Co se stane, když je časování ventilů špatné?

Při demontáži a montáži rozvodového řemene motoru automobilu existuje možnost vzájemného posunutí polohy klikového hřídele a vačkového hřídele (narušení časování ventilů).

Ve vzácných případech je to také možné, pokud volně napnutý řemen nezávisle vyskočí o několik zubů.

Pojďme zjistit, co se změní v provozu motoru v důsledku výskytu takové poruchy a jaké znaky lze použít k pochopení, že časování ventilů se posunulo od normy (chybělo).

Na příkladu motoru 21083 (1,5 l) vozů VAZ 21083, 21093, 21099.

Známky posunu časování ventilů motoru automobilu

1. Motor se obtížně startoval.

Při posunutí časování ventilů se palivová směs zapálí buď příliš brzy, nebo příliš pozdě (podle toho, kterým směrem k fázovému posunu dochází). Nastartování motoru na první pokus v každém případě nebude fungovat, protože bude narušeno normální spalování směsi, a tedy příjem dostatečného množství energie pro nastartování. Pokud jsou zarovnávací značky hřídelů vůči sobě značně posunuty, motor nebude schopen vůbec nastartovat.

2. Motor běží při volnoběhu špatně.

Pokud lze motor automobilu nastartovat, bude běžet na volnoběh při volnoběžných otáčkách. To vše kvůli porušení podmínek spalování palivové směsi během fázových posunů – časování zapalování, včasné větrání spalovacích komor, jejich plnění směsí atd.

3. Při sešlápnutí plynového pedálu se objevil pokles.

Při sešlápnutí plynového pedálu se do válců motoru nažene velký proud vzduchu a benzínu, což ještě více zhorší složitou situaci se složením a spalováním palivové směsi. Místo očekávaného zvýšení otáček klikového hřídele dojde k přerušení chodu motoru – k poruše nebo dokonce k několika poruchám najednou.

4. Výkon motoru a odezva se snížily.

Vzhledem k tomu, že při posunutí časování ventilů dojde ke zážehu palivové směsi dříve nebo později, než je požadovaný okamžik, motor nebude schopen vyvinout požadovaný výkon a odezvu na plyn. To je způsobeno skutečností, že v prvním případě bude muset píst vynaložit sílu na stlačení palivové směsi, která se zapálila a expandovala příliš brzy, a ve druhém případě bude palivová směs hořet za odcházejícím pístem, v expandujícím prostoru. a nebude mít dostatek energie, aby mu dodal potřebné zrychlení.

5. Došlo k praskání a výstřelům na tlumič výfuku a karburátor.

Pokud je časování ventilů vypnuté, sací a výfukové ventily se neotevřou včas, takže v jednom případě je část hořící směsi vhozena do tlumiče výfuku, kde s praskáním vyhoří. Nebo naopak předčasné otevření sacích ventilů vede k vypouštění směsi do sacího potrubí, praskání a výstřelům do karburátoru.

Je třeba říci, že uvedené příznaky mohou naznačovat přítomnost poruchy v jiných systémech a mechanismech motoru. To je třeba vzít v úvahu při vlastní diagnostice.

Co dělat, když jsou zjištěny známky posunu v časování ventilů motoru automobilu?

Je nutné znovu namontovat rozvodový řemen motoru s pečlivým vyrovnáním seřizovacích značek. Viz „Výměna rozvodového řemene na motorech VAZ 2108, 2109, 21099“.

Poznámky a doplňky

— V některých případech, kdy je časování ventilů mírně mimo, nemusí řidič vůbec pociťovat žádné náhlé změny v chodu motoru. Časem se však negativní důsledky takové poruchy mohou projevit například výskytem uhlíkových usazenin na zapalovacích svíčkách a ve spalovacích komorách, vyhoření ventilů atd.

— Někdy může vzájemné posunutí klikových hřídelů vést k tomu, že se ventily a písty setkají. V důsledku toho se ventily ohýbají.

Účelem mechanismu časování ventilů je zajistit nejvyšší účinnost při plnění a čištění válce za chodu motoru. Účinnost motoru, výkon a vyvinutý točivý moment závisí na tom, jak dobře je zvoleno časování ventilů.

Kvalita chodu motoru – jeho účinnost, výkon, točivý moment a účinnost závisí na mnoha faktorech, včetně časování ventilů, tedy na včasnosti otevírání a zavírání sacích a výfukových ventilů.

U běžného čtyřdobého spalovacího motoru jsou ventily ovládány vačkami vačkového hřídele. Profil těchto vaček určuje okamžik a dobu trvání otevření (tedy šířku fází) a také velikost zdvihu ventilu.

U většiny moderních motorů nelze fáze měnit. A provoz takových motorů není příliš efektivní. Faktem je, že povaha chování plynů (spalitelná směs a výfuk) ve válci, stejně jako v sacích a výfukových traktech, se mění v závislosti na provozních režimech motoru. Rychlost proudění se neustále mění, vznikají různé druhy kmitů elastického plynného média, které vedou k užitečným rezonančním nebo naopak parazitním stagnačním jevům. Proto rychlost a účinnost plnění válců při různých provozních režimech motoru nejsou stejné.

