Polityka prywatności - poznaj szczegóły » [ X ]
PODZIEL SIĘ


OCEŃ
2.7

Zmienne fazy rozrządu w silniku typu bokser

Dostaliśmy cynk, że BMW pracuje nad bokserem mającym rozrząd ze zmiennymi fazami. Mało tego – domysły potwierdzają szpiegowskie zdjęcia. Sprawa wygląda interesująco.  

Sporo miejsca: w dzisiejszym silniku między kołami zębatymi wałków rozrządu a kołem zębatym łańcucha rozrządu pewnie wystarczyłoby miejsca dla systemu Vanos.

Spadki mocy w określonych zakresach obrotów oraz nieharmonijne przebiegi krzywych mocy i momentu odeszły do historii – to brzmiałoby pięknie. Albo: sterowanie czasami otwarcia zaworów służy nie tylko uzyskaniu najwyższej mocy, ale i obniża zużycie paliwa. Czy nie byłoby fajnie, gdyby silnik mógł w niemal każdej chwili dysponować sporym zapasem momentu obrotowego dostępnym od samego dołu, gdyby zapewniał dynamiczną reakcję w środkowym zakresie i superkopa przy najwyższych obrotach? Gdyby oszczędnie obchodził się z paliwem, ale też spełniał wymogi normy emisji spalin Euro 6? Jestem pewien, że silnik taki musiałby mieć zmienne fazy rozrządu.

Taki silnik to nie utopia!

W branży samochodowej ten temat jest traktowany bardzo poważnie, a prym w tej sprawie wiedzie BMW. Już od 2001 roku fi rma produkuje seryjnie układy rozrządu z w pełni zmiennymi fazami, od tego czasu coraz więcej pojazdów wyposażając w systemy Vanos (stosowany od 1992 roku, zmieniający ustawienia wałków rozrządu) oraz Valvetronic (zapewniający zmienne skoki zaworów). Zaletą tych rozwiązań jest to, że zawory pozostają otwarte dokładnie tak długo, jak wymagają tego konkretne warunki pracy, a sterowanie obciążeniem silnika następuje przez układ rozrządu.

Oznacza to, choć pewnie tylko nieliczni posiadacze beemek zdają sobie z tego sprawę, że czas przepustnicy w układzie dolotowym dobiega końca. Dziś w razie awarii przejmuje ona jeszcze sterowanie dopływem powietrza, ale oprócz tego nie stanowi już żadnej przeszkody. Technicznie rzecz ujmując wygląda to tak, że znika element, który z powodu wywołanych przez niego strat (wynikających z dławienia i zawirowań mieszanki, szczególnie przy częściowym obciążeniu, tj. przy odkręconym do połowy albo do jednej czwartej gazie) przeszkadza w efektywnym napełnianiu cylindrów i spalaniu, wzmagając tym samym apetyt na paliwo (patrz „Ruchome masy” na następnej stronie). Czy w BMW pracują lenie? Wróćmy do motocykli BMW. Czy Bawarczycy eksperymentują z zastosowaniem takiego rozwiązania w nowym silniku? Ludzie z BMW stanowczo temu zaprzeczają i odmawiają komentowania szpiegowskich zdjęć. Nie chcą rozmawiać o kolejnej generacji systemu Valvetronic i zapewniają, że pokazane im zdjęcia nie mają z nimi nic wspólnego.

Nasuwa się jednak pytanie, czy faktycznie są tak leniwi, że nie próbują wykorzystać własnych samochodowych doświadczeń na motocyklowym poletku, czy może ściemniają? Zaplecze technologiczne i doświadczenia z produkcją rozmaitych bardzo precyzyjnych podzespołów wskazują na to drugie. Padają wprawdzie argumenty, których nie można zlekceważyć: że dla motocykla to rozwiązanie jest za ciężkie, że zajmuje sporo cennego miejsca, że nie jest odporne na wysokie obroty i że jest rzecz jasna drogie, ale przecież czas nie stoi w miejscu.

W drugiej generacji Valvetronica w 2004 roku udało się uzyskać bardziej zwartą konstrukcję z mniejszą liczbą podzespołów, ale też zredukować masy elementów ruchomych. Pokazano w ten sposób, że układ rozrządu nie stanowi już przeszkody ograniczającej moc silnika. A przecież w samochodach BMW pracuje już trzecia generacja tego systemu. Tutaj także główny nacisk położono na minimalizację systemów sterujących oraz podzespołów, uzyskując zmniejszenie i gabarytów, i kosztów.

Czy więc mając te asy w rękawie nie warto byłoby podłubać nieco przy rozrządzie boksera napędzającego najlepiej sprzedający się model motocykla? Takie pytanie można i trzeba zadać, bowiem zmienne sterowanie zaworami (osiągane za sprawą zmiany ustawienia wałków rozrządu w systemie Vanos i zmiany skoku zaworów w systemie Valvetronic) optymalizuje zużycie paliwa, ale także w dużym stopniu moment obrotowy. Do tego dochodzi fakt, że bokser nie jest przecież silnikiem wysokoobrotowym, lecz stabilną jednostką napędową, której do uzyskania 126 KM wystarczy 7900 obr/min (co sprawdziliśmy na naszej hamowni), a odcinka wkracza do akcji poniżej 9000 obr/min. Zresztą GS nie potrzebuje wcale wyższej mocy.

