Тестовете разкриват кое е по-ефективно

Въпросът изглежда толкова стар, колкото самия автомобил или двигателят с вътрешно горене. През последните десетилетия няколко проучвания изследват коя технология за синхронизация предлага най-доброто качество и производителност. За да хвърли малко светлина за това, коя система осигурява по-голяма ефективност, BorgWarner проведе интензивни тестове на ремъци и вериги на двигатели в техническия си център в Итака, Ню Йорк.

Оценка на ефективността

Когато става въпрос за ангренажни задвижвания за двигатели с вътрешно горене, дизайнерите на двигатели се фокусират върху издръжливостта, пространството за монтаж в двигателното отделение, NVH (шум, вибрации и устойчивост) и общата ефективност. С дългогодишен опит на пътя, верижните задвижващи механизми предлагат няколко предимства пред ремъците, когато се обмисля широк спектър от критерии.

С дълготрайност, продължителна до живота на двигателя, верижните задвижвания са най-подходящи за двигатели с висока мощност. Усъвършенстваните производствени технологии, материали и покрития подобряват здравината на веригата, издръжливостта, износоустойчивостта и ефективността. От друга страна повечето задвижващи ремъци изискват няколко замени преди края на живота на автомобила.

При двигатели с ограничено място за монтаж веригите предлагат по-компактно решение. Там, където се брои всеки милиметър от мястото за инсталиране, съвременните двигатели силно предпочитат верижните пред ремъчните задвижвания. В изследваните случаи, ползата от по-компактния механизъм е 8-10 мм.

Въпреки това, сравняването на ефективността между верижните задвижвания и ремъчните задвижвания може да бъде по-трудно. При оценяване на триенето се твърдеше, че ремъците имат естествено предимство поради дизайна си, т.е. неметален ремък върху метална ролка. В много съвременни приложения производителите на вериги успешно оптимизират верижните системи за намаляване на триенето, като използват материали с ниско триене, оптимизирана геометрия на връзката, настройка на обтегача и усъвършенствани техники за производство.

Тестване

Инженерите на BorgWarner си поставиха за цел да определят ефективността на верижните и ремъчните задвижвания чрез измерване на въртящия момент за въртене на коляновия вал. В хода на теста на BorgWarner, зъбното задвижване беше сравнено с конвенционален сух ремък и мокър ремък, работещ в масло.

Тестът за триене се проведе в Итака, Ню Йорк, позволявайки на инженерите да измерват триенето на цялата система за синхронизиране. Той се състоя на незапален двигател, задвижван от електромотор, при който напрежението на веригата се индуцира от въртящите моменти на разпределителния вал.

Двигателите, използвани за тестване, бяха модифицирани, за да се избегнат променливите величини, като горивна помпа и маслена помпа, така че загубите от триене, свързани с ремъка срещу верижното задвижване, могат да бъдат изолирани и силно повторими. Предното и задно уплътнение на коляновия вал също бяха отстранени, а коляновият вал беше неутрално балансиран без буталата и мотовилките.

BorgWarner се сдоби с два двигателя с ремък, 1,0-литров трицилиндров двигател, както и 1,6-литров четирицилиндров двигател, и тества тези двигатели с оригиналните си ангренажни задвижвания. След това BorgWarner разработва решение за верижно задвижване за всеки от тези двигатели, използващ съответно зъбна верига със стъпка от 8,0 мм и с 6,35 мм.

Изследването се провежда по „метода на лентата“. При тази процедура на двигателя е монтирано верижното или ремъчното задвижване и е измерено количеството въртящ момент, необходим за завъртане на коляновия вал. След това веригата или ремъкът се отстраняват и се измерва отново, за да се определи въртящият момент на коляновия вал. Накрая въртящият момент на коляновия вал се изважда от общия въртящ момент на двигателя. Резултатът води до въртящия момент за задвижване на системата за синхронизация и клапаните.

Извърши се изчерпателно тестване, за да се гарантира, че резултатите от теста са повтаряеми. Бяха проведени и периодични прегледи на изходното ниво. Резултатите показаха повтаряемост на теста с разлики по-малко от 3%.

Резултати от сравнителни измервания

Като част от процеса на проектиране на верижната система, беше извършена динамична симулация на системата, за да се осигури стабилно изпълнение на дизайна. Тази симулация показа, че и двете верижни задвижвания на BorgWarner ще бъдат здрави и ще отговарят на всички изисквания относно напрежението и контрола на веригата. Изходните данни от теста доведоха до приблизително равни загуби на въртящия момент на задвижващия механизъм между верижното задвижване и задвижването с ремък в масло с добра повтаряемост от +/- 0,02 Nm.

Сравнението на верижното задвижване на BorgWarner със задвижването със сух ремък доведе до по-висока ефективност от страна на верижната система. Този недостатък на сухите ремъци може да бъде поне частично обяснен с триенето от използването на уплътнения, за да се запази ремъка от маслото.

Тестването на BorgWarner показва, ремъците и вериги предлагат подобна производителност. Все пак веригите все още имат много предимства пред ремъците, включително компактност, дълготрайност и по-добър контрол на системата.

Какво означава това за различни настройки на двигателя?

Въз основа на резултатите от тестовете на BorgWarner, верижните и ремъчните задвижвания имат същата или подобна ефективност, когато системата за синхронизиране е оптимизирана. Въпреки това, когато избирате между верижни и ремъчни задвижвания, приспособимостта на задвижващите механизми за синхронизация към различни настройки на двигателя е друг ключов фактор за дизайнерите на двигатели.

Благодарение на по-високото съотношение предавано усилие / ширина, верижните системи, съдържащи верига, хидравличен обтегач и водачи, съдържат всички елементи, необходими за адаптиране към допълнителни варианти на двигателя с минимални изменения. Например, за едно приложение BorgWarner покрива шест различни варианта с общ дизайн на верига и обтегач.

Обратно, обикновеният сух ремък има съотношение предавано усилие / ширина, по-малко от половината от подобно приложение на веригата. Когато вариантите на двигателя с повишена мощност изискват по-висока здравина на системата, няколко фактора могат да се окажат от решаващо значение върху ефективността и комплектоването на двигателя, включително увеличена ширина на ремъка, потенциалната нужда от направляващ елемент или ролка на празен ход и увеличено предварително опъване поради по-високи амплитудни колебания.

Заключение

Тестването на BorgWarner разкрива, че оптимизираните верижни и ремъчни задвижвания показват подобна ефективност. Докато верижните задвижвания показват измеримо предимство на ефективността пред задвижванията със сух ремък, верижните задвижвания и задвижванията с ремък в масло работят подобно. В резултат на това трябва да се вземат дизайнерски решения по отношение на синхронизацията на двигателите, като се вземат предвид редица различни критерии.

Приспособимост, ниско динамично трептене на разпределителния вал и здравината прави веригата на BorgWarner най-доброто решение. С доказана дълготрайност на пътя, верижните задвижвания на BorgWarner предлагат компактен дизайн, оптимизирана ефективност и здравина.

Източник: BorgWarner