Değişken Supap Zamanlaması Nedir? Nasıl Çalışır?

Değişken supap zamanlaması, motorun çalışma koşullarına göre emme ve/veya egzoz supaplarının açılma-kapanma zamanlarının değiştirilmesini sağlayan bir motor kontrol teknolojisidir. Motor devri ve yükü değiştikçe silindirlerin hava ile doldurulması ve egzoz gazlarının dışarı atılması için en uygun supap zamanlaması da değişebilir.

Farklı otomobil üreticileri bu teknolojiyi VANOS, VVT-i, MIVEC ve VTEC gibi farklı ticari adlarla kullanabilir. Ancak bu sistemlerin yapısı ve çalışma stratejisi üreticiye ve motor tipine göre farklılık gösterebilir. Temel amaç; motorun farklı çalışma koşullarında tork, güç, rölanti kararlılığı, yakıt ekonomisi ve emisyon açısından daha uygun supap zamanlaması sağlamaktır.

Değişken Supap Zamanlaması Nedir?

Sabit supap zamanlamasına sahip bir motorda supapların açılma ve kapanma zamanları motorun bütün çalışma aralığı için mekanik olarak belirlenmiştir. Oysa düşük devirde uygun olan bir supap zamanlaması, yüksek devir ve yüksek yük koşullarında en uygun sonucu vermeyebilir.

Motor devri yükseldiğinde pistonların hareket hızı ve gazların emme-egzoz kanallarındaki akış davranışı değişir. Bu nedenle değişken supap zamanlaması, eksantrik milinin krank miline göre açısal konumunu değiştirerek supap zamanlamasının çalışma şartlarına uyarlanmasına imkân verir.

Örneğin belirli bir motorda egzoz supabının açılma zamanı motor devri ve yüküne bağlı olarak öne veya geriye alınabilir. Ancak supapların kaç derece değiştirileceği bütün motorlarda aynı değildir; bu değerler motor tasarımına ve motor kontrol ünitesindeki kumanda stratejisine bağlıdır.

Piston ve krank mekanizmasının temel yapısını incelemek için Piston, Biyel ve Krank Mili Kontrolleri konusuna bakabilirsiniz.

Değişken Supap Zamanlaması Neden Kullanılır?

Düşük ve yüksek motor devirlerinde emme havasının davranışı aynı değildir. Düşük devirlerde emme havasının hızı ve atalet etkisi daha düşükken, yüksek devirlerde hava akışının ataleti silindirin doldurulmasına katkı sağlayabilir. Bu nedenle emme supabının kapanma zamanının motor çalışma şartlarına göre değiştirilmesi hacimsel verimin iyileştirilmesine yardımcı olabilir.

Benzer şekilde egzoz supaplarının zamanlaması ve emme-egzoz supaplarının birlikte açık kaldığı supap bindirmesi de motorun çalışma koşullarına göre değiştirilebilir. Böylece tek bir sabit supap zamanlamasının oluşturduğu bazı sınırlamalar azaltılabilir.

Supap sisteminin temel yapısı ve kontrolleri için Supap Sistemi İş ve İşlem Yaprakları içeriğini de inceleyebilirsiniz.

Düşük ve Yüksek Devirde Emme Supabı Zamanlaması

Düşük devirlerde emme havasının atalet etkisi sınırlıdır. Emme supabının gereğinden fazla geç kapanması bazı çalışma koşullarında silindire alınan havanın bir bölümünün emme kanalına geri yönelmesine neden olabilir. Bu nedenle uygun kapanma zamanı motorun dolum verimi açısından önemlidir.

Yüksek devirlerde ise emme kanalındaki hava akışının hızı ve ataleti artar. Piston alt ölü noktayı geçip yukarı doğru hareket etmeye başlamış olsa bile emme havası belirli bir süre silindire doğru hareketini sürdürebilir. Uygun tasarlanmış bir sistemde emme supabının daha geç kapatılması bu atalet etkisinden yararlanılmasına yardımcı olabilir.

Not: Yukarıdaki iki şekil çalışma prensibini açıklamak amacıyla birlikte değerlendirilmelidir. Gerçek supap zamanlama değerleri motorun tasarımına, devrine, yüküne ve motor kontrol stratejisine göre değişir.

