Asování ventilů.

Při zvažování pracovních cyklů pístových motorů se běžně předpokládalo, že k otevírání a zavírání ventilů dochází, když je píst v horní nebo dolní úvrati (TDC nebo BDC).
Reálně se při běžících skutečných motorech ventily otevírají dopředu a zavírají za mrtvými body, což má za následek výrazné zlepšení plnění válců čerstvou náplní a efektivní odvod výfukových plynů z nich.

Okamžiky otevření a uzavření ventilů, vyjádřené v úhlech natočení klikového hřídele ve vztahu k počátečním nebo konečným momentům odpovídajících zdvihů, se nazývají fáze časování ventilů.

Jak je známo, hlavní funkcí mechanismu časování ventilů je zajištění maximální účinnosti plnění a čištění válce během provozu motoru. Na tom, jak správně je zvoleno časování ventilů, závisí účinnost a výkon motoru, stejně jako jeho trakční a dynamické vlastnosti.

U atmosféricky plněných motorů se sací ventil otevírá 10…30˚ otáčení klikového hřídele, dokud píst nedosáhne TDC a uzavře se skrz 50…80˚ poté, co píst prošel BDC. Výfukový ventil se otevře poté 40…70˚ do BDC a uzavře se poté, co píst projde TDC skrz 10…50˚ otáčení klikového hřídele. Čím rychlejší je motor, tím větší je hodnota těchto úhlů (širší časování ventilů).

Otevřený stav sacího ventilu na začátku kompresního zdvihu zajišťuje pokračující plnění válce díky setrvačnosti čerstvé náplně a rozdílu mezi okolním tlakem a tlakem ve válci na začátku komprese. Předstih otevření sacího ventilu je vypočítán tak, že v době, kdy píst dosáhne TDC, je již ventil otevřený.

Předběžné otevření výfukového ventilu předtím, než píst dosáhne dolní úvratě (BDC), zajišťuje vyprázdnění válce v počáteční fázi kvůli nadměrnému tlaku ve válci, takže práce pístu na vytlačování plynů během výfukového zdvihu je výrazně snížena, což přispívá ke zvýšení výkonu motoru.

Vzhledem k tomu, že sací ventil se otevírá na konci výfuku a výfukový ventil se uzavírá na začátku sání, existuje období, kdy jsou oba ventily otevřeny současně. Toto období se nazývá překrytí ventilů. U přeplňovaných motorů jsou tyto úhly zvětšeny.
Během překrytí ventilů, kdy do válce vstupuje čerstvá náplň a výfukové plyny jsou odváděny výfukovým ventilem, jsou válce propláchnuty, což zlepšuje výměnu plynů. Je zřejmé, že přeplňování je účinné u vznětových motorů, protože válce jsou proplachovány čistým vzduchem, nikoli pracovní směsí, jako u karburátorových motorů.

Schéma časování ventilů je znázorněno na obr. 1.

Časování ventilů závisí na profilu vaček vačkového hřídele a vzájemné poloze vaček. Pokud jsou profily sacích a výfukových vaček stejné, pak bude stejná i doba otevření ventilu.

Variabilní časování ventilů

U běžného motoru je časování ventilů určeno tvarem vačky vačkového hřídele a zůstává nezměněno ve všech rozsazích a za všech provozních podmínek motoru. Konstantní časování ventilů však neumožňuje vytvoření optimálních procesů tvorby směsi pro každý konkrétní režim.

Jako příklad uveďme, jaké požadavky klade motor na časování ventilů při různém zatížení a provozních podmínkách.

Režim nečinnosti

V tomto provozním režimu by měl být úhel natočení vačkového hřídele nastaven tak, aby odpovídal poslednímu začátku otevření sacího ventilu (maximální úhel zpoždění, s minimálním překrytím ventilů). Tím je zajištěno minimální proudění výfukových plynů do sacího potrubí, což zlepšuje stabilitu motoru a snižuje spotřebu paliva.

Režim nízké zátěže

Při provozu při nízkém zatížení by se měl zmenšit přesah ventilů, aby se minimalizovalo proudění výfukových plynů do sacího potrubí, což zlepšuje stabilitu motoru.

Režim střední zátěže

V tomto režimu je nutné zvětšit překrytí ventilu, což sníží „čerpací“ ztráty. V tomto případě část výfukových plynů vstupuje do sacího potrubí, což umožňuje zvýšení teploty kompresního cyklu a její snížení během spalovacího zdvihu (pracovního zdvihu), což zase vede ke snížení obsahu oxidů dusíku ve výfukových plynech a zvýšení tepelné účinnosti motoru.

Režim vysokého zatížení při nízkých otáčkách klikového hřídele

V tomto režimu musí být zajištěno brzké uzavření sacích ventilů, aby bylo zajištěno zvýšení točivého momentu. Nízké nebo žádné překrytí ventilů způsobuje, že motor přesněji reaguje na změny polohy plynu, což je velmi důležité například při jízdě v městském provozu.

