Кіріспе
Alfa Romeo Twin Spark (TS) технологиясы алғаш рет 1914 жылы Alfa Romeo Grand Prix машинасына қолданылды. 1960 жылдардың басында бұл технология жарыс машиналарынң (GTA, TZ) қозғалтқыштарынан жоғары қуат алуға мүмкіндік берді. 1980 жылдардың басы мен ортасында Alfa Romeo бұл технологияны өз жол машиналарынң құрамына енгізіп, олардың өнімділігін арттырды және қатаң шығарындылар нормаларына сәйкес келуді қамтамасыз етті.
"Екілі шұғыл" қозғалтқыштары
Қазіргі Alfa Romeo әлемінде "Twin Spark" атауы көбінесе Alfa Romeo автомобильдеріне орнатылған екі тұтандыру жүйесі бар қозғалтқыштарды білдіреді. 8 клапанды қозғалтқыш бастапқыда Alfa Romeo 75-ке, сондай-ақ 164 және 155 модельдеріне орнатылды. 16 клапанды қозғалтқыштар 145, 146, 155, 156, 147, 166, Alfa Romeo GTV & Spider және Alfa Romeo GT модельдерінде қолданылды. TS сериясының барлығы 4 цилиндрлі, тізбектес орналасқан екі валды қозғалтқыштар. Алғашқы 8 клапанды қозғалтқыш Alfa Twin Cam отбасынан дамытылған, жеңіл қорытпадан (силиций қосылған алюминий қорытпасынан) жасалған блок пен қақпақ, сумен салқындатылатын темір цилиндр қабырғалары және бір дуплекс таймерлік тізбекпен қозғалған кәмшафттарға ие болды. Демек, бұл дизайн бұрынғы және танымал Alfa Romeo Twin Cam қозғалтқыштарына ұқсас, бірақ клапан бұрышы тар және осы модельде екі тұтандыру жүйесі бар. Кейінгі 16 клапанды қозғалтқыштар Fiat-тың "Pratola Serra" (B отбасы) модульді қозғалтқыш сериясының бөлігі болды, олар құйма темір блокпен және қорытпа қақпақпен, ал кәмшафттар белбеумен қозғалды. "Екі Шам" атауы цилиндрде екі тұтандыру шамдары бар екенін көрсетеді. Ол темірден жасалған, себебі оның иілуге қарсы күші жоғары, конструкциясы қарапайым және өндіріс шығындары төмен. Жаңа кезінде бұл қозғалтқыштардың жоғары тиімділігі BMEP (поршень басына түсетін орташа тиімді қысым) көрсеткішімен дәлелденді. 8V Alfa Twin Spark қозғалтқыштарындағы екі тұтандыру шамдары бір уақытта жанады және кіретін және шығатын клапан орталықтарынан өтетін тік сызыққа қатысты симметриялы түрде орналасқан. Жалын фронты аз қашықтықты басып өтеді, бұл жалынды аз пайдалануға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, отынды үнемдеу үшін жұқа қоспаларға да жол беріледі. 8V қозғалтқышта 8 бірдей тұтандыру шамдары бар. 2.0 қозғалтқышта диаметрі 44 мм болатын үлкен кіретін клапанды пайдаланатын 2 клапанды конструкцияға байланысты орталықта орналасқан тұтандыру шамдарына орын жоқ. 8V қозғалтқышты пайдаланатын жаңа модельдерде жүйе танымал ысырап етілген тұтандыру жүйесін де қолданады (мысалы, Ford EDIS-те де қолданылады), 4 цилиндрлі қозғалтқыштағы 1-4, 2-3 сияқты қарама-қарсы фазадағы жұп цилиндрлер үшін бір катушканы біріктіреді. Alfa 16V Twin Spark қозғалтқыштарында бір тұтандыру шамы цилиндрдің ортасында орналасқан, көп клапанды конфигурациялы қозғалтқыштардың баршасында кең таралған. 