वैरिएबल वाल्व टाइमिंग इंजन की सांस को कैसे नियंत्रित करती है?

वेरिएबल वाल्व टाइमिंग (VVT), इनटेक और एग्जॉस्ट वाल्वों के खुलने और बंद होने के क्षण को इंजन की आरपीएम और लोड के अनुसार लगातार दोबारा समायोजित करना है। चूंकि एक ही स्थिर टाइमिंग पूरी आरपीएम रेंज में कुशल नहीं हो सकती, इसलिए VVT कम आरपीएम पर टॉर्क और उच्च आरपीएम पर पावर बनाए रखते हुए प्रदर्शन, ईंधन अर्थव्यवस्था और उत्सर्जन को एक साथ बेहतर बनाता है।

एक ही टाइमिंग क्यों पर्याप्त नहीं है?

पिस्टन इंजन में वाल्व कैमशाफ्ट द्वारा खोले जाते हैं। कैमशाफ्ट, क्रैंक से बेल्ट, चेन या गियर द्वारा संचालित होता है और उसकी प्रोफ़ाइल का प्रत्येक लोब यह निर्धारित करता है कि वाल्व ठीक कब, कितनी देर तक और कितना उठाया जाएगा। समस्या यह है: यह प्रोफ़ाइल धातु का एक स्थिर टुकड़ा है, लेकिन इंजन की ज़रूरत स्थिर नहीं होती।

उच्च आरपीएम पर इंजन बहुत बड़ी मात्रा में हवा चाहता है। यदि इनटेक वाल्व सिलेंडर के पर्याप्त भरने से पहले बंद हो जाता है तो प्रदर्शन खो जाता है। इसके विपरीत, रेस कैम जैसी लंबे खुले रहने के समय वाली प्रोफ़ाइल कम आरपीएम पर सिरदर्द होती है: यदि इनटेक वाल्व तब खुलता है जब एग्जॉस्ट वाल्व अभी भी खुला होता है (इस स्थिति को ओवरलैप कहा जाता है) तो एग्जॉस्ट का उच्च दबाव ताज़ा इनटेक चार्ज को वापस धकेल सकता है और इनटेक मैनिफोल्ड को अपशिष्ट गैस से दूषित कर सकता है। इंजीनियर David Vizard के शब्दों में, इसका मतलब है कि जिस विंडो में दोनों वाल्व खुले होते हैं, उसमें ईंधन एग्जॉस्ट के साथ बाहर निकल जाता है।

पैमाने को समझने के लिए एक संख्या काफी है: 3000 आरपीएम पर कैमशाफ्ट प्रति सेकंड 25 बार घूमता है। वाल्व घटनाओं के काम करने के लिए, इतनी तेज़ चक्र में उन्हें सही समय पर घटित होना चाहिए। और यही VVT का काम बिल्कुल है: इंजन कंट्रोल यूनिट, क्रैंक की तुलना में कैमशाफ्ट टाइमिंग को स्वतंत्र रूप से शिफ्ट करके हर स्थिति में ओवरलैप अवधि को दोबारा समायोजित करता है।

वेरिएबल वाल्व टाइमिंग पावर, टॉर्क और ईंधन खपत को कैसे प्रभावित करती है?

टाइमिंग शिफ्ट की दिशा यह तय करती है कि आप क्या जीतना चाहते हैं। जब कैमशाफ्ट को आगे ले जाया जाता है तो वाल्व जल्दी खुलते और बंद होते हैं; यह कम आरपीएम टॉर्क और ईंधन अर्थव्यवस्था को बढ़ाता है - उच्च आरपीएम पावर की कीमत पर। पीछे ले जाने से उच्च आरपीएम पर पावर कर्व लंबा हो जाता है। आधुनिक सिस्टम आरपीएम के अनुसार इन दोनों छोरों को लगातार संतुलित करता है।

परिणाम मापने योग्य है: VVT के साथ टॉर्क और पावर कर्व्स के छोरों पर आमतौर पर %5-10 का आउटपुट सुधार देखा जाता है और कई इंजनों में कम आरपीएम टॉर्क %5-15 तक बढ़ सकता है। इसका मतलब है एक ऐसा इंजन जो केवल एक सैद्धांतिक ऊपरी कर्व से कहीं अधिक, दैनिक उपयोग में जल्दी गियर बदलता है और कम थ्रॉटल इनपुट की आवश्यकता होती है।