Časování ventilů u pístových spalovacích motorů jsou okamžiky otevírání a zavírání sacích a výfukových ventilů (oken). Časování ventilů se obvykle vyjadřuje ve stupních natočení klikového hřídele a zaznamenává se ve vztahu k počátečním nebo koncovým momentům odpovídajících zdvihů.

Například pro volnoběh je vhodné úzké časování ventilů s pozdním otevíráním a předčasným zavíráním ventilů bez fázového překrytí (doba, kdy jsou současně otevřeny sací i výfukové ventily). Proč? Protože tak lze zabránit vyhazování výfukových plynů do sacího potrubí a úniku části hořlavé směsi do výfukového potrubí.

Ladiči často hrají triky s fázovým posunem pomocí takovýchto prefabrikovaných řetězových kol. Nahrazením standardního vačkového hřídele za „sportovní“ s jinými fázemi můžete dosáhnout výrazného zvýšení výkonu.

Při provozu na maximální výkon se situace velmi mění. S rostoucími otáčkami se přirozeně snižuje doba otevření ventilu, ale pro zajištění vysokého točivého momentu a výkonu je třeba prohánět válci mnohem větší objem plynů než na volnoběh. Jak vyřešit tak těžký problém? Otevřete ventily o něco dříve a prodlužte dobu jejich otevírání, jinými slovy, udělejte fáze co nejširší. Zároveň je pro lepší proplachování válců obvykle fáze překrytí širší, čím vyšší jsou otáčky.

VTEC (Variable Valve Timing and Electronic Control) od Hondy, stejně jako Toyota (Variable Valve Timing s inteligencí), vám umožňuje plynule měnit časování ventilů pomocí hydraulicky ovládaného fázového řazení. Toho je dosaženo natočením sacího vačkového hřídele vůči hřídeli výfukového ventilu v rozsahu ° (podle úhlu klikového hřídele).

Při vývoji a dolaďování motorů tedy musí konstruktéři vyvážit řadu vzájemně se vylučujících požadavků a dělat složité kompromisy. Posuďte sami. Při stejných pevných fázích by měl mít motor dobrý zátah v nízkých a středních otáčkách a přijatelný výkon ve vysokých. A ke všemu může běžet nepřetržitě naprázdno, být maximálně hospodárný a šetrný k životnímu prostředí. Jaká to výzva!

Ale konstruktéři už dlouho lámou takové úkoly jako pecky a jsou schopni změnit charakteristiku motoru k nepoznání posunem a změnou šířky časování ventilů. Zvýšit moment? Prosím. Zvýšit výkon? Žádná otázka. Snížit spotřebu? Žádný problém. Pravda, někdy se ukáže, že při zlepšování některých ukazatelů musíte obětovat jiné.

Doppel-VANOS (Doppel Variable Nockenwellen Steuerung) od BMW dokáže plynule posouvat fáze od počáteční až po konečnou hodnotu. Pomocí hydrauliky systém řídí sací i výfukové procesy.

Co když naučíte mechanismus distribuce plynu přizpůsobit se různým provozním režimům motoru? Snadno. Naštěstí existuje mnoho způsobů, jak to udělat. Jedním z nich je použití fázového řazení – speciální spojky, která je pod vlivem řídicí elektroniky a hydrauliky schopna natočit vačkový hřídel do určitého úhlu vzhledem k jeho původní poloze. Nejčastěji je takový systém instalován na vstupu. 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.

Mechanismus distribuce plynu Audi FSI six je poháněn řetězy ze strany setrvačníku. Každý vačkový hřídel má svůj vlastní fázový měnič.

Ale neúnavní inženýři se tam nezastavili a vyvinuli řadu systémů schopných fáze nejen posouvat, ale také je rozšiřovat či smršťovat. V závislosti na provedení toho lze dosáhnout několika způsoby. Například v systému Toyota po dosažení určité rychlosti (6000 ot./min) místo běžné vačky začne fungovat přídavná s upraveným profilem. Profil této vačky nastavuje jiný zákon pohybu ventilu, širší fáze a mimochodem poskytuje větší zdvih. Když se klikový hřídel roztočí na maximální otáčky (asi 8500 ot./min) při otáčkách ot./min., motor jakoby dostane druhý dech, což může vozu dát při akceleraci ostrý a silný záběr.

Systém Valvetronic umožnil opustit škrticí klapku, systém také mění stupeň otevření ventilu a fázi. Na motorech BMW se používá od roku 2001. Zdvih ventilu se mění pomocí elektromotoru a složitého kinematického diagramu v rozsahu mm.

Obměna okamžiku a délky otevření je skvělá. Co když se pokusíte změnit výšku zdvihu? Koneckonců, tento přístup vám umožňuje zbavit se škrticí klapky a přenést proces řízení provozních režimů motoru na mechanismus distribuce plynu (GRM).

Podobný systém je od německé firmy Mahle.