Değişken Supap Zamanlamasının Görevi

Değişken supap zamanlamasının görevi, motorun farklı çalışma şartlarında uygun emme ve egzoz supabı zamanlamasını sağlamaktır. Sistem tasarımına bağlı olarak rölanti kararlılığı, tork, yüksek devir gücü, yakıt tüketimi ve egzoz emisyonlarının iyileştirilmesine katkıda bulunabilir.

Rölantide Supap Zamanlaması

Rölanti sırasında kararlı yanma ve düzgün motor çalışması ön plandadır. Bu nedenle emme ve egzoz eksantrik millerinin konumları motor tasarımına uygun şekilde ayarlanabilir ve supap bindirmesi kontrol edilebilir. Kullanılan strateji motordan motora farklılık gösterir.

Yüksek Devirde Çıkış Gücü

Yüksek devirlerde silindirlerin mümkün olduğunca etkili doldurulması önem kazanır. Emme supabının kapanma zamanı, emme havasının dinamik ve atalet etkilerinden yararlanacak şekilde ayarlanabilir. Egzoz supabı zamanlaması da yanmış gazların tahliyesi ve genleşme enerjisinden yararlanma gereksinimleri dikkate alınarak kontrol edilir.

Tork

Motorun yüksek tork üretmesi için silindirin uygun miktarda hava ile doldurulması gerekir. Eksantrik mili fazının değiştirilmesi, belirli devir ve yük bölgelerinde hacimsel verimin artırılmasına yardımcı olabilir. Motor kontrol ünitesi uygun zamanlamayı kendi kontrol haritalarına göre belirler.

İç Egzoz Gazı Devridaimi

Bazı motorlarda emme ve egzoz supaplarının zamanlaması değiştirilerek silindir içerisinde belirli miktarda artık egzoz gazı tutulabilir veya iç EGR etkisi oluşturulabilir. Bu işlem supap bindirmesinin kontrol edilmesiyle gerçekleştirilir.

İç egzoz gazı devridaiminin miktarı sabit değildir. Motor devri, yükü, sıcaklığı ve emisyon kontrol stratejisine göre motor kontrol ünitesi tarafından değiştirilebilir.

Değişken Supap Zamanlamasının Yapısı

Değişken supap zamanlama sistemlerinin mekanik ve hidrolik yapısı üreticiye göre değişebilir. Kaynakta incelenen Volkswagen/Audi tipi örnek sistemde temel olarak kanat hücreli eksantrik mili ayarlayıcıları, yağ kanallarını içeren kumanda muhafazası ve motor kontrol ünitesi tarafından kumanda edilen solenoid valfler bulunmaktadır.

Kanat Hücreli Ayarlayıcı

Emme ve egzoz eksantrik millerinde kullanılan kanat hücreli ayarlayıcılar eksantrik milinin krank miline göre açısal konumunun değiştirilmesini sağlar. Ayarlayıcı hidrolik olarak motor yağı basıncından yararlanır.

Ayarlayıcının dış rotor bölümü tahrik mekanizmasıyla, iç rotor bölümü ise eksantrik miliyle bağlantılıdır. İç ve dış rotor arasındaki yağ odalarına kontrollü olarak basınç uygulanması, eksantrik milinin fazının değiştirilmesini sağlar.

Kumanda Muhafazası

Kumanda muhafazası silindir kapağı üzerinde bulunur ve eksantrik mili ayarlayıcılarına giden yağ kanallarını içerir. Motor yağı bu kanallar üzerinden ilgili ayarlayıcı odalarına yönlendirilir.

Solenoid Valfler

Motor kontrol ünitesi tarafından kumanda edilen solenoid valfler, motor yağının eksantrik mili ayarlayıcısının uygun odasına yönlendirilmesini sağlar. Emme ve egzoz eksantrik milleri ayrı ayrı kontrol edilebilen sistemlerde her eksantrik mili için ayrı kumanda valfi bulunabilir.

Değişken Supap Zamanlaması Nasıl Çalışır?

