Ventilový rozvod. Technika diagnostiky poškození

Transkript

1 Ventilový rozvod Technika diagnostiky poškození

2 Obsah této brožury je právně nezávazný a je určen výhradně k informačním účelům. Pokud je to právně přípustné, tak je vyloučeno ručení společnosti Schaeffler Automotive Aftermarket GmbH & Co. KG ze souvislostí nebo v souvislosti s touto brožurou. Copyright Schaeffler Automotive Aftermarket GmbH & Co. KG Listopad 2017 Veškerá práva vyhrazena. Jakékoliv rozmnožování, šíření, předávání, veřejné zpřístupnění a jiná zveřejnění této brožury jako celku nebo jen části, nejsou povoleny bez předchozího písemného souhlasu společnosti Schaeffler Automotive Aftermarket GmbH & Co. KG.

3 Schaeffler v Automotive Aftermarket více inovace, více kvality, více vášně. Schaeffler v Automotive Aftermarket vždy první volba při opravě vozidla. Když musí vozidlo do servisu, naše produkty a řešení oprav jsou první volbou při opravě vozidla. Se čtyřmi produktovými značkami LuK, INA, FAG a Ruville, jakož i s naší servisní značkou REPXPERT jsme celosvětově spolehlivým partnerem. Ať jde o osobní motorová vozidla, lehká a těžká užitková vozidla nebo o traktory vzájemně optimálně sladěné komponenty umožňují rychlou a profesionální výměnu dílů. Základem našich produktů je rozsáhlý systémový přístup. Inovace, technické know-how, jakož i nejvyšší kvalita produktů a výroby z nás dělají nejen jednoho z předních partnerů při vývoji v sériové výrobě, nýbrž i směr udávající společnost, která nabízí náhradní díly s trvalou hodnotou a ucelená řešení pro opravy spojkových a ovládacích systémů, aplikací pro motory, převodovky a podvozek - vždy s kvalitou originálních součástí. Kromě toho nabízíme pod naší značkou REPXPERT technické servisní služby pro dílnu spojené s našimi produkty a řešeními oprav. Schaeffler REPXPERT značka služeb pro dílenské profesionály. Pod značkou REPXPERT nabízíme komplexní servisní služby spojené s našimi produkty a řešeními oprav značek LuK, INA, FAG a Ruville. Hledáte konkrétní informace pro diagnostiku závad? Nebo potřebujete konkrétní pracovní nástroje, které vám pomohou v každodenní práci v autoservisu? Ať to je online portál, servisní horká linka, montážní návody nebo videa, ať jde o školení nebo akce vždy dostanete veškeré technické servisní služby z jedné ruky. Tak se ihned zaregistrujte několika kliknutími a zcela zdarma na adrese Know-how u čtyř klíčových systémů motoru k tomu účelu slouží značka INA. Portfolio produktů přitom zahrnuje komponenty motoru pro ventilový rozvod (pro vozidla s řemenovým i řetězovým pohonem rozvodu), pohon přídavných agregátů, ventilový rozvod a chladicí soustavu. Program náhradních dílů se skládá z jednotlivých produktů i z řešení, která jsou k dostání v rámci ucelených SAD a SOUPRAV.

4 4

5 Obsah Obsah Strana 1 Úvod 6 2 Ventilové rozvody Požadavky Provedení Ventilová vůle Vymezování vůle ventilů 11 3 Konstrukce a funkční charakteristika prvků pro vymezování ventilové vůle Hrníčková zdvihátka Vlečné vahadlo s opěrným vymezovačem Vahadlo se vsazeným vymezovačem Kyvná páka s kladkou a vsazenými vymezovači Zvláštnosti u ventilového rozvodu OHV Přepínatelné prvky k vymezování ventilové vůle 20 4 Zdvihátka vysokotlakých čerpadel 23 5 Systémy přestavení vačkové hřídele Všeobecné informace Přehled různých konceptů přestavení vačkové hřídele Funkce přestavení vačkové hřídele Přestavovač vačkové hřídele Řídicí ventil UniAir 31 6 Všeobecné servisní pokyny 32 7 Diagnostika poškození/posouzení poškození Všeobecné posouzení poškození Zbytková nečistota Hodnocení poškození komponentů ventilového rozvodu 35 5