ईंधन खपत की ओर का लाभ

असली मौन जीत आंशिक लोड पर होती है - यानी उस क्षेत्र में जहाँ कार अपना अधिकांश समय बिताती है। इंटेक वाल्व को देर से बंद करना (लेट IVC) पंप नुकसान को 40% तक कम करता है, NOx उत्सर्जन को 24% घटाता है और पीक टॉर्क में केवल 1% की कीमत देता है। इंटेक वाल्व को जल्दी बंद करना भी पंप नुकसान को 40% कम करता है और ईंधन अर्थव्यवस्था को 7% बढ़ाता है; लेकिन दहन कक्ष के तापमान को काफी घटाकर हाइड्रोकार्बन उत्सर्जन बढ़ा सकता है। यह अर्ली क्लोज़र रणनीति, फोर्स्ड-इंडक्शन वाले मिलर साइकिल इंजनों का मानक तरीका है। पोर्ट-इंजेक्शन इंजन के लिए सैद्धांतिक रूप से इष्टतम टाइमिंग रणनीति 8% से अधिक ईंधन अर्थव्यवस्था सुधार की आशा देती है; आंशिक लोड स्थितियों पर केंद्रित अध्ययनों में 5% तक सुधार की सूचना मिली है।

तकनीक की सीढ़ियाँ: कैम फेजिंग से वेरिएबल लिफ्ट तक

"VVT" कोई एक तकनीक नहीं, बल्कि नियंत्रण के विभिन्न स्तरों तक जाने वाली एक सीढ़ी है। सबसे निचला स्तर कैम फेजिंग है: एक्सेंट्रिक को क्रैंक की तुलना में आगे या पीछे घुमाया जाता है; वाल्व जल्दी या देर से खुलते हैं लेकिन लिफ्ट और खुले रहने की अवधि अपरिवर्तित रहती है। प्रारंभिक सिस्टम चरणबद्ध थे - जैसे 3500 rpm से नीचे और ऊपर के लिए अलग टाइमिंग। पहला निरंतर (असीमित समायोज्य) सिस्टम 1992 में Porsche 968 का VarioCam था; वह भी केवल इंटेक वाल्वों पर काम करता था।

दूसरा स्तर दो कैम प्रोफाइल के बीच संक्रमण है। एक्चुएटर आमतौर पर एक निश्चित rpm पर कम लिफ्ट प्रोफाइल से उच्च लिफ्ट प्रोफाइल पर कूदता है। लिफ्ट और अवधि बदलती है लेकिन समायोजन असंतत होता है। पहला उत्पादन अनुप्रयोग Honda VTEC था: हाइड्रोलिक दबाव से एक पिन हिलाया जाता है, उच्च लिफ्ट रॉकर आर्म पड़ोसी कम लिफ्ट आर्म से जुड़ जाती है।

तीसरा स्तर एल्टरनेटिंग कैम सिस्टम हैं: BMW Valvetronic, Nissan VVEL और Toyota Valvematic लिफ्ट और अवधि को निरंतर समायोजित करते हैं; लेकिन लिफ्ट अवधि के समानुपाती होता है, दोनों अलग-अलग निर्धारित नहीं किए जा सकते, और ये सिस्टम केवल इंटेक पक्ष पर प्रभावी होते हैं। अधिक असाधारण समाधान भी आज़माए गए: लिफ्ट को अवधि से स्वतंत्र रूप से बदलने वाले एक्सेंट्रिक डिस्क सिस्टम (MG Rover का VVC) और एक्सेंट्रिक शाफ्ट के अनुदैर्ध्य बदलते प्रोफाइल वाले स्लाइडिंग कोनिकल कैम की अवधारणा - दूसरा Ferrari से जुड़ा होने के बावजूद उत्पादन में उपयोग होने की जानकारी नहीं है।

सैद्धांतिक चरम कैम-रहित सिस्टम हैं: वाल्वों को विद्युतचुंबकीय या न्यूमैटिक एक्चुएटर से सीधे नियंत्रित करना टाइमिंग और लिफ्ट में पूर्ण स्वतंत्रता देता है। Koenigsegg ने घोषणा की कि वह यह Freevalve Gemera में पेश करेगा; हालाँकि कैमलेस तीन-सिलिंडर विकल्प कम माँग के कारण उत्पादन से पहले रद्द कर दिया गया और वाहन V8 के साथ ही लॉन्च हुआ। लागत-प्रभावी उत्पादन अभी भी इस विचार के सामने दीवार है।

टाइमिंग या लिफ्ट?