Režim vysokého zatížení při vysokých otáčkách klikového hřídele

Pro získání maximálního výkonu při vysokých otáčkách klikového hřídele je nutné zajistit překrytí ventilů blízko TDC s velkým úhlem natočení klikového hřídele. Výkon totiž nejvíce závisí na maximálním možném množství směsi paliva a vzduchu vstupující do válce v krátkém čase, ale čím vyšší jsou otáčky motoru, tím méně času je vyhrazeno na plnění válce.

Z výše uvedeného rozboru vyplývá, že mechanismus časování ventilů musí být citlivě nastaven na konkrétní provozní podmínky motoru, aby bylo zajištěno, že motor plní své funkce co nejefektivněji. Je zřejmé, že mechanismus časování ventilů musí být schopen měnit časování ventilů v závislosti na provozním režimu motoru.

Vědomí konstruktérů o nutnosti použít „flexibilní“ rozvodové systémy schopné měnit časování ventilů v servo režimu v závislosti na provozních podmínkách motoru vedlo k vytvoření různých systémů a technických řešení, které umožnily tuto myšlenku uvést v život.

Hlavní úkoly systému variabilního časování ventilů jsou:

• zlepšení kvality provozu motoru při volnoběžných otáčkách;
• zvýšení palivové účinnosti motoru;
• optimalizace točivého momentu v rozsahu středních a vysokých otáček klikového hřídele;
• zvýšení vnitřní recirkulace výfukových plynů s doprovodným poklesem teploty plynů při spalování a snížením emisí oxidů dusíku;
• zvýšení výkonu v rozsahu vysokých frekvencí otáčení klikového hřídele.

Aby bylo možné měnit časování ventilů za chodu motoru, je nutné nějak změnit polohu vačkového hřídele vzhledem ke klikovému hřídeli. V tomto případě může být provozní princip pohonu otáčení vačkového hřídele pro změnu časování ventilů jakýkoli – mechanický, hydraulický, elektrický nebo pneumatický.

Variabilní časování ventilů bylo poprvé použito u vozů Alfa Romeo v r 1983 rok. Poté se takové systémy začaly používat ve vozidlech Mercedes, Nissan, BMW, Porsche a dalších.
В 90-e V průběhu let bylo stále více motorů vybaveno systémy variabilního časování ventilů, takže úhel překrytí ventilů lze měnit v souladu s provozními podmínkami motoru. V těchto systémech se používá na motorech DOHC (se dvěma vačkovými hřídeli) bylo do hnacího kola sacího vačkového hřídele namontováno speciální zařízení. Taková zařízení se nazývají zařízení s proměnným časováním ventilů. VIVT (Variabilní časování sacích ventilů).

Vzhledem ke stále se zvyšujícím požadavkům na snižování toxických emisí s výfukovými plyny byla nyní vyvinuta zařízení, která dokážou měnit časování ventilů v celém rozsahu možných otáček klikového hřídele motoru jak u sacích, tak u výfukových ventilů, což umožňuje regulovat množství zbytkových výfukových plynů ve spalovacím prostoru.
Plynule proměnné časování ventilů také zlepšuje výkon motoru při volnoběhu a plném zatížení a poskytuje zvýšený točivý moment a výkon.

Alternativou k mechanickým systémům byla levnější konstrukce systému proměnného časování ventilů využívající hydraulicky ovládanou spojku – fázový posuvník. Taková spojka je schopna působením řídicí elektroniky a hydrauliky natáčet vačkový hřídel pod určitým úhlem vůči jeho původní poloze.
S rostoucími otáčkami spojka otáčí hřídelí ve směru otáčení, což vede k dřívějšímu otevírání sacích ventilů a v důsledku toho k lepšímu plnění válců ve vysokých otáčkách.

Inženýři se tam nezastavili a vyvinuli řadu systémů schopných fáze nejen posouvat, ale také je rozšiřovat či zužovat. V závislosti na provedení toho lze dosáhnout několika způsoby.

Například v systému VVTL, vyvinuté specialisty z Toyoty, po dosažení určitých rychlostí (Počet otáček 6000) místo obvyklé vačky je v práci zahrnuta přídavná s upraveným profilem. Profil této vačky definuje různé kinematiky pohybu ventilů a mění časování ventilů. Když se otáčky klikového hřídele zvýší nad 6500. 8000 ot./min Jako by motor dostal druhý dech, který dokáže autu dodat dynamický náboj při akceleraci.

V současné době se systémy kontinuálního variabilního časování ventilů používají v motorech Audi, Volkswagen, Toyota, Renault, Volvo a dalších.