6 1 Úvod 1 Úvod První patenty pro čtyřdobý pístový motor byly uděleny jistému Christianu Reithmannovi dne 26. října U těchto motorů ovládala výfukový ventil vačka přes zdvihátko. Vstupní ventil byl automaticky otevřen podtlakem nasávajícího pístu a na konci sacího taktu uzavřen pružinou. Z konstrukčních důvodů tyto motory ovšem dosahovaly pouze velmi nízkých otáček. Jednoválcový čtyřdobý motor v běžeckém voze Daimler dosáhl například maximálních otáček pouze 700 ot./min. Původ ještě dnes známého benzinového, tzv. Ottomotoru, spočívá ve vynálezu Nicolause Augusta Otto, spoluvynálezce pracovního cyklu čtyřdobého motoru z roku Jeho tehdejší konstrukce sice ještě neměla skutečnou podobnost s dnešními motory, došlo však u ní poprvé k použití ventilového rozvodu na sací straně motoru. V důsledku dalšího vývoje motorů se v průběhu času stala přesná ventilová vůle stále důležitějším faktorem. Mechanické vymezovací prvky jako například hrníčkové zdvihátko ventilu s podložkou pro nastavení vůle přispěly k dosažení lepšího stupně plnění válce. Za vynálezce hrníčkového zdvihátka ventilu je považován švýcarský konstruktér Ernest Henry, který tato zdvihátka zabudoval poprvé v roce 1919 do motorů francouzského výrobce motorů a automobilů Établissements Ballot. Vývoj hydraulických vymezovacích prvků lze zpětně sledovat až do raných třicátých let minulého století. Už koncem padesátých let bylo v USA 80 % všech motorů osobních motorových vozidel sériově vybaveno hydraulickými prvky pro vymezování ventilové vůle. Od pozdních osmdesátých let je tento způsob vymezování ventilové vůle standardem i u všech evropských výrobců vozidel. Inženýři vyvinuli v podobě variabilního ventilového rozvodu možnost regulovat časování rozvodu, resp. zdvih ventilů, s cílem vyhovět požadavkům trhu a zvýšit hospodárnost motorů. Jako jeden z prvních výrobců vozidel využívajících variabilní ventilový rozvod přišla na japonský trh v roce 1989 značka Honda s motorem VTEC. V roce 1990 následovalo jeho zavedení na americkém trhu a v letech 1990/91 na evropském trhu. Výrobci vozidel mezitím nabízejí různá technická řešení variabilního ventilového rozvodu, vždy s vlastním označením (např. BMW-VANOS, MG Rover-VVC, Fiat-MultiAir). Všechny tyto systémy se do dnešní doby etablovaly na trhu a průběžně probíhá jejich další vývoj a optimalizace. 6

7 2 Ventilové rozvody 2 Ventilové rozvody Do spalovacího motoru je nutné cyklicky přivádět palivo a vzduch, zatímco výfukové spaliny vznikající při spalování je nutné výfukem odvést ven. Tento postup se nazývá výměnou plnění. Během této výměny plnění se sací a výfukové kanály válců periodicky otevírají a zavírají prostřednictvím sacích a výfukových ventilů. Sací a výfukové ventily přitom plní tyto úlohy: Uvolnit podle možnosti velký průtočný průřez. Rychle provést otevírání a zavírání. Svým vhodným tvarem z hlediska proudění udržet na nízké hodnotě vznikající pokles tlaku. V uzavřeném stavu dosáhnout dobrý těsnicí účinek. Mít vysokou trvanlivost. Obr. 1: Overhead Valves (OHV) Zkratka OHV označuje motor, u kterého je vačková hřídel zabudována pod dělicí rovinou hlavy válců a bloku válců. 2.1 Požadavky Ventilový rozvod je vystaven působení vysokých zrychlení a zpomalení. S tím spojené setrvačné síly s rostoucími otáčkami narůstají a velmi zatěžují konstrukci. Kromě toho musí výfukové ventily odolávat vysokým teplotám výfukových spalin. Aby mohly součásti ventilového rozvodu za těchto podmínek bezvadně fungovat, musí splňovat následující: Musí být trvanlivé po celou dobu životnosti. Musí běžet ve vodítkách s malým třením. Musí zajistit dostatečný odvod tepla od ventilů (zejména od výfukových ventilů). Obr. 2: Overhead Camshaft (OHC) Zkratkou OHC se označují motory, u kterých je vačková hřídel umístěna nad dělicí rovinou hlavy válců a bloku válců. 2.2 Provedení Konfigurace motoru určuje provedení ventilového rozvodu. Pro všechny je společný pohon prostřednictvím vačkové hřídele. Ventilové rozvody rozlišujeme podle počtu ventilů, které ovládají, a počtu a polohy vačkových hřídelí, kterými jsou poháněné. Vačkové hřídele mohou být v motoru zabudované na dvou místech; podle toho je označujeme jako dole, resp. nahoře umístěné vačkové hřídele. Obr. 3 :Double Overhead Camshaft (DOHC) V případě dvou vačkových hřídelí nad dělicí rovinou hlavy válců a bloku válců mluvíme o DOHC. 7

