Jeździsz ROVERkiem 800, 75, 45 albo MG ZS/ZT? Posiadasz silnik z serii KV6? Czy wiesz, że w tym silniku zastosowano system zmiennych faz dolotu? Niezależnie od odpowiedzi przeczytaj ten artykuł! Zawiera on opis działania oraz korzyści płynących z zastosowania systemu VIS (ang. variable induction system). Zachęcamy do lektury?

System zmiennych faz dolotu

System zmiennych faz dolotu jest sterowany przez system zarządzania silnikiem (ECM - engine control module) Siemens 2000. Zmienia on długość ścieżek dolotu w celu osiągnięcia lepszej dynamiki zasysania powietrza w porównaniu do systemów ze ścieżką pojedynczą. ECM odbiera sygnał z siłownika systemu zmiennych faz dolotu (VIS). Siłownik posiada w swoim wnętrzu dwa mikrostyki. Gdy zawór jest przesuwany za pomocą siłownika, mikrostyk zostanie włączony w momencie osiągnięcia przez zawór wymaganego położenia.

Rysunek 1: elementy systemu zmiennych faz dolotu

1. Siłownik zaworu równoważącego
2. Uszczelka
3. Uszczelka
4. Siłownik zaworu mocy
5. Kolektor ssący

Siłowniki systemu zmiennych faz dolotu

Dwa siłowniki zawierające silniki, kontrolują położenie zaworów umieszczonych w kolektorze ssącym. ECM może sterować silnikami w obydwu kierunkach, zależnie od wymaganego położenia zaworu.

Zawór może być całkowicie otwarty lub całkowicie zamknięty. Nie ma tutaj mowy o otwarciu częściowym, w związku czym sygnał przesyłany do ECM może informować o trzech stanach siłownika: otwartym, zamkniętym lub w trakcie ruchu.

System zmiennych faz dolotu

Kolektor ssący w silnikach KV6 został zaprojektowany do stosowania zarówno z silnikiem o pojemności 2.0, jak i 2.5. Zawiera komorę rezonansową odpowiadającą za uzyskanie dużych wartości momentu obrotowego w zakresach małej prędkości obrotowej silnika oraz ścieżki dolotu o zmiennej długości zapewniające należytą dynamikę dla średnich i dużych prędkości obrotowych.

Rysunek 2: kolektor ssący w silniku KV6

Kolektor ssący zawiera dwa siłowniki zaworów systemu VIS (zmienny faz dolotu). Zawór równoważący oraz grupa zaworów mocy są sterowane przez elektryczne siłowniki znajdujące się po prawej stronie kolektora ssącego.

Siłowniki są z kolei sterowane przez ECM (komputer sterujący wtryskiem) i za pośrednictwem ww. zaworów umożliwiają zmianę całkowitej długości ścieżki pokonywanej przez powietrze w kolektorze ssącym. Umożliwia to zmianę częstotliwości rezonansowej w określonej uprzednio kolejności, co z kolei zapewnia należyte obciążenie silnika oraz uzyskanie maksymalnej wartości momentu obrotowego w szerokim zakresie prędkości obrotowej silnika.

Kolektor ssący posiada jeden zespół przepustnicy, z którego powietrze jest dostarczane do sekcji "y" rozdzielającej strumień na dwa kanały. Kanały te podają powietrze do dwóch komór głównych, jednej dla każdej grupy trzech cylindrów. Na wspólnym końcu komór znajduje się zawór równoważący, aktywowany za pośrednictwem siłownika i umożliwiający połączenie dwóch komór.

Długość ścieżki od głowicy do komory jest równa 500 mm. Każda z sześciu ścieżek zawiera zawór mocy znajdujący się w odległości ok. 350 mm od głowicy. Wszystkie zawory mocy są połączone prętem, obracanym przez siłownik elektryczny. Ruch pręta pozwala zmieniać długość ścieżek dolotu z 350 mm na 500 mm i odwrotnie. Do trzeciej komory jest zasysane poprzez główne ścieżki to samo powietrze co do dwóch głównych komór.

Rysunek 3: schemat systemu zmiennych faz dolotu

a. Ścieżka cylindra 1
b. Ścieżka cylindra 2
c. Ścieżka cylindra 3
d. Ścieżka cylindra 4
e. Ścieżka cylindra 5
f. Ścieżka cylindra 6
g. Komora główna kolektora ssącego
h. Zawór równoważący VIS
i. Zawory mocy VIS
j. Komora dodatkowa kolektora ssącego
k. Ścieżka dolotu powietrza do cylindra
l. Klapka przepustnicy

System zmiennych faz dolotu działa w 3 trybach:

1. Mała prędkość obrotowa
Przy niskich wartościach prędkości obrotowej zawór równoważący oraz zawory mocy są zamknięte. Pozwala to silnikowi oddychać tak jakby naprawdę stanowił dwa silniki trzycylindrowe, każdy z osobną komorą oraz długimi ścieżkami głównymi. Ścieżki główne oraz rozdzielone, a także objętość komory są dobrane w taki sposób, aby rezonować przy prędkości obrotowej 2700obr./min. i zapewniać w tych okolicach wartość momentu obrotowego zbliżoną do maksymalnej.