4 клапанды жану камерасында екінші тұтандыру шамын орналастыру үшін кіші диаметрлі тұтандыру шамы кіретін және шығатын клапан арасындағы жану камерасының шетінде орналасқан. Қосымша тығынның орналасуы оның ең жоғары өнімділікке тигізетін әсерінің шектеулі екенін білдіреді. Алайда, қозғалтқыш өте жұқа жағдайда (AFR 18:1 дейін) тегіс жұмыс істей алады, бұл қосымша тығынның аз жүктемеде жанатын тиімділікті жақсарту үшін осында екенін көрсетеді. Келесі буын Alfa қозғалтқыштары, JTS қозғалтқыштары екінші тығындарды жоғалтты, тікелей инъекцияны алды және өнімділікті арттырды. TS 16V 1.6, 1.8 және 2.0 қозғалтқыштары цилиндр бойынша 10 мм және 14 мм диаметрлі ұзақ қызмет ететін платина электродынан жасалған тұтандыру шамдарын пайдаланады. Тұтандыру шамдарын ауыстыру аралығы. 16 клапанды қозғалтқышта жеке "катушкадағы тығын" тұтандыруы бар, онда тұтандыру уақытын Bosch қозғалтқыш басқару жүйесі тікелей басқарады, әр катушка екі тұтандыру шамын бір мезгілде іске қосады. CF1 және CF2 16 клапанды қозғалтқыштарында әр катушка астындағы тығынды және (қысқа тығын өткізгіші арқылы) 360° фазадан тыс бұрауындағы (яғни бір катушка қысылу жүрісінің жоғарғы жағына жақын цилиндрдегі тұтандыру шамын, сондай-ақ, шығырғыштың жоғарғы жағына жақын цилиндрдегі тұтандыру шамын сөндіреді) басқа цилиндрдегі тығынды іске қосады (180° краншафтпен 4 цилиндрлі 4 тактылі қозғалтқышта 1 және 4 поршеньдер мен 2 және 3 поршеньдер жұп болып көтеріледі және түседі). Осы конфигурация бойынша әр катушка екі тығынды, ал әр цилиндр екі катушкамен қызмет етеді. Егер катушка бұзылса, екі тығынның бірі жұмыс істейді. Цилиндрдегі тығынды оның шығыс жүрісі бойынша іске қосқан тұтандыру жүйелері ысырап етілетін тұтандыру жүйелері деп аталады; себебі тұтандыру ештеңе тұтандырмайды, сондықтан "тұтандыру" болады. Өрт сөндіру жүйелері өндіріс экономикасы ретінде қолданылады, өйткені катушкалардың санының жартысы қажет (оның салдарынан екі есе көп рет отқа түседі), мысалы, төрт цилиндрлі төрт тактылі қозғалтқыш (бір цилиндрде бір тығынмен) әр 180 ° краншафт айналуында кезектесіп отқа түсетін 2 катушканы қажет етеді, әр катушка барлық төрт цилиндрді отқа түсетін әрбір 360 ° краншафт айналуын отқа түседі. 16 клапанды қос тұтандыру үшін 4 катушка сегіз тығынға қажет, сондықтан өндіріс экономикасы ысырап етілетін тұтандыру жүйесін қабылдауда ықтимал емес. Кейінгі CF3 (2001 жылдан бастап Euro 3 эмиссия стандарты) 16v TS-де төрт катушка бір цилиндрдағы екі тұтандыру шамын іске қосады (сонымен 1 және 4 және 2 және 3 жұптары емес), және ысырап етілетін тұтандыру жүйесі болмауы мүмкін. Әр катушканың бір цилиндрмен байланысты болуының ықтимал артықшылықтары: катушканың отқа түсу жиілігін екі есеге азайту - катушка әр 720° краншафт айналымында ғана отқа түсуі керек, әр 360° краншафт айналымындағыдан гөрі. Бұл катушканың қанығу уақытын екі есеге арттырады, катушкаға түсетін жүктемені азайтады және жоғары айналымдарда тұтандыру