8 2 Ventilové rozvody Vačková hřídel Vačkové hřídele se vyrábí třemi různými způsoby. Nejčastěji používanou konstrukcí je vačková hřídel vyrobená z litiny. Ocelová vačková hřídel představuje další běžně používanou konstrukci. Tato konstrukce se používá v případě speciálních požadavků na materiál. Vačková hřídel se zde vysoustruží z plné oceli a následně obrousí. Třetím druhem konstrukce je takzvaná spojovaná vačková hřídel. Tato hřídel se obvykle vyrábí z válcové trubky, na kterou se nasunou jednotlivé vačky. Vačky se zafixují např. svařením nebo nalisováním zatepla. Velkou výhodou je jejich modulární konstrukce a podstatně nižší hmotnost ve srovnání s vačkovou hřídelí zhotovenou z litiny. Vačky umístěné na vačkové hřídeli ovládají sací a výfukové ventily. Otáčivý pohyb vačkové hřídele se tím přemění na přímočarý pohyb ventilů. Mezi vačkami a ventily se používají různá provedení sledovacích prvků vaček (hrníčková zdvihátka, jednoramenná a dvouramenná vahadla atd.). 8

9 Druhy konstrukce ventilových rozvodů Ventilový rozvod OHV Obrázek 4: U ventilového rozvodu OHV je nutné použít k realizaci přenosu zdvihu vačky na ventil značné množství převodových dílů zdvihátko, zvedací tyčka, vahadlo, uložení vahadla. S dalším vývojem motorů byly vždy spojeny i vyšší otáčky, motory přece měly být výkonnější, kompaktnější a lehčí. Rozvod realizovaný pomocí vahadel zde brzy narazil na limit počtu otáček kvůli pouze průměrné celkové tuhosti. A proto se musel zmenšit počet částí ventilového rozvodu, které jsou v pohybu. Obr. 4 Obr. 5 Obrázek 5: Vačková hřídel byla přemístěna do hlavy válců, takže bylo možné vypustit vahadla. Ventilový rozvod OHC Obrázek 6: U ventilového rozvodu OHC je vačková hřídel umístěna nahoře v hlavě válců, díky tomu odpadá zdvihátko a zdvih vačky lze přenést přímo přes jednoramenné nebo dvouramenné vahadlo. Obr. 6 Obrázek 7: Na základě centrického uspořádání vačkové hřídele má tento rozvod, který je realizovaný pomocí vahadel, největší konstrukční tuhost. Obrázek 8: Ventilové rozvody OHC, u kterých jsou ventily ovládané přímo hrníčkovými zdvihátky, jsou vhodné pro nejvyšší otáčky. Odpadají zde také jedno- nebo dvouramenná vahadla. Obr. 7 Všechny druhy konstrukce ventilových rozvodů (obrázky 4 až 8) jsou dnes součástí motorů vyráběných ve velkých sériích. Inženýři musí podle hlavního zaměření konstrukce motoru - výkon, točivý moment, zdvihový objem atd. zvážit výhody a nevýhody a rozhodnout se pro druh konstrukce tak, aby byla oprávněna existence všech ventilových rozvodů od pohonu realizovaného pomocí zdvihacích tyček až po kompaktní ventilový rozvod OHC s přímo ovládanými ventily. Obr. 8 9

10 2 Ventilové rozvody 2.3 Ventilová vůle Systém ventilového rozvodu musí mít při uzavřeném ventilu definovanou vůli ventilovou vůli. Ventilová vůle slouží k vyrovnání změn rozměrů součástí během jízdního provozu. Možné příčiny tohoto jevu jsou následující: kolísání teploty v různých částech motoru (např. v hlavě válců), použití různých materiálů s různými koeficienty tepelné roztažnosti, opotřebení v dotykových místech mezi vačkovou hřídelí a ventilem. Možné jsou následující důsledky nesprávné ventilové vůle: Ventilová vůle je příliš malá Ventil otevírá dříve a zavírá později V důsledku zkrácené doby uzavření nelze předat dostatek tepla z talíře ventilu do sedla ventilu. Talíř výfukového ventilu se přehřeje, v důsledku toho poklesne mechanická zatížitelnost ventilu a talíř se může ulomit. Existuje nebezpečí, že výfukový ventil nebo sací ventil u teplého motoru nezavírá úplně. Na výfukovém ventilu se nasávají spaliny, na sacím ventilu dochází současně k zpětnému šlehnutí plamenů do sacího traktu. Dochází ke ztrátám při akceleraci a na výkonu, výkon motoru klesá. Důsledkem jsou horší hodnoty emisí! Ventilová vůle je příliš velká Ventil otevírá později a zavírá dříve V důsledku toho vznikají kratší otevírací časy a menší otevírací průřezy. Se zápalnou směsí paliva klesá stupeň plnění válce. Důsledkem jsou horší hodnoty emisí! Kroutící moment motoru a výkon motoru klesají. Vysoké mechanické namáhání ventilu. Vznik hluku ve ventilovém rozvodu! Dřík ventilu se deformuje na dotykové ploše s vymezovacím prvkem. Ventily se přehřívají vlivem trvale kolem nich proudících horkých výfukových plynů, čímž dojde ke spálení talířů ventilů a sedel ventilů. 10