Değişken supap zamanlaması motor kontrol ünitesinin motor çalışma koşullarını değerlendirmesiyle kontrol edilir. Kontrol ünitesi; motor devri, yük, sıcaklık ve krank/eksantrik mili konum bilgileri gibi verileri kullanarak istenen eksantrik mili konumunu belirler.

Eksantrik mili konum bilgisinin algılanmasında kullanılan sensörün görevini Eksantrik Mili Konum Sensörü konusunda ayrıntılı olarak inceleyebilirsiniz.

Motor kontrol ünitesi gerekli gördüğünde ilgili zamanlama solenoid valfini kumanda eder. Valfin konumu değiştirilerek basınçlı motor yağı kanat hücreli ayarlayıcının uygun odasına yönlendirilir. Oluşan hidrolik kuvvet iç rotorun dış rotora göre dönmesini ve böylece eksantrik milinin krank miline göre fazının değiştirilmesini sağlar.

Emme Eksantrik Mili Ayarı

Kaynakta anlatılan örnek sistemde emme eksantrik mili motorun çalışma aralığı boyunca motor kontrol ünitesi tarafından ayarlanabilmektedir. Bu sisteme ait teknik açıklamada maksimum ayar aralığı 52° krank açısı olarak verilmiştir. Bu değer bütün değişken supap zamanlama sistemleri için geçerli genel bir değer değildir.

Emme Eksantrik Mili Kanat Hücreli Ayarlayıcısının Yapısı

Kaynak sistemde emme eksantrik mili ayarlayıcısı iki temel bölümden oluşur:

• Dış rotor muhafazası: Tahrik dişlisiyle bağlantılıdır.
• İç rotor: Eksantrik miliyle bağlantılıdır.

Emme Eksantrik Milinin Avansa Alınması

Eksantrik milinin avansa alınması gerektiğinde motor kontrol ünitesi emme eksantrik mili zamanlama ayar valfini kumanda eder. Basınçlı motor yağı ayarlayıcının avans yönündeki odalarına gönderilir.

Yağ basıncı iç rotorun kanatlarına kuvvet uygular. İç rotor dış rotora göre döner ve eksantrik milinin krank miline göre açısal konumu değiştirilir. Böylece emme supaplarının açılma ve kapanma zamanları daha erken bir krank açısına taşınabilir.

Emme Eksantrik Milinin Geciktirilmesi

Eksantrik milinin geciktirilmesi gerektiğinde solenoid valf yağ akışını ayarlayıcının karşı odalarına yönlendirir. Aynı zamanda diğer taraftaki yağın geri dönüşüne izin verilir.

Bu işlem iç rotorun ters yönde hareket etmesini sağlayarak eksantrik mili fazını geciktirir. Sonuç olarak emme supaplarının açılma ve kapanma zamanları daha geç bir krank açısına taşınabilir.

Egzoz Eksantrik Mili Ayarı

Kaynakta anlatılan örnek Volkswagen/Audi sisteminde egzoz eksantrik mili için belirtilen maksimum ayar aralığı 22° krank açısıdır. Emme eksantrik mili için verilen 52° ve egzoz eksantrik mili için verilen 22° değerleri bu örnek sisteme aittir; farklı motorlarda farklı ayar aralıkları kullanılabilir.

Kaynak sistemde emme ve egzoz eksantrik millerinin kanat hücreli ayarlayıcıları benzer çalışma prensibine sahiptir. Ancak ayar aralığı ve iç rotor geometrisi uygulamaya göre farklılık gösterebilir.

Egzoz Eksantrik Milinin Normal Konumu

Örnek sistemde egzoz eksantrik mili motorun belirli çalışma bölgelerinde normal konumda tutulur. Hidrolik basınç ayarlayıcının ilgili odasına yönlendirilerek eksantrik mili istenen konumda tutulur.

Rölantide Egzoz Eksantrik Mili

Kaynakta açıklanan sistemde egzoz eksantrik milinin rölanti ve yaklaşık 1200 d/d’ya kadar farklı bir konuma ayarlanabildiği belirtilmektedir. Bu devir değeri söz konusu sistemin kontrol stratejisine aittir ve bütün motorlar için genel bir sınır olarak değerlendirilmemelidir.