Dalším technickým řešením problému je změna výšky zdvihu ventilu, která umožňuje měnit proces výměny plynu pomocí různých řídicích systémů. V takových systémech se zdvih ventilu a délka sací fáze mění v závislosti na tlaku na plynový pedál, tj. pomocí ovládání bez plynu.
Úspory plynoucí z použití systému řízení bez plynu jsou 8. 15%, nárůst výkonu je v mezích 5 %.

Mechanický pohon pro ovládání rychlosti a výšky zdvihu ventilu v poslední době stále více nahrazuje elektromagnetický pohon, protože je citlivější na signály z ovládacích zařízení.
V tomto případě lze výšku, čas a rychlost zdvihu ventilu uvést na ideální hodnotu a dobu otevření ventilu lze měnit ve velmi širokých mezích. Elektronika v souladu s daným programem nemusí periodicky otevírat „nepotřebné“ ventily nebo zcela odpojit lahve od výměny plynů. Děje se tak za účelem úspory například při volnoběhu nebo při brzdění motorem.

Inženýři a konstruktéři neustále pracují na optimalizaci a zdokonalování systémů rozvodu plynů spalovacích motorů tak, aby byl plně využit potenciál pro zvýšení dynamických a rychlostních charakteristik motorů, jejich účinnosti a ekologické bezpečnosti.

Technické předpisy pro výměny oleje se někdy zdají být v něčem přemrštěné a v něčem příliš přísné s očekáváním určité rezervy a zajištění ze strany výrobce. K tomu se přidává nedostatek peněz nebo času na včasnou údržbu vozu a buďme upřímní, základní lenost a zapomnětlivost. V tomto článku srozumitelným, ale přesto kompetentním způsobem vysvětlujeme, proč je stále nutné dodržovat předpisy a jak skončí hrátky s výměnou oleje (definitivně „skončí“, nikoli „může skončit“!)

25. června 2019 5:00

Když jakýkoli motor běží, jeho válce jsou naplněny hořlavou směsí, která pak hoří, načež jsou produkty spalování odstraněny, aby se vytvořil prostor pro další část hořlavé směsi. Tyto procesy dohromady se nazývají výměna plynu.

Dopad výměny plynů na výkon, točivý moment, spotřebu paliva a toxicitu výfukových plynů je těžké přeceňovat. Množství výměny plynu, ke kterému dochází, nakonec určuje, co bude z motoru získáno.

Přesné pořadí výměny plynů je „zapsáno“ v profilu vačky a jejich úhlové poloze na tyči vačkového hřídele. Uspořádání vaček na vačkovém hřídeli určuje pořadí, ve kterém ventily pracují v různých válcích motoru.

Profil vačky určuje, kdy a jak se ventil ovládaný vačkou bude otevírat, pohybovat a zavírat. Okamžiky otevírání a zavírání sacích ventilů se nazývají fáze časování ventilů, o kterých všichni motoristé vědí.

Špatné je, že vačkový hřídel není gumový. Díky jednou provždy nastavenému tvaru je schopen zajistit ideální chod motoru pouze ve značně úzkém rozsahu otáček klikového hřídele.

Z principu nelze vyrobit vačky s profilem, který by poskytoval nejlepší dynamický a ekonomický výkon motoru v celém rozsahu jeho pracovních režimů. Pokus o ideální plnění válců hořlavou směsí a odvod výfukových plynů v nízkých otáčkách vás bude stát, když motor běží ve vysokých otáčkách a naopak.

Kompromis také vede ke ztrátě výkonu a iracionální spotřebě paliva, i když méně patrné. Boj proti ztrátám vysvětluje vzhled v konstrukci mechanismu distribuce plynu systémů, které umožňují řízení fází výměny plynu v lahvích v závislosti na potřebě v aktuálním okamžiku.

Pro regulaci časování ventilů bylo vynalezeno mnoho systémů. Například v systému VTEC představeném společností Honda před téměř 30 lety byl každý jednotlivý ventil obsluhován dvěma vačkami s různými profily. Každá vačka působila na vlastní zdvihátko a zdvihátka se střídavě zamykala nebo odjišťovala pomocí vnitřního pístu ovládaného tlakem v mazacím systému. V důsledku toho, v závislosti na provozním režimu motoru, vačky prostřednictvím tlačných zařízení také postupně působily na ventily. Systém byl primitivní, protože rozlišoval pouze dva režimy motoru, ale Honda se tam nezastavila a svůj VTEC neustále modernizovala.