Dalej – skoro ośmiocylindrowy piec BMW M5 wyciska 560 KM mocy przy 7000 obr/min, czyli tylko o 900 obr/min niżej, niewiele powinno stać na przeszkodzie, by zmienne fazy rozrządu mogły zagościć i w bokserze. Zwłaszcza że ma on trochę miejsca pod pokrywami zaworów. Konkretnie chodzi o przestrzeń między kołem zębatym napędzanym przez łańcuszek rozrządu a kołami zębatymi wałków. Dałoby się tu więc wstawić podwójny Vanos, podobnie jak zwarty siłownik między wałkami sterującymi zaworami ssącymi i wydechowymi. W Valvetronicu trzeciej generacji ma on wymiary 42 na 85 mm, a jego masa wynosi zaledwie 650 gramów.

Tajne testy w Stefanskirchen

Gostkowie z BMW powtarzają jednak uparcie: „Nic z tych rzeczy!”. Jakoś trudno w to uwierzyć. Może dlatego, że skądinąd wiadomo, iż na hamowni w Stefanskirchen, niedaleko Rosenheim, w którym mieściła się baza superbike’ów BMW, jest właśnie sprawdzany wyposażony w Valvetronic jednocylindrowiec o pojemności 450 cm3.  

 

ruchome masy

Systemy Vanos i Valvetronic pracują w milionach aut BMW. Mimo to inżynierowie ciągle walczą o każdy miligram i każdą dziesiątą część milimetra. Pod względem mechanicznym jest to mistrzostwo świata.   

Ruchome masy, czasy sterowania, odporność na wysokie obroty – te sprawy są istotne także w przypadku boksera BMW. Im mniej elementów musi zostać wprawionych w ruch, im są one lżejsze oraz im mniejsze ich przyspieszenia, tym mniej problemów pojawia się podczas użytkowania.

Problem Valvetronica: wałek rozrządu naciska nie bezpośrednio na dźwigienkę sterującą następnie pracą zaworu (patrz: ilustracja powyżej), lecz najpierw na dźwigienkę pośrednią, a ta uruchamia dźwigienkę wleczoną, która steruje zaworem. Wałek mimośrodowy, który jest napędzany silnikiem elektrycznym, najpierw ustawia dźwigienkę pośrednią w taki sposób, że skok dźwigienki wleczonej zwiększa się lub zmniejsza. Przy tym ruchomymi masami są nie tylko zawór i dźwigienka wleczona, ale też dodatkowa dźwigienka pośrednia oraz rolki wraz z wałkami. Ogranicza to bardzo mocno przyspieszenia zaworu i praca na wysokich obrotach zaczyna stanowić problem, nawet jeśli wewnętrzne tarcie jest minimalizowane, bo pracują wyłącznie rolki.

Druga strona medalu: na niskich lub średnich obrotach przy częściowym obciążeniu polecenia otwarcia lub przymknięcia gazu są tak przeliczane, by napełnienie cylindrów było odpowiednie. Rezultatem są optymalne czasy sterowania zaworami (podwójny system Vanos) oraz precyzyjnie określony skok zaworów ssących (system Valvetronic), do pewnego stopnia niezależny od obrotów wału korbowego i wałka rozrządu. Przepustnica jest tu zbędna, dzięki czemu znikają niepożądane zawirowania i straty wywołane dławieniem. Efekt: optymalne napełnienie komór spalania, a więc niższe zużycie paliwa (nawet o kilkanaście procent) oraz poprawa przebiegu krzywej momentu obrotowego.

 
Dzięki systemowi Vanos można zmieniać fazy rozrządu nawet o 70°. Wałki rozrządu są napędzane tradycyjnie łańcuchem, wałek w wałku rozrządu przekręca krzywki w stosunku do wału korbowego.  

Nim wszystkie te elementy zaczną współpracować, dostawcy i montażyści muszą wykonać kawał precyzyjnej roboty. Nawet najmniejsze błędy i związane z nimi zmiany skoku zaworów mogą doprowadzić do niepożądanych efektów. Np. w przypadku rzędowej szóstki odchylenie rzędu 0,1 mm może spowodować gaśnięcie silnika lub podniesienie obrotów o kilkaset na minutę. Z drugiej strony zastosowanie Valvetronica oznacza bardziej spontaniczną reakcję na gaz, co motocykliści cenią sobie szczególnie.

Użycie powyższych systemów w silnikach kręcących pięciocyfrowe wartości nie wchodzi w rachubę. Z bokserem sprawa jest inna: jego charakterystyka pracy i zakres zastosowań pozwala sądzić, że zmienne fazy rozrządu wyjdą mu na dobre.

 

zobacz galerię

Komentarze

 
 

Wypełnij to pole:

  • avatar
    zgłoś
    Dostaliśmy cynk, że BMW pracuje nad bokserem mającym rozrząd ze zmiennymi fazami. Mało tego – domysły potwierdzają szpiegowskie zdjęcia. Sprawa wygląda interesująco.  
    Zobacz artykuł
    ~Motocykl Online, 2014-10-17 11:03:08