11 2.4 Vymezování vůle ventilů U mechanického vymezování ventilové vůle se musí vůle nastavit podle stanovených intervalů údržby manuálně, např. prostřednictvím seřizovacích šroubů nebo podložek pro nastavení vůle v mechanických hrníčkových zdvihátkách. Hydraulické vyrovnávání ventilové vůle se realizuje například prostřednictvím hydraulických hrníčkových zdvihátek, vlečných pák, vahadel nebo kyvných pák a udržuje ventilovou vůli při běžícím motoru automaticky na nule. Hydraulické vymezování ventilové vůle, fáze klesání (vačka se nachází ve fázi zdvihu, ventil je otevřený označení součástí viz obr. 9 a 10). Hydraulický prvek pro vymezování ventilové vůle se zatíží silou ventilové pružiny a setrvačnými silami. Přiměřeně tomu se zkrátí vzdálenost mezi pístem a vnitřním tělesem. V důsledku toho se vytlačí z vysokotlakého prostoru přetokovou štěrbinou malé množství oleje a přivede se zpět do zásobního prostoru. Na konci klesání vzniká nepatrná ventilová vůle. Pokud se ve vymezovacím prvku nachází vzduch, vytlačí se toto malé množství olejevzduchu přes odvzdušňovací otvor a vodicí štěrbinu. Klesání Hydraulický proces probíhající uvnitř vymezovacích prvků je z hlediska základního principu u všech stejný, a proto je zde zobrazen na příkladu jedné varianty. 1 Vnější těleso 2 Píst 3 Vnitřní těleso 4 Kulička zpětného ventilu 5 Pružina zpětného ventilu 6 Záklopka zpětného ventilu 7 Vratná pružina Obr. 9: Klesání 11

12 2 Ventilové rozvody Vymezování (vačka se nachází ve fázi základní kružnice, ventil je uzavřený označení součástí viz obr. 9 a 10). Vratná pružina odtlačuje píst a vnitřní těleso od sebe tak dlouho, dokud se ventilová vůle nevymezí. Zpětný ventil se otevře v důsledku rozdílu tlaků mezi vysokotlakým prostorem a zásobním prostorem. Olej proudí ze zásobního prostoru přes zpětný ventil do vysokotlakého prostoru. Zpětný ventil se uzavře a silový řetězec ve ventilovém rozvodu je opět vytvořen. Vymezování Hydraulický proces probíhající uvnitř vymezovacích prvků je z hlediska základního principu u všech stejný, a proto je zde zobrazen na příkladu jedné varianty. 8 Přetok oleje 9 Zásobní prostor oleje (píst) 10 Zásobní prostor oleje (vnější skříň) 11 Průsaková štěrbina 12 Vodicí štěrbina 13 Vysokotlaký prostor 14 Přívodní drážka oleje 15 Vstupní otvor Obr. 10: Vymezování 12

13 3 Konstrukce a funkční charakteristika prvků pro vymezování ventilové vůle 3 Konstrukce a funkční charakteristika prvků pro vymezování ventilové vůle 3.1 Hrníčková zdvihátka U ventilového rozvodu s hrníčkovými zdvihátky není nutné použít žádný převodový člen mezi sacím, resp. výfukovým ventilem a vačkovou hřídelí. Zdvih vačky je přenášen přímo přes dno hrníčkového zdvihátka na ventil. Na styčné ploše mezi vačkou a dnem zdvihátka, tedy na takzvaném kluzném snímači, vznikají ztráty třením. Tyto ztráty však lze udržovat na nízkých hodnotách prostřednictvím vhodného párování materiálů nebo potažení krycími vrstvami, které snižují tření. Pro dosažení dalšího snížení vznikajícího opotřebení se vačka šikmo zabrousí a umístí se oproti hrníčkovému zdvihátku do strany, takže se hrníčkové zdvihátko při každém kontaktu s vačkou otočí o určitý úhel. Tyto přímé pohony se vyznačují velmi vysokou tuhostí a současně nízkou setrvačnou hmotou. Díky tomu jsou obzvlášť vhodné pro motory s vysokými otáčkami. Mechanická hrníčková zdvihátka se seřizovací podložkou umístěnou shora Definovaná ventilová vůle se určí prostřednictvím podložky pro nastavení vůle, který je volně vložený v základním tělese. Pokud ventilová vůle neodpovídá zadáním výrobce vozidla, musí se použít podložka pro nastavení vůle s odpovídající tloušťkou. Kvůli výměně se vačková hřídel nemusí vymontovat. Mechanická hrníčková zdvihátka se seřizovací podložkou umístěnou zespodu Také zde určuje definovanou ventilovou vůli tloušťka podložky pro nastavení vůle. Tato podložka je ovšem umístěna pod dnem hrníčku. Kvůli výměně podložky pro nastavení vůle se proto vačková hřídel vymontovat musí. Malá hmota této konstrukce zmenšuje sílu ventilových pružin a třecí výkon. Kromě toho lze zde využít veškerou plochu vnějšího dna hrníčku jako kontaktní oblast pro vačku. Obr. 12: Mechanické hrníčkové zdvihátko se seřizovací podložkou umístěnou shora Obr. 13: Mechanické hrníčkové zdvihátko se seřizovací podložkou umístěnou zespodu Obr. 11: Hrníčková zdvihátka ventilového rozvodu Mechanická hrníčková zdvihátka Mezi základní kružnicí vačky a dnem zdvihátka se vždy musí vyskytovat definovaná ventilová vůle. Tato vůle slouží k vyrovnání prodloužení délky ventilového rozvodu v důsledku tepelné roztažnosti. Proto se u mechanických hrníčkových zdvihátek musí vždy provést základní nastavení. Pokud se ventilová vůle v důsledku normálního opotřebení v průběhu jízdního provozu změní, musí se nově nastavit. Mechanická hrníčková zdvihátka s odstupňovanou tloušťkou dna U této konstrukce již neexistuje žádná separátní podložka pro nastavení vůle. Nastavení ventilové vůle se provádí prostřednictvím hrníčkových zdvihátek s různými tloušťkami dna. Proto je nutné vačkovou hřídel vymontovat a zamontovat hrníčkové zdvihátko s odpovídající tloušťkou dna. Jeho malá hmota zmenšuje sílu ventilových pružin a třecí výkon. Kromě toho lze i zde využít veškerou plochu vnějšího dna hrníčku jako kontaktní oblast pro vačku. Obr. 14: Mechanické hrníčkové zdvihátko s odstupňovanou tloušťkou dna 13