сапасын жақсартады. Кейбір Bosch қозғалтқыш басқару жүйелері жеке цилиндрлерде тұтандыру уақытын алға және артқа жылжытуға қабілетті, бұл CF1 және CF2 конфигурацияларында мүмкін емес, өйткені әр цилиндр екі катушкамен қызмет етеді, бірақ CF3 конфигурациясында қолданылуы мүмкін. Қозғалтқыштар операция кезінде өнімділікті жақсарту үшін тағы екі құрылғыны қамтиды: кәмшафт фазалық өзгертегіші және айнымалы кіретін ұзындықты басқару (немесе Alfaspeak-те модульді кіретін коллекторы) кейінгі (пластик кәмшафт қақпағы) 1.8 және 2.0 литрлік нұсқаларында. Екеуі де айнымалы жүйелер қолданылса, олар rpm, жүктеме және газ педаліның жағдайына жауап ретінде Bosch Motronic қозғалтқыш басқару блогымен бірге басқарылады. Fiat Auto S. p. A. DTE электрондық қызмет құжаттамасына сәйкес 156 Twin Spark (1.8/2.0): "Қозғалтқышқа тартылатын ауа мөлшерін оңтайландыру үшін басқару блогы тексеріп отырады: екі бұрыштық жағдайда кіретін уақыт (және) екі ұзындықтағы кіретін арналардың геометриясы (тек 1.8/2.0 TS). Максималды момент жылдамдығында басқару блогы "ашық" фазасын орнатады: кәмшафт 25°-қа жылжытылған, кіретін корпус ұзын арналар (тек 1.8/2.0 TS). Максималды қуат жылдамдығында басқару блогы "жабық" фазасын орнатады: кәмшафт қалыпты жағдайда, кіретін қорап қысқа арналар. Бос жүріс жылдамдығында басқару блогы "жабық" фазасын орнатады: кәмшафт қалыпты жағдайда және кіретін қорап қысқа арналар. Қозғалтқыштың басқа жұмыс жағдайларында басқару блогы өнімділікті оңтайландыру үшін ең қолайлы конфигурацияны таңдайды - тұтыну - эмиссиялар. Айналым кезінде қораптың кіретін арналары әрқашан қысқа болады." Кіретін кәмшафтты жылжыту кіретін клапандарды кіретін циклде ертерек ашады және жабады. Бұл ауа/отын қоспасымен цилиндрді толтыру ертерек басталып, ертерек аяқталуына мүмкіндік береді, осылайша қоспаны ертерек қысуды бастайды. Немесе қысу фазасы кешіктірілген кіретін клапан жабылуымен кешіктірілуі мүмкін (кәмшафт ертерек жылжымаған жағдайда). Газдардың нақты қысылуы кіретін клапандардың жабылуынан кейін ғана бастала алады, сондықтан кіретін клапан жабылу уақытын өзгерту арқылы (өзгертегішпен) тиімді қысым коэффициентін азайтуға болады. Бұл тиімді қысым коэффициентін сақтай отырып, кеңею коэффициентін азайтудың артықшылықтары бар, осылайша қысу фазасының механикалық шығындарын азайтуға болады. Кіретін клапан шығыс клапандарының жабылуына қатысты ертерек ашылса, клапан қабаттасуы (кіретін және шығыс клапандары бір уақытта ашық болатын кезең) да осы режимде артады. Бұл шығып келе жатқан эвакуацияның тазалау әсерін күшейтеді, бұл цилиндрге жаңа зарядты көмектесу үшін цилиндрде жартылай вакуум тудырады. Сондай-ақ, бұл артық қабаттасу, шығатын газдардың бір бөлігінің қайтадан кіруіне мүмкіндік береді, осылайша ішкі EGR сияқты жұмыс істейді. BMW VANOS сияқты ұқсас кіретін кәмшафт фазалық жүйелері сияқты, фаза жоғары айналымдарда кешіктірілген күйге қайтарылады.
