţii normale de funcţionare, obturatorul rămâne deschis

la maximim.

Ca la toate motoareleBMW, arborii de distribuţie sunt antrenaţi prin

intermediul unui lanţ ce nu necesită întreţinere pe parcursul întregii durate de

serviciu a motorului.

Fig. 6. Distributie cu lanţ specifică BMW

Orificiile pentru lichidul de răcire, din jurul cămăşilor de cilindri,

permit aplicarea unui nou concept de curgere a fluidului, cu numai un sfert

din rezistenţa la curgere uzuala. Astfel, nu există circulaţie forţata a

lichidului de răcire prin blocul motor, aceasta fiind asigurată numai de

diferenţa de presiune. Ca rezultat, pompa de apă este numai jumătate ca

mărime decât uan convenţională, iar puterea absorbită este scăzută cu 60%.

Pompa de apă, dispusă pe blocul motor, în partea de ieşire a evacuării, are

acţionare comună cu pompa servodirecţiei şi livrează lichid de răcire direct

către chiulasă. La chiulasă, lichidul de răcire curge mai întâi către punctele

cele mai fierbinţi din zona supapelor de evacuare şi apoi către cele de

admisie. Avantajul procesului de curgere este excelenta eficienţă a răcirii, cu

temperaturi maxime prin chiulasă cu aproximativ 60 de grade mai reduse

decât la un motor cu lichidul de răcire curgând longitudinal de la un capăt la

celălalt. Marele avantaj constă în reducerea consumului de combustibil,

datorată micşorarii puterii necesară acţionării pompei, şi un control mai bun

al detonaţiei,datorat răcirii mai bune a chiulasei.

Dispunerea pompei de lichid şi a celei pentru servodirecţie ,

permiţându-i să funcţioneze cu un consum de putere mai redus.

TEHNOLOGIE AVANSATĂ PENTRU COMPONENTE

Noul motor BMW oferă ultimele realizări tehnologice şi pentru

celelalte componente ale sale.

Computerul de bord este un microprocesor de bază al sistemului , care

controlează aprinderea , injecţia de combustibil , senzorul de oxigen si alte

funcţii auxiliare.

Acesta aprvizionează cu date de ieşire un computer de bord prevazut

cu un ecran pentru a vizualiza informaţii despre consumul mediu de

combustibil , distanta care poate fi parcursă cu combustibilul din rezervor ,

viteza medie , temperatura exterioară si altele.

Fig. 7. Sistemul de management al motorului

DME monitorizează în permanenţă factori cum ar fi temperatura

motorului , viteza , cantitate de aer introdusă în motor , compoziţia gazelor

arse şi chiar altitudinea.

DME analizează parametrii motorului de sute de ori pe secundă pentru

a obţine maximul de performanţă si eficienţă.

DME are un program de autoprotejare în eventualitatea unei erori

electrice.De asemenea este prevăzut cu OBD (on board diagnostic).

Cele două sarcini principale ale DME sunt:

- Injectarea unei doze optime de combustibil;

- A da scânteia la timp.

Pentru a putea fi posibile aceaste două condiţii sistemul trebuie să ştie

exact parametrii motorului.

DME trebuie să se bazeze pe trei lucruri:

- cât aer patrunde în camera de ardere;

- poziţia clapetei;

- turaţia motorului.

Folosind informaţia despre cât aer pătrunde în camera de ardere ,

DME foloseşte o diagamă de consum care determină timpul cât trebuie să

stea deschis injectorul in timpul unui ciclu de funcţionare pentru a injecta

doza optimă de combustibil.

Pe toată durata admisiei , grosimea jetului de combustibil este

modificat (reglat) şi de informaţiile pe care le dă senzorul de oxigen , care

este plasat în colectorul de evacuare şi determină concentraţia de oxigen din

gazele arse.

În cazul unei defecţiuni electrice , DME se poate reconfigura de unul

singur prin devierea problemei.

Nucleul unui DME este microprocesorul care execută aproximativ

două zeci de milioane de operaţii pe secundă.

Microprocesoarele sunt proiectate pentru o durată de viaţa de cel puţin

o sută cincezeci de mii de ore de funcţionare , în comparaţie cu un automobil

în omparaţie cu un automobil care are aproximativ patru mii de ore de

funcţionare.

Iată doar câteva dintre aceste componente şi caracteristicele lor

principale :

-control al detonaţiei pentru benzine cu cifra octanică cuprinsă

între 87 şi 99 ;

-sistem de aprindere fără întreţinere ;

-supape cu compensare hidraulică a jocului şi lanţ de distribuţie

fără întreţinere;

-filtrul de ulei se schimbă prin partea de sus a motorului ;

-indicatorul service care avertizează asupra intervalelor de

service în funcţie de regimurile în care a fost folosit motorul ;

-arbori de echilibrare pentru eliminarea vibraţiilor ;

-volant cu doua mase pentru un mers liniştital motorului, mai

ales la ralanti ;

-arbori de distribuţie prevazuţi cu lagare cu role, pentru

reducerea la maximim a frecărilor şi scăderea consumului de combustibil ;

-precatalizatoare dispuse pe galeriile de evacuare, pentru

reducerea emisiilor poluante ;

-motorul poate fi adaptat să utilizeze hidrogen drept combustibil.

PARIU CÂŞTIGAT

Noua generatie de motoare BMW este prima pentru care toate

componentele au fost proiectate şi construite printr-un proces digital

tridimensional. Acesta furnizează o enormă îmbunătăţire a eficienţei, graţie

combinaţiei dintre simulări, variaţia parametrilor, realizarea cu prototipuri,

stabilirea cu grijă a dimensiunilor şi similarea procesului de asamblare.

În domeniul de utilizare relevant, Valvetronic reduce consumul de

combustibil cu cel puţin 10%. Datorită celor 115 CP ai motorului, BMW

316ti atinge o viteză maximă de 210 km/h şi înregistrează un consum

combinat (conform normelor EU) de 6,9 l/100 km, cu 0,7 l mai puţin decât

predecesorul său şi cu 1 l mai mai puţin decât ceilalţi competitoridin clasa

sa. Valvetronic este, deasemenea , cea mai semnificativă şi mai remarcabilă

tehnologie folosită de BMW pentru atingerea viitoarelor cerinţe privind

economia de combustibil ale UE , care impun o reducere a consumului de

combustibil la 140 grame de CO2 pe km, până în anul 2008.

Pentru a oferi cât mai multor posesori de autoturisme BMW

avantajele Valvetronic, motoarele cu 8 şi 12 cilindri vor fi deasemenea

convertite la noua tehnologie, până în 2002. Aceasta reflectă filisofia BMW

de a furniza cele mai avansate şi competitive tehnologii nu numai pentru

cateva modele produse în serie mică, ci şi introducerea acestor noii

tehnologii, cât mai repede posibil, pe toate pieţele de pe glob. Aceasta

schimbare de generaţie a motoarelor reprezintă cel mai mare din istoria

firmei BMW.