14 3 Konstrukce a funkční charakteristika prvků pro vymezování ventilové vůle Hydraulická hrníčková zdvihátka Hydraulická hrníčková zdvihátka automaticky vymezují ventilovou vůli během chodu motoru. Tato zdvihátka jsou bezúdržbová a vyznačují se velmi vysokou tuhostí ventilového rozvodu. Díky konstantní ventilové vůli je celý ventilový rozvod nehlučný a emise výfukových plynů jsou po celou dobu životnosti konstantně nízké. Různé varianty sice mohou mít zvnějšku stejné rozměry, jejich vnitřní život je však zcela odlišný. V důsledku toho nelze hydraulická hrníčková zdvihátka jen tak jednoduše vyměnit. Důvody této skutečnosti jsou následující: Různé doby klesání hydraulických vymezovacích prvků Dimenzování pro určitou specifikaci oleje Jiná kvalita povrchu dna zdvihátka (například kalené nebo nitrované) Rozdílný tlak oleje Druh hrníčkového zdvihátka (s pojistkou proti unikání, nasávání zdola nebo labyrint) Rozdílné tuhosti pružiny zpětného ventilu Různé zdvihy Hrníčková zdvihátka konstrukce 3CF (3CF = cylindrical cam contact face /=cylindrická kontaktní plocha vačky/) Tvar kontaktní plochy s vačkou umožňuje efektivnější zrychlení otevření a zavření sacích, resp. výfukových ventilů. Rotační pojistka udržuje kontaktní plochu vačky hrníčkového zdvihátka vždy v optimální poloze vůči vačce vačkové hřídele. Kromě toho se vstupní otvor oleje nachází vždy na stejném místě. To zjednodušuje zásobování olejem a zmenšuje jeho průtok. Přepínatelná hrníčková zdvihátka Přepínatelná hrníčková zdvihátka se používají u motorů s přepínáním zdvihu. Podle zatížení motoru lze přepnout mezi dvěma pevně definovanými křivkami zdvihu ventilu. Dochází tím k významnému snížení spotřeby paliva. Hydraulické hrníčkové zdvihátko s pojistkou proti unikání Díky pojistce proti unikání nemůže vytékat během fáze stání motoru z vnějšího zásobního prostoru hrníčkového zdvihátka žádný olej. Díky tomu je vždy k dispozici určitý objem oleje, čímž se zlepší reakce při startování po delším stání. Obr. 15: Hydraulické hrníčkové zdvihátko s pojistkou proti unikání Obr. 16: Hydraulické hrníčkové zdvihátko s nasáváním zdola Hydraulické hrníčkové zdvihátko s nasáváním zdola Zde se olej nasává zdola přes stoupací kanál. V důsledku toho se do vymezovacího prvku nedostane vzduch a objem zásoby oleje lze využít lépe. I zde dochází ke zlepšení reakce při startování po delším stání. Hydraulické hrníčkové zdvihátko s labyrintem Hydraulické hrníčkové zdvihátko s labyrintem je kombinací obou provedení s pojistkou proti unikání a nasáváním zdola. Obr. 17: Hydraulické hrníčkové zdvihátko s labyrintem Obr. 18: Hrníčkové zdvihátko konstrukce 3CF Obr. 19: Hrníčkové zdvihátko konstrukce 3CF Obr. 20: Přepínatelné hrníčkové zdvihátko 14