The 16 Valve engine features individual 'coil over plug' ignition where the timing of the ignition is controlled directly by the Bosch engine management system, with each coil firing two spark plugs simultaneously. On the earlier CF1 and CF2 16 valve engines each coil fired the plug below it and (via a short plug lead) a plug in the other cylinder that was 360° crankshaft rotation out of phase (i. e. one coil would fire a spark plug in the cylinder nearing the top of the compression stroke, and also the a spark plug in the cylinder nearing the top of the exhaust stroke (in a 4 cylinder 4 stroke engine with a 180° crank pistons 1 & 4 and pistons 2 & 3 rise and fall as pairs). So in this configuration each coil services two spark plugs and each cylinder is serviced by two coils. In case of a coil failure one of two plugs would still work. Ignition systems that fire a plug in a cylinder on its exhaust stroke are referred to as a wasted spark ignition system; as the spark ignites nothing and so is 'wasted'. Wasted spark systems are generally used as a production economy as half the number of coils are required (which consequently have to fire twice as many times), e. g. a four cylinder four stroke engine (with a single plug per cylinder) requires only 2 coils alternately firing every 180° of crankshaft rotation, each coil firing every 360° crank rotation to fire all four cylinders. In the 16 Valve Twin Spark 4 coils are required by the eight plugs, so production economy was unlikely to be a factor in the adoption of a wasted spark system. On the later CF3 (2001 on Euro 3 emissions standard) 16v TS the four coils fire both spark plugs in one cylinder (so not 1 & 4 and 2 & 3 as pairs), and may not be a wasted spark system. The potential benefits of each coil being associated with one cylinder being: halving the firing frequency the coil is only required to fire every 720° crankshaft rotation rather than every 360° crankshaft rotation. This would double coil saturation time, reducing coil load and improving spark quality at high rpm. Some Bosch engine management system have the ability to advance and retard ignition timing in individual cylinders, which would be impossible in the CF1 and CF2 configurations as each cylinder is serviced by two coils, but could be used in the CF3 setup. The engines also incorporate two other devices to enhance the performance under operation, the Camshaft Phase Variator and the Variable Intake Length Control (or Modular Inlet Manifold in Alfaspeak) on the later (plastic cam cover) 1.8 and 2.0 litre versions. Where both these variable systems are deployed they are controlled in tandem by the Bosch Motronic Engine Management ECU in response to rpm, load, and throttle position. According to Fiat Auto S. p. A. DTE electronic service documentation for the 156 Twin Spark (1.8/2.0):
"To optimise the quantity of air drawn into the engine the control unit checks: inlet timing on two angle positions (and) geometry of inlet ducts at two lengths (only 1.8/2.0 TS). At maximum torque speed the control unit sets the "open" phase: cam advanced by 25°, inlet casing long ducts (Only 1.8/2.0 TS). At the maximum power speed the control unit sets the "closed" phase: cam in normal position, inlet box short ducts. At idle speed the control unit sets the "closed" phase: cam in normal position and inlet box short ducts. In the other engine operating conditions, the control unit selects the most suitable configuration to optimise performance consumption emissions. During overrunning, the inlet ducts of the box are always short." The advancing of the inlet camshaft opens and closes the intake valves earlier in the inlet cycle. This allows the filling of the cylinders with air/fuel mix to begin and end earlier when in advanced position thus starting to compress the mix earlier. Or the compression phase to begin later (when in not advanced cam state) by delaying the intake valve closure. The actual compression of the gases can begin only after the closure of the inlet valves so by varying the intake valve closure moment (with the variator) the effective compression ratio can be reduced in not advanced position. This has benefits as a way to reduce the effective compression ratio but still keep the expansion ratio as before so to lower the compression phase mechanical losses. When the intake valve is also opened earlier in relation to the closing of the exhaust valves, the valve overlap (the period both inlet and exhaust valves are simultaneously open) is also increased at this mode. This promotes the scavenging effect of the exiting exhaust which causes a partial vacuum in the cylinder to further assist in filling the cylinder with a fresh charge. Also this increased overlap, may cause part of the exhaust gases to re enter in this way make it function like internal EGR. As with similar inlet cam phasing systems like BMW VANOS the phasing is returned to the retarded state at higher rpm to improve power and efficiency as inlet gas dynamics change with rpm. The short inlet ducts being tuned to the higher frequency and thus shorter inlet duct pressure wave. On the 16V engines the camshaft variator is used to enhance the performance/emissions but also might be the source to the common 'diesel noise' problem often seen on high mileage used models which used the earlier internals of the variator. The same variator system is also used in many Fiat/Lancia engines like one used in Lancia Kappa 5 cylinder engine, some Fiat Bravo/Fiat Marea engines, Fiat Barchetta, Fiat Coupe, Fiat Stilo etc. models.