अवधारणाओं का विभाजन यहीं होता है: VVT आमतौर पर उत्सर्जन और टाइमिंग नियंत्रण को लक्षित करता है, जबकि वेरिएबल वाल्व लिफ्ट (VVL) rpm और लोड के अनुसार प्रदर्शन सुधार को लक्षित करता है। Mercedes Camtronic यह जोड़ी इस संयुग्म कार्य को अच्छी तरह संक्षेप में प्रस्तुत करती है: वेरिएबल कैम फेजिंग कम और मध्य आरपीएम टॉर्क को सुधारती है, जबकि वेरिएबल लिफ्ट और अवधि उच्च आरपीएम शक्ति को बेहतर बनाती है; इसकी कीमत थोड़ी अधिक जटिल संरचना है। एग्जॉस्ट पक्ष पर दो अलग कैम प्रोफाइल का उपयोग करने वाले VVL सिस्टम भी उपलब्ध हैं।

VTEC, VVT-i, VANOS: अलग नाम, वही सिद्धांत

हर निर्माता का अपना संक्षिप्ताक्षर है, लेकिन उन सभी के नीचे वही भौतिकी निहित है। अंतर केवल इस बात में है कि नियंत्रण कहाँ और कैसे किया जाता है। VTEC लगभग 6000 आरपीएम पर कैम प्रोफाइल बदलता है - एक तीव्र, स्पष्ट संक्रमण। VVT-i किसी छलांग के बिना इंटेक टाइमिंग को लगातार आगे बढ़ाता है। VANOS इंटेक और एग्जॉस्ट दोनों को संचालित करता है और पूरे आरपीएम रेंज में लगातार कार्य करता है; सिंगल VANOS लगभग 1200-4000 आरपीएम बैंड में प्रभावी होता है, जबकि VTEC आमतौर पर 4500-5000 आरपीएम से ऊपर सक्रिय होता है। आधुनिक i-VTEC वास्तव में VTEC की लिफ्ट तंत्र का VVT-i जैसे कैम फेजर्स (VTC) के साथ संयोजन है।

एटमॉस्फेरिक और टर्बो इंजनों में भिन्न भूमिकाएँ

एटमॉस्फेरिक इंजन में हवा अपने आकर्षण से सिलेंडर में प्रवेश करती है; दक्षता पूरी तरह वाल्व घटनाओं की सटीकता पर निर्भर करती है। इसीलिए आधुनिक एटमॉस्फेरिक इंजन लगभग बिना अपवाद के डायरेक्ट इंजेक्शन और VVT से सुसज्जित होते हैं। शक्ति तक पहुँचने के लिए उन्हें बड़ी क्षमता की आवश्यकता होती है, लेकिन बदले में वे अधिक सरल, अधिक पूर्वानुमेय चरित्र और अधिक पूर्वानुमेय ईंधन खपत प्रदान करते हैं।

टर्बो इंजन में VVT की भूमिका थोड़ी बदल जाती है: टर्बो, बड़ी क्षमता वाले एटमॉस्फेरिक इंजन के समान कम आरपीएम टॉर्क प्रदान कर सकता है; एक अनुभव की जाने वाली देरी के बावजूद वाहन अधिक तेज महसूस हो सकता है। VVT ठीक उन्नतियों में से एक है जो टर्बो के सक्रिय होने से पहले के कम आरपीएम क्षेत्र में टॉर्क को पोषित करके इस संक्रमण को सुचारु बनाती है। कीमत चुकानी पड़ती है: अधिक गर्मी, अधिक तनाव, अधिक चलने वाले पुर्ज़े और इलेक्ट्रॉनिक्स। फोर्स्ड इंडक्शन इंजनों में शीघ्र इंटेक वाल्व बंदी (मिलर चक्र) संपीड़ित चार्ज को नियंत्रण में रखने का मानक तरीका भी है।

दैनिक उपयोग में चालक यह तकनीक कैसे महसूस करता है?

सबसे स्पष्ट रूप से महसूस होने वाला प्रभाव कम आरपीएम टॉर्क में वृद्धि है: क्लच छोड़ते समय इंजन कम झटके के साथ चलता है, चढ़ाई पर गियर नीचे करने की आवश्यकता कम हो जाती है, और अधिकतम इंजन आरपीएम भी बढ़ाया जा सकता है। चरित्र का अंतर भी महसूस होता है: VVT-i से लैस इंजन रैखिक और शांत ढंग से आगे बढ़ता है, जबकि क्लासिक VTEC कम आरपीएम पर शांत रहता है और प्रोफाइल परिवर्तन पर स्पष्ट रूप से आक्रामक हो जाता है। इन दो दर्शनों के बीच चुनाव फोरमों की क्लासिक बहस है; कुछ ड्राइवर्स शहर के भीतर VTEC के अचानक परिवर्तन को थकाऊ पाते हैं, जबकि कैम प्रोफाइल परिवर्तन अभी भी इंजन संस्कृति के सबसे पहचाने जाने वाले क्षणों में से एक है। रैखिक फेजिंग शिविर लगातार और चिकने चरित्र की वकालत करते हैं।