15 3.2 Vlečné vahadlo s opěrným vymezovačem Vlečná vahadla se vyrábí z plechu nebo z lité oceli. Kontakt s vačkou zajišťuje zpravidla kladka, která je uložena ve valivých ložiscích. A proto zde také mluvíme o vlečném vahadlu s kladkou. Ve srovnání s hrníčkovými zdvihátky vytváří krátké páky menší momenty setrvačnosti. Realizovat lze konstrukce s menšími, na straně ventilu sníženými hmotnostmi. Z hlediska tuhosti však vlečná vahadla výrazně zaostávají za hrníčkovými zdvihátky. Vlečné vahadlo U všech provedení dochází ke kontaktu vlečného vahadla s vačkou přednostně prostřednictvím kladky uložené ve valivých ložiscích. Díky kompaktní konstrukci je nutný pouze malý montážní prostor a montáž v hlavě válců je velmi jednoduchá. K vlečnému vahadlu lze velmi lehce přivést potřebný olej a tření ve ventilovém rozvodu je velmi malé. Různé konstrukce ventilového rozvodu vyžadují různě tvarované vačky. Při srovnání vaček pro ventilový rozvod s hrníčkovými zdvihátky s vačkami používanými pro ventilové rozvody s vlečnými vahadly s kladkou se ukáže, že posledně uvedené mají větší maximální poloměr, jakož i konkávní boky a vytváří menší zdvih vačky v závislosti na převodovém poměru. Vačková hřídel se nachází nad kladkou, která je přednostně umístěna ve středu mezi ventilem a opěrným vymezovačem. Toto uspořádání činí vlečné vahadlo zajímavou variantou řešení pro čtyřventilové vznětové motory. U těchto motorů jsou ventily vzájemně umístěny rovnoběžně nebo pod malým úhlem, takže až použitím vlečných vahadel vznikne dostatečně velký odstup mezi vačkovými hřídelemi. Obr. 22: Vlečné vahadlo Plechové vlečné vahadlo Výšku vodicích třmenů, ve kterých je ventil veden, lze zvolit volně. Může být volitelně v provedení s olejovou tryskou nebo bez ní, resp. s pojistnou sponou nebo bez ní. Pojistná spona ulehčuje montáž v hlavě válců Obr. 21: Ventilový rozvod s vlečným vahadlem s kladkou 1 Vačkové hřídele 2 Vahadlo s kladkou 3 Pružina ventilu 4 Hydraulický opěrný vymezovač 5 Ventil 4 5 Obr. 23: Plechové vlečné vahadlo Litinové vlečné vahadlo Litinové vlečné vahadlo umožňuje použití velmi komplexní geometrie součástí, díky čemuž se dosáhne zvláště vysoké zatížitelnosti. Podle provedení se vyznačuje velmi nízkým momentem setrvačnosti a vysokou tuhostí. Obr. 24: Litinové vlečné vahadlo 15

16 3 Konstrukce a funkční charakteristika prvků pro vymezování ventilové vůle Hydraulický opěrný vymezovač Stejně jako u hydraulických hrníčkových zdvihátek, spočívá rozdíl mezi různými hydraulickými opěrnými vymezovači hlavně v době klesání. Pokud bude namontován hydraulický opěrný vymezovač s nesprávnou dobou klesání, může to vést ke značným funkčním poruchám ventilového rozvodu nebo to dokonce může způsobit fatální škodu na motoru. Vlečná vahadla a hydraulický opěrný vymezovač je nutné zásadně měnit v páru, jinak vzniká nepříznivý kontaktní poměr mezi kalotou vlečného vahadla a hlavou opěrného vymezovače, což má za následek velké opotřebení. Obr. 25: Hydraulický opěrný vymezovač 3.3 Vahadlo se vsazeným vymezovačem U ventilových rozvodů s vahadly je vačková hřídel umístěna pod vahadlem na jednom z jeho dvou konců. Zdvih vačky se přenáší na vahadlo prostřednictvím kluzného snímače nebo kladky (vahadlo s kladkou). Pro zachování nízkých ztrát třením se u moderních vahadel používají kladky s jehlovým uložením. Na druhém konci vahadla se nachází hydraulický vsazený vymezovač za účelem automatického vymezování ventilové vůle nebo stavěcí šroub pro mechanické nastavení ventilové vůle. Tato část vahadla ovládá sací a výfukové ventily. Dotykový bod mezi vyrovnávacím prvkem (zásuvný prvek) a ventilem se musí vždy nacházet na konci dříku ventilu. Protože vahadlo provádí otáčivý pohyb, dotyková plocha zásuvného prvku s ovládacím prvkem ventilu je lehce zakřivená (vydutá). Výsledkem toho je velmi malá dosedací plocha, která vede k poměrně velkému plošnému tlaku na konci dříku ventilu. Pokud je tento velmi vysoký, vloží se zásuvné prvky, které mají otočný podstavec, resp. kluznou botku. Otočný podstavec (nebo kluzná botka) je spojen/a se zásuvným prvkem prostřednictvím kulového kloubu, a dosedá proto vždy rovně na konci dříku ventilu. Tím vzniká velká dotyková plocha a plošný tlak klesá Obr. 26: Ventilový rozvod s vahadly Kyvná vahadla 2 Hydraulický vsazený vymezovač 3 Pružina ventilu 4 Vačková hřídel 5 Ventil 16