Existují i ​​systémy, které místo celokovových využívají kompozitové vačkové hřídele s pohyblivými vačkami, které dokážou měnit úhlovou polohu na tyči. Fáze lze nastavovat i pomocí hydraulického napínáku řetězu, který je ovládán elektromagnetickým ventilem měnícím přívod oleje z mazacího systému do napínáku. Je pravda, že tato metoda opravuje úhlovou polohu pouze jednoho vačkového hřídele, kterým je zpravidla sací vačkový hřídel. V důsledku toho jsou řízeny pouze okamžiky jejich otevření a zavření a také doba překrytí ventilů, když jsou sací a výfukové ventily v konkrétním válci současně otevřeny.

Nejpoužívanější jsou však fázové regulátory, nebo, jak se jim také říká, fázové posuvníky. Jedná se o hydraulicky ovládané fázové přesuvníky, které jsou namontovány na koncích vačkových hřídelů na straně pohonu. Skříň spojky je pevně spojena s pohonem vačkového hřídele. Rotor je zase spojen s vačkovým hřídelem.

Úhlová poloha hřídele se nastavuje pomocí elektrohydraulického rozdělovače. V závislosti na povelech z řídicí jednotky motoru se cívka rozdělovače pohybuje a otevírá kanály, kterými olej z mazacího systému pod tlakem vstupuje do vnitřní dutiny spojky.

A pak vše závisí na konstrukci spojky. Existují spojky, ve kterých se skříň a rotor pohybují od sebe působením tlaku oleje.

Skříň a rotor jsou spojeny spirálovým drážkovým spojením, takže rotor se při pohybu také otáčí společně s vačkovým hřídelem pod určitým úhlem.

Ostatní spojky fázového řazení pracují na principu hydromotoru. Olej vstupující do spojky tlačí na listy rotoru z odpovídající strany, což zajišťuje otáčení vačkového hřídele.

Po natočení do požadovaného úhlu se cívka rozdělovače nastaví do polohy, ve které je udržován stejný tlak v dutinách na každé straně lopatky.

Fázové regulátory lze použít pouze pro sací vačkový hřídel, pro přesnější regulaci časování ventilů je však nutné použít na každém z vačkových hřídelů. To umožňuje nezávisle na sobě měnit polohu sacího a výfukového vačkového hřídele.

Rozsah fázových regulátorů není malý. V některých systémech je úhel natočení větší než 60 stupňů. Elektronika generuje příkazy porovnáním informací přijatých z různých senzorů s parametry uloženými v paměti. Pokud selžou řídicí komponenty systému změny fáze, spojka pod tlakem oleje zaujímá přesně definovanou polohu. Motor bude fungovat, ale se zjevnými ztrátami na dynamickém a ekonomickém výkonu.

Výjimkou je porucha snímače otáček a polohy klikového hřídele. Když se signál z tohoto snímače zastaví, motor se zastaví a nelze jej znovu spustit. Podobná situace je možná, pokud současně selžou snímače polohy vačkového hřídele sání i výfuku. V tomto případě bude motor běžet až do prvního zastavení, ale následné nastartování nebude možné.

Později se objevily další systémy, které koordinovaly s provozním režimem motoru nejen momenty otevírání a zavírání ventilů, ale i výšku zdvihu ventilů od sedla. Avšak bez ohledu na to, jak rozdílná může být koncepce a konstrukce řízení časování ventilů, existuje jedna okolnost, která vyrovnává všechny systémy bez ohledu na jejich konstrukci.

Pracují tak, že pumpují a stlačují olej do dutin součástí, takže životnost mechanismů, které zajišťují změnu časování ventilů, je dána zvětšením mezer v důsledku opotřebení třecích částí. Mezery se zvětšily, což znamená, že se zvýšily úniky oleje, což vede k poklesu tlaku a v důsledku toho k nesprávné regulaci fáze.

Opotřebení, jak víme, může být přirozené a předčasné. Cizí příměsi v oleji urychlují opotřebení. Kromě opotřebení může být výkon hydraulických komponent, které řídí regulátory fází, ovlivněn kalem, což jsou usazeniny produktů stárnutí oleje.

Postupem času těsnění ve fázových regulátorech stárnou. Jejich únik opět vede ke ztrátě oleje a poklesu tlaku.

Fázové regulátory mohou také selhat v důsledku opotřebení montážních kolíků a svorek. O podobném případu jsme hovořili v článku „Rozbije se tam, kde je tenký, nebo jaká škoda byla způsobena úsporou 8 rublů na ceně filtru“. Už jen název napovídá, že zde byly problémy s olejem, které způsobil olejový filtr. To opět potvrzuje důležitost kvality mazání a nutnost dodržení požadavků stanovených výrobcem motoru na vlastnosti motorového oleje a včasnou výměnu oleje a olejového filtru.

Sergej BOYARSKIKH
Fotografie od autora a z otevřených zdrojů
ABW.BY

Chcete-li nahlásit chybu, zvýrazněte text a stiskněte Ctrl + Enter

Přihlaste se k odběru ABW a přečtěte si novinky dříve než kdokoli jiný!