2. Średnia prędkość obrotowa
W celu zwiększenia dynamiki w zakresie średnich prędkości obrotowych, komory są ze sobą łączone za pośrednictwem zaworu równoważącego. Zawory mocy nadal są zamknięte. Dzięki temu silnik korzysta z długiej ścieżki głównej, dostrojonej odpowiednio przez zawór równoważący, zapewniającej maksymalną wartość momentu obrotowego przy 3750 obr./min. dla silnika 2.5-litrowego oraz przy 4000 obr./min. dla silnika 2.0-litrowego.

3. Duża prędkość obrotowa
Przy dużych prędkościach obrotowych zawór równoważący pozostaje otwarty i otwierane są również zawory mocy. Umożliwia to silnikowi oddychanie poprzez komory dodatkowe za pośrednictwem krótszych ścieżek dolotu. Długość oraz średnica ścieżek są dostosowane w celu zapewnienia dużych wartości momentu obrotowego od wartości 4000 obr./min., aż do obrotów mocy maksymalnej, czyli 6250 obr./min. w przypadku silnika 2.5-litrowego oraz 6500 obr./min. w przypadku jednostki dwulitrowej.

Na poniższych diagramach przedstawiono w sposób graficzny działanie systemu zmiennych faz dolotu w silnikach KV6.

Rysunek 4: silnik KV6 o pojemności 2.0

a. Moment obrotowy [Nm]
b. Prędkość obrotowa silnika (obr./min.)
c. Faza 1
d. Faza 2
e. Faza 3

Rysunek 5: silnik KV6 o pojemności 2.5

a. Moment obrotowy [Nm]
b. Prędkość obrotowa silnika (obr./min.)
c. Faza 1
d. Faza 2
e. Faza 3

Dodatkowo, system zmiennych faz dolotu służy zmniejszeniu ilości spalanego paliwa, gdyż dynamika ciśnień w układzie dolotowym znacząco zmniejsza straty wynikające z tętnień występujących poniżej 4000 obr./min.

Warto zaznaczyć, ze system VIS zastosowano także w pierwszej wersji silnika KV6 montowanego w ROVERku 800. Tam działał on nieco inaczej, tzn. istniały 4 fazy pracy. Schemat działania systemu VIS w silnikach KV6 pierwszej generacji przedstawiono na poniższym rysunku.

Rysunek 6: schemat systemu VIS w KV6 pierwszej generacji

A. zawór zamknięty
B. zawór otwarty

1. Zawór łączący
2. Zawór równoważący
3. Ścieżka górna ("główna") do cylindrów 1-3-5
4. Ścieżka dolna ("rozdzielona") do cylindrów 2-4-6
5. Zespół przepustnicy
6. Obudowa zaworu równoważącego
7. Siłownik zaworu - el. wykonawczy VIS

Układ dolotu posiada konstrukcję dwukomorową i zawiera dwa zawory sterowane przez siłowniki. Zawory znajdują się pomiędzy komorami. Pierwszy zawór, zwany zaworem łączącym, znajduje się tuż obok przepustnicy, natomiast drugi (zawór równoważący) jest umiejscowiony na wspólnym końcu obydwu komór. Położenie zaworu jest ustalane przez siłowniki VIS sterowane sygnałem pochodzącym z modułu ECM.

Przy prędkościach obrotowych poniżej 2700 obr./min., obydwa zawory są zamknięte. Dzięki temu silnik pracuje tak jak 2 osobne silniki 3-cylindrowe, pozwalając na rezonans pomiędzy komorami i osiągnięcie pierwszej maksymalnej wartości momentu obrotowego.
W miarę zwiększania prędkości obrotowej (pomiędzy 2700 a 3250 obr./min.), zawór łączący otwiera się i powoduje skrócenie długości ścieżki "rozdzielonej" oraz uzyskanie tym samym kolejnej maksymalnej wartości momentu obrotowego.
W celu uzyskania dużego momentu obrotowego przy prędkościach obrotowych w przedziale 3250-4900 obr./min., obydwa zawory są otwierane. Wykorzystuje się dzięki temu zjawisko rezonansu w ścieżce głównej oraz rezonansu pomiędzy komorami połączonymi zaworem równoważącym.
Powyżej 4900 obr./min. obydwa zawory są ponownie zamknięte, a silnik znowu pracuje jak 2 silniki 3-cylindrowe. Moc maksymalną zapewnia wykorzystanie pełnej długości ścieżki głównej oraz ścieżki rozdzielonej.

Niestety system VIS ma też swoje wady i jest jednym z najbardziej usterkowych elementów "okołosilnikowych". O sposobach diagnozowania siłowników VIS, zapobieganiu oraz leczeniu objawów już niebawem w kolejnym artykule poświęconym systemowi VIS.

Autor: piter34

Artykuł opracowano na podstawie:
- RAVE: ROVER 75 Workshop Manual
- RAVE: PETROL ENGINE MANAGEMENT SYSTEMS Workbook