ऐतिहासिक परिप्रेक्ष्य इस परिपक्वता को अच्छी तरह समझाता है। यह ज्ञात है कि पहला VVT पेटेंट Alanson Partridge Brush द्वारा 1903 में दायर किया गया था, 1904 में दिया गया और Cadillac Runabout and Tonneau में इस्तेमाल हुआ; अधिकतम आरपीएम सीमाएं बढ़ने के साथ 1920 के दशक में वेरिएबल अवधि की आवश्यकता ने पहले पेटेंट को जन्म दिया। 1960 के दशक के अंत में Giovanni Torazza के Fiat पेटेंट, हाइड्रोलिक दबाव से कैम फॉलोअर पिवट बदलकर, वेरिएबल लिफ्ट सहित पहला कार्यात्मक ऑटोमोटिव VVT डिज़ाइन था और इसमें आमतौर पर 37% ओपनिंग परिवर्तन प्रदान किया गया था। 1980 में Alfa Romeo Spider 2000 इंजेक्शन मॉडलों के साथ उत्पादन कार में VVT का उपयोग करने वाला पहला निर्माता बना; 1989 में Honda VTEC (पहला इंजन B16A) ने एक अलग कैम प्रोफाइल से अपनी पीक पावर बढ़ाई। तकनीक फिर मोटरसाइकिलों (2007, Kawasaki 1400GTR) और 2010 में Mitsubishi 4N13 1.8 के साथ दुनिया की पहली VVT वाली पैसेंजर डीजल में फैली; यहां तक कि 2007 में Caterpillar ने EPA आवश्यकताओं के बाद ट्रक इंजनों में EGR के बजाय VVT से NOx कम किया।

रखरखाव का पक्ष: सिस्टम तेल के साथ जीता है

VVT सिस्टम तेल के दबाव से नियंत्रित होते हैं; कैम फेज़र और VVT सोलेनॉयड ऑपरेशन और निदान दोनों के केंद्र में होते हैं। कम तेल स्तर टाइमिंग चेन, सोलेनॉयड या गियर ट्रांसमिशन में समस्या पैदा कर सकता है; इसलिए तेल स्तर की नियमित जांच और निर्माता की रखरखाव योजना का पालन, VVT खराबी की रोकथाम में सबसे व्यावहारिक कदम है। जब सिस्टम सक्रिय रूप से काम नहीं कर रहा होता है, तो पहले लक्षण आमतौर पर प्रदर्शन और ईंधन अर्थव्यवस्था में गिरावट होते हैं।

निष्कर्ष: एक वाल्व तंत्र के साथ इंजन के चरित्र को आकार देना

VTEC, VANOS या VVT-i जो भी हो, अंतर्निहित विचार वही है: वाल्व के खुलने और बंद होने के क्षण को इंजन के अनुसार समायोजित करना। एक स्थिर कैम प्रोफ़ाइल एक आरपीएम पर आदर्श होते हुए भी दूसरे पर समझौता करने के लिए बाध्य होता है; VVT इस समझौते को समाप्त कर देता है। कैम फेजिंग से वेरिएबल लिफ्ट तक के प्रत्येक चरण का मतलब है कम आरपीएम टॉर्क और उच्च आरपीएम शक्ति के बीच संतुलन का थोड़ा और बारीक समायोजन। हालांकि कैम-रहित सिस्टम अभी तक लागत की दीवार को पार नहीं कर पाए हैं, आज सड़कों पर चल रहे इंजनों का बड़ा हिस्सा इस सौ साल पुराने सिद्धांत के परिपक्व उत्पादों के साथ काम कर रहा है - और चालक इसे, बिना जाने-समझे, हर सहज त्वरण में महसूस करता है।

स्रोत

• वेरिएबल वाल्व टाइमिंग
• वेरिएबल वाल्व टाइमिंग की व्याख्या - Car and Driver
• वेरिएबल वाल्व टाइमिंग के लाभ - Hot Rod
• V-TEC बनाम Vanos बनाम VVT-i: ये सभी कैसे काम करते हैं? - Car Throttle
• VTEC बनाम VVT-i - Diffen
• Mercedes Camtronic - Autozine Technical School
• VVL बनाम VVT के अंतर - Motor Authority
• आंशिक लोड वेरिएबल कैमशाफ्ट टाइमिंग का ईंधन अर्थव्यवस्था विश्लेषण - ScienceDirect
• वेरिएबल वाल्व टाइमिंग क्या है - RepairPal
• वेरिएबल वाल्व टाइमिंग पर विचार - Snap-on
• वेरिएबल वाल्व टाइमिंग रखरखाव - Strut Daddy's