Proč je tlumič škodlivý? Zhoršuje plnění válců při nízkých a středních otáčkách. V sacím traktu totiž pod zavřenou škrticí klapkou vzniká při běžícím motoru silný podtlak. K čemu to vede? To vede k větší setrvačnosti prostředí zředěného plynu (směs paliva se vzduchem), zhoršení kvality plnění válce čerstvou náplní, snížení zpětného rázu a snížení rychlosti odezvy na sešlápnutí plynového pedálu.

Systém proměnných událostí a zdvihů ventilů (VEL) Nissanu připomíná bavorský Valvetronic. Speciální excentr, který je poháněn elektromotorem, posouvá otočný bod vahadla a díky tomu mění zdvih ventilu. Výška zdvihu se pohybuje v mm.

Ideální variantou by tedy bylo otevřít sací ventil pouze na dobu nezbytnou k dosažení požadovaného naplnění válce hořlavou směsí. Odpovědí inženýrů je mechanický řídicí systém zvedání sacích ventilů. V takových systémech se výška zdvihu a podle toho i doba sací fáze mění v závislosti na tlaku na plynový pedál. Podle různých zdrojů se úspory při použití systému řízení bez plynu mohou pohybovat od 8 % do 15 %, nárůst výkonu a točivého momentu se pohybuje v rozmezí %. Ale to není poslední hranice.

Takto funguje „třístupňové“ (inteligentní variabilní časování ventilů a elektronické ovládání zdvihu). Při nízkých otáčkách motoru dochází k úspoře paliva díky tomu, že polovina sacích ventilů je prakticky deaktivována. Při přepnutí na střední rychlost se uvedou do činnosti dříve „spící“ ventily, ale jejich amplituda není maximální. V režimech výkonu začínají sací ventily fungovat z jediné centrální vačky. Poskytuje maximální zdvih ventilů, navíc je jeho profil speciálně přizpůsoben pro výkonové režimy. Režimy jsou ovládány hydraulicky a elektronicky.

Navzdory tomu, že se počet a velikost ventilů přiblížila maximálnímu možnému, lze účinnost plnění a čištění lahví ještě zvýšit. Kvůli čemu? Vzhledem k rychlosti otevírání ventilu. Pravda, mechanický pohon zde ustupuje tomu elektromagnetickému.

Na podzim roku 2007 Toyota uvede na trh motory s mechanismem distribuce plynu Valvematic, který změní nejen časování ventilů, ale také výšku zdvihu sacích ventilů. Není žádným tajemstvím, že mnoho výrobců takové systémy používá již delší dobu. Toyota ale spouští takový systém do výroby vůbec poprvé. Výkon dvoulitrového motoru s přirozeným sáním se díky novému mechanismu distribuce plynu zvýšil ze 152 na 158 sil a točivý moment – ze 194 na 196 Nm.

Jaká je další výhoda elektromagnetického pohonu? Faktem je, že zákon (zrychlení v každém časovém okamžiku) zdvihu ventilu lze uvést do ideálu a dobu otevření ventilu lze měnit ve velmi širokých mezích. Elektronika podle předepsaného programu čas od času nemusí otevřít zbytečné ventily nebo úplně vypnout válce. za co? Za účelem hospodárnosti například na volnoběh, při jízdě v ustáleném stavu nebo při brzdění motorem. Jak je to s režimy – elektromagnetický rozvodový řemen je schopen hned za provozu přeměnit obyčejný čtyřtaktní motor na šestitaktní. Zajímalo by mě, jestli se takové systémy brzy objeví na montážní lince?

A toto je schéma mechanismu navrženého Toyotou. Zde se náhle změní výška zdvihu a doba otevření obou sacích ventilů. Při chodu motoru při otáčkách klikového hřídele do 6000 ot/min se výška zdvihu a doba otevření obou ventilů nastavuje vačkou (1), která působí na oba ventily přes vahadlo (5). Při otáčkách nad 6000 je zákon pohybu ventilu nastaven vyšší vačkou (2). Pro uvedení do provozu je potřeba posunout cracker (3) doprava (cracker se pohybuje pod tlakem oleje, který ve správný okamžik stoupá v řídicím vedení). Po posunutí bloku doprava začne vačka (2) přes tyč (4), která se do této doby volně kývala, působit na ventily přes vahadlo.

Prototyp čtyřválcového motoru s elektromagnetickým pohonem ventilů a přímým vstřikováním vytvořilo BMW. Zde je množství vzduchu vstupujícího do válce řízeno délkou otevření ventilu, ale zdvih není regulován. Kotva odpruženého ventilu je umístěna mezi dvěma výkonnými elektromagnety, které jsou navrženy tak, aby jej držely pouze v krajních polohách. Aby se zabránilo rázovému zatížení, je ventil při každém najetí do koncové polohy zabrzděn. Poloha a rychlost pohybu ventilu jsou zaznamenávány speciálním snímačem.

Možná, že další zvyšování účinnosti motoru kvůli časování již není možné. Ze stejného objemu při nižší spotřebě bude možné vymáčknout ještě více výkonu a točivého momentu pouze jinými prostředky. Například kombinované přeplňování nebo konstrukce měnící kompresní poměr, jiné druhy paliva. Ale tohle je úplně jiný rozhovor.