Motor kontrol ünitesi egzoz eksantrik mili zamanlama valfini kumanda ettiğinde yağ akış yönü değiştirilir. Basınçlı yağ iç rotor kanatlarına kuvvet uygulayarak eksantrik milini istenen faz konumuna getirir. Karşı odadaki yağ ise geri dönüş kanalından kartere yönlendirilir.

Değişken Supap Zamanlamasında Yağ Sisteminin Önemi

Hidrolik çalışan değişken supap zamanlaması sistemlerinde motor yağı yalnızca yağlama amacıyla kullanılmaz; eksantrik mili ayarlayıcısının hareket ettirilmesinde hidrolik çalışma akışkanı olarak da görev yapar.

Bu nedenle uygun motor yağı, doğru yağ seviyesi ve yeterli yağ basıncı sistemin çalışması açısından önemlidir. Kirlenmiş yağ, uygun olmayan viskozite, tıkanmış yağ kanalları veya yetersiz yağ basıncı değişken supap zamanlama sisteminin çalışmasını olumsuz etkileyebilir.

Kaynakta incelenen örnek sistem için çalışma şartlarından biri olarak 0,7 bar veya üzerindeki yağ basıncı belirtilmiştir. Bu değer bütün VVT sistemleri için kullanılabilecek genel bir arıza teşhis değeri değildir. Kontrol sırasında ilgili motorun üretici servis verileri esas alınmalıdır.

Basınçlı Yağın Akışı

Yağ pompasının oluşturduğu basınçlı motor yağı, motorun yağ kanalları üzerinden silindir kapağına ve buradan değişken supap zamanlama sisteminin kumanda bölümüne ulaşır. Solenoid valfin konumuna göre yağ, eksantrik mili içerisindeki kanallar üzerinden ayarlayıcının ilgili hidrolik odasına yönlendirilir.

Geri Dönen Yağın Akışı

Ayarlayıcının karşı tarafındaki yağ, eksantrik mili ve kumanda muhafazasındaki geri dönüş kanallarından geçerek sistemden çıkar ve motorun yağ devresine geri döner. Böylece ayarlayıcı iki yönde kontrollü olarak hareket ettirilebilir.

Değişken Supap Zamanlamasının Avantajları

Motor tasarımına ve kullanılan kontrol stratejisine bağlı olarak değişken supap zamanlama sistemi şu avantajlara katkıda bulunabilir:

• Düşük ve orta devirlerde tork karakteristiğinin iyileştirilmesi,
• Yüksek devirlerde silindir dolumunun ve motor gücünün desteklenmesi,
• Rölanti kararlılığının iyileştirilmesi,
• Pompalama kayıplarının bazı çalışma bölgelerinde azaltılması,
• Yakıt tüketiminin azaltılmasına katkı sağlanması,
• Egzoz emisyonlarının kontrolüne yardımcı olunması,
• İç egzoz gazı devridaiminin kontrol edilebilmesi.

Değişken Supap Zamanlaması Hakkında Sonuç

Değişken supap zamanlaması, emme ve/veya egzoz eksantrik milinin krank miline göre fazını motorun çalışma koşullarına göre değiştiren bir sistemdir. Motor kontrol ünitesi sensörlerden aldığı bilgileri değerlendirir ve hidrolik sistemlerde solenoid valfler aracılığıyla motor yağını eksantrik mili ayarlayıcısına yönlendirir.

Bu sayede motorun tek bir sabit supap zamanlamasına bağlı kalması yerine farklı devir ve yük koşullarına daha uygun supap zamanlamaları kullanılabilir. Ancak ayar açıları, çalışma devirleri, yağ basıncı ve kontrol stratejileri üretici ve motor tipine göre değiştiğinden arıza teşhisinde mutlaka ilgili motorun teknik verileri kullanılmalıdır.

Supapların açılma ve kapanma zamanlarının krank mili açısı üzerindeki gösterimini incelemek için Supap Zaman Ayar Diyagramı konusuna geçebilirsiniz.

Motor ve araç teknolojisi hakkında hazırlanan diğer teknik içerikleri MotorDersi ana sayfasından inceleyebilirsiniz.