Модульді кіру манифольді
Alfa Romeo модульдік кіру коллекторы – кейінгі CF2 1.8 және 2.0 литрлік Twin Spark қозғалтқыштарына орнатылған өзгермелі құбырлы жүйе. Ол әртүрлі ұзындықтағы екі жеке ауа қабылдау құбырын (әрбір цилиндрге бір жұп) ауыстыру арқылы жұмыс істейді, бұл кіру құбырының соңынан (плиенум ішінде) кіру клапандарына дейінгі жолды қысқартуға немесе ұзартуға мүмкіндік береді. Жүйе вакуумдық сервомен басқарылады және жоғарыда сипатталғандай, тікелей Bosch қозғалтқыш басқару жүйесімен реттеледі. Дұрыс ұзындығы бар кіру құбырлары кіру құбыры/трактісіндегі кіру клапандарының ашылуы мен жабылуы және сору циклі кезінде газ ағыны тудыратын гармоникаларды пайдалану арқылы жұмыс істейді. Әрбір құбыр тиімді түрде жылдамдық қабаты болып табылады, ол оң қысым толқынын кіру құбырының бойымен кері шағылыстырып, отын-ауа қоспасымен цилиндрді толықтыруды максималды деңгейге көтереді. Қысым толқынының ашық кіру клапандарына жетіп, цилиндрді толтыруға көмектесетін айналымдар диапазоны құбырдың ұзындығымен анықталады және салыстырмалы түрде тар. Құбырдың ұзындығын ауыстыру арқылы дұрыс кіру құбырларының тиімділігі қол жеткізілетін айналымдар диапазоны кеңейеді, нәтижесінде тегіс тартымдылық қисығы және осылайша айналымдардың барлық диапазонында қуаттың артуына әкеледі. Сонымен қатар, дроссельді клапан мен ауа фильтрі арасындағы ауа ағыны да максималды деңгейге жеткізілді. Бұл ауа фильтрі ішіндегі кіру құбырының соңында орналасқан «кіру трубасын» (көбінесе Alfisti «конус» деп атайды) қамтиды, ол турбуленттілікті азайту арқылы ауа ағынын және отынның мөлшерін жақсартуға арналған (сондай-ақ оң қысым толқындарын кіру құбыры арқылы кері шағылыстыруға мүмкіндік береді). Тромпетті алып тастау немесе «деконинг» жасау арқылы өнімділікті жақсарту туралы көп пікірталас болып жатыр, себебі кейбіреулер трубаның кішігірім кіру қимасы ауа ағынын шектейді деп санайды. «Деконинг» кіру қимасын жақсартса да, кез келген пайда сәулеленбеген кіреберістің «қысым әсерінен» өтелуі мүмкін, ол бірдей диаметрдегі трубаның тиімділігінің 0,6-0,5-іне тең.
Клапанның ауыспалы уақыт режимі
Түрлі клапанды уақыттандыру Twin Spark қозғалтқышының көлеміне қарай өте жақсы жұмыс істеуін қамтамасыз етті, бірақ 16 клапанды қозғалтқыштың нашар тұстарында бірі болып табылады. Камера уақытын басқаратын бастапқы вариатор тозуға немесе істен шығуға бейім, алайда жаңа ауыстыру бөлігі басқа нөмірге ие және жақсырақ сенімділікке ие. Белгілері – қуаттың сәл төмендеуі және қозғалтқыштың үстінен дизельдік дауыс естілуі, ол қозғалтқышты іске қосқанда пайда болып, уақыт өте келе ұзарады. Сондықтан, оның сыртқы жағдайына қарамастан, 36 000 миль (60 000 км) жүріске жеткенде тісті белдік ауыстырылғанда вариаторды ауыстыруға кеңес беріледі. Вариатор мәселесі ертерек 8V Twin Spark нұсқаларында жиі кездеспейді, себебі оларда камера уақытын басқарудың басқа жүйесі қолданылады. Бұл Alfa Romeo 156 және 147 модельдеріндегі кейінгі 16v нұсқаларына да қатысты, онда нашар вариатор мәселесі шешілді.