17 Základní těleso vahadla je zpravidla vyrobeno z hliníku. Na jeho jednom konci se nachází kladka s jehlovým uložením a na druhém konci se nachází hydraulický vsazený vymezovač. Velkou výhodou ventilového rozvodu s vahadly je jeho velmi malé tření. Potřebný je navíc pouze jeden malý montážní prostor, protože všechny ventily lze ovládat prostřednictvím vačkové hřídele. Hydraulický vsazený vymezovač bez kluzné patky se vyznačuje zejména nízkou hmotností a v důsledku toho i nízkou setrvačnou hmotou. Obr. 28: Hydraulický vsazený vymezovač bez kluzné patky Obr. 27: Vahadlo s hydraulickým vsazeným vymezovačem U hydraulického vsazeného vymezovače s kluznou patkou je tato otočně uložena na vsazeném vymezovači prostřednictvím kuličkového/kalotového spojení. Z toho vyplývá velmi malý plošný tlak v dotyku s ventilem. Kluzná patka je vyrobena z kalené oceli. Hydraulický zásuvný prvek automaticky vyrovná ventilovou vůli a umožňuje tím dosažení rovnoměrně nízkých emisí výfukových plynů po celou dobu životnosti. Má velmi nízkou hlučnost a je navíc bezúdržbový. Napájení zásuvného prvku olejem se realizuje prostřednictvím otvorů v ose vahadel. Kluzná patka Obr. 29: Hydraulický vsazený vymezovač s kluznou patkou 17

18 3 Konstrukce a funkční charakteristika prvků pro vymezování ventilové vůle 3.4 Kyvná páka s kladkou a vsazenými vymezovači U ventilových rozvodů s kyvnými pákami je vačková hřídel umístěna nad kyvnou pákou a může současně ovládat několik ventilů. Ovládání se realizuje prostřednictvím dvou vaček, které ovládají prostřednictvím dvou kladek v páce dva nebo tři vymezovače. U provedení se dvěma vymezovači hovoříme o dvojité kyvné páce, při použití tří vymezovačů o trojité kyvné páce. Tento princip se používá u víceventilových vznětových motorů. Ovládat všechny ventily prostřednictvím pouze jedné vačkové hřídele lze i v případě, kdy tyto motory mají otočené uspořádání ventilů. Toto uspořádání poskytuje současně dostatek prostoru pro vstřikovací trysky. Obr. 30: Kladičková kyvná páka se zásuvnými prvky Základní těleso kyvné páky s kladkou je zpravidla vyrobené z hliníku. V tomto tělese se nachází kladky s jehlovým uložením a pro každý ventil odděleně vždy jeden hydraulický vymezovač. Kyvná páka s kladkou se vyznačuje také nízkým třením a má extrémní odolnost vůči vysokým otáčkám. Základní těleso Vymezovač Obr. 31: Dvojitá kyvná páka I zde vyrovnávají automaticky ventilovou vůli hydraulické vymezovače a tímto způsobem umožňují dosažení rovnoměrně nízkých emisí výfukových plynů po celou dobu životnosti. Pracují rovněž s velmi nízkou hlučností a jsou bezúdržbové. K zásobování vymezovačů olejem dochází prostřednictvím otvorů v kyvné páce. Základní těleso Vymezovač Obr. 32: Trojitá kyvná páka 18

19 3.5 Zvláštnosti u ventilového rozvodu OHV V motorech s dole umístěnou vačkovou hřídelí je vzdálenost mezi vačkami a pákou relativně velká. V tomto případě vede rozvodová tyčka zdvihový pohyb dále na páku. Rozvodové tyčky se používají v kombinaci se speciálními následovacími prvky vaček, resp. se zdvihátky. Tyto vytváří dotyk s vačkou buď prostřednictvím kluzné plochy (ploché nebo vypouklé zdvihátko) nebo prostřednictvím kladky (zdvihátko s kladkou). Kromě toho mají vést rozvodovou tyčku. 1 Hydraulická zdvihátka s kladkou 2 Kyvné vahadlo 3 Kladka pro styk s vačkou 4 Těleso 5 Píst 6 Pojistka proti pootočení 7 Vahadlová tyčka 8 Uložení vahadlového ložiska 9 Jehlové ložisko Obr. 33: Ventilový rozvod OHV Hydraulická zdvihátka s kladkou s labyrintem mají speciální uvnitř se nacházející systém vedení oleje. Tento zlepšuje vlastnosti při nouzovém chodu i v případě, kdy zásobování tlakovým olejem není optimální. Automatické vymezování ventilové vůle umožňuje i zde dosažení rovnoměrně nízkých emisí výfukových plynů po celou dobu životnosti. I tato zdvihátka mají velmi malou hlučnost a jsou bezúdržbová. Obr. 34: Hydraulická zdvihátka s kladkou Vahadla se stojanem vahadlového ložiska se dodávají jako kompletní montážní jednotka páka/uložení páky. Vahadlo je uložené prostřednictvím jehlového ložiska otáčivě na stojanu vahadlového ložiska. Jeho pohyb se proto vyznačuje velmi malým třením. Kyvné vahadlo Stojan vahadlového ložiska Obr. 35: Vahadlo se stojanem vahadlového ložiska 19

20 3 Konstrukce a funkční charakteristika prvků pro vyrovnávání ventilové vůle 3.6 Přepínatelné prvky k vymezování ventilové vůle Zpřísněné předpisy pro emise výfukových plynů a požadavek na nižší spotřebu paliva při současně větším potěšení z jízdy, vyjádřeném veličinami jako výkon, točivý moment a reakce motoru, vyžadují zvláštní variabilitu ventilového rozvodu. V dnešní době jsou již realitou systémy pro přepínání zdvihu s příslušnými sledovacími prvky vaček, jako jsou přepínatelná vahadla, vlečná vahadla nebo hrníčková zdvihátka. Přepínání zdvihu se použije s cílem umožnit v závislosti na jmenovitém pracovním bodu realizaci různých křivek zdvihu ventilů, tj. nastavit vždy optimální zdvih ventilu. Předpokladem je, aby pro každý alternativní zdvih ventilu byla k dispozici i odpovídající vačka jako zdvih zadávající prvek leda že by alternativou byl nulový zdvih, tedy zastavení ventilu. Prvek, který je v záběru s ventilem, se přitom opírá o základní kružnici vačky. Obr. 36: Přepínatelné mechanické hrníčkové zdvihátko Vypínání válců nebo zastavení ventilů se používá převážně u víceválcových motorů s velkým zdvihovým objemem válců (například s osmi, deseti nebo dvanácti válci). Cílem tohoto postupu je minimalizovat ztráty ze změn zatížení (ztráty čerpáním, resp. škrcením) nebo přemístit jmenovitý pracovní bod. Na základě rovnoměrného pořadí zapalování lze běžné hnací jednotky V8 a V12 přepnout na motory R4, resp. R6. Testy s motorem V8 ve stacionárním provozu ukazují, že použití vypínání válců v obvyklých jízdních cyklech vede k úsporám paliva ve výši 8 % až 15 %. Za účelem zastavení ventilu se nepoužije druhá vačka zdvihu na sledovací prvek vačky. Obr. 37: Spínané opěrné vymezovače V tomto případě se prvek, který snímá zdvih vačky, odpojí od ventilu. Pohyb snímacího prvku jde do prázdna, hovoříme proto také o zdvihu Lost-motion (= mrtvý chod). Protože k ventilové pružině již neexistuje žádné spojení, musí se vznikající setrvačné síly zachytit další pružinou (takzvanou pružinou Lost-motion ). Část ventilového rozvodu, pro kterou se neplánuje zastavení, resp. vypínání válců, provádí zdvih i nadále beze změny. Na deaktivovaných válcích se vačková hřídel pohybuje již pouze proti silám pružin Lost-motion, které jsou čtyři- až pětkrát menší než odpovídající síly ventilových pružin. Tímto způsobem se sníží ztráty třením. Obr. 38: Spínaná zdvihátka s kladkou Obr. 39: Přepínatelná vahadla s kladkou 20

21 Funkce přepínatelného hrníčkového zdvihátka 1 2 Fáze základní kružnice (přepínací proces) Podpěrná pružina tlačí vnější zdvihátko proti dorazu vnitřního zdvihátka. Vnitřní zdvihátko se dotýká vnitřní vačky; mezi vnější vačkou a vnějším zdvihátkem je malá vůle Při sníženém tlaku oleje spojuje pružinou podepíraný uzavírací píst vnější zdvihátko s vnitřním zdvihátkem. Pokud je tlak motorového oleje vyšší než zapínací tlak oleje, ovládací píst zatlačí uzavírací píst zpět do vnějšího zdvihátka. V důsledku toho se vnější zdvihátko odpojí od vnitřního zdvihátka. Hydraulický vymezovač ve vnitřním zdvihátku vymezuje ventilovou vůli. Fáze zdvihu vačky, uvolněno (nulový nebo částečný zdvih) Pár vnějších vaček pohybuje vnějším zdvihátkem proti působení podpěrné pružiny směrem dolů. 1 Vnější vačka 2 Vnitřní vačka 3 Ovládací píst 4 Uzavírací píst 5 Vnitřní zdvihátko 6 Vnější zdvihátko 7 Podpěrná pružina 8 Vyrovnávací prvek 9 Podpěrný plech 10 Vodicí drážka 11 Pojistka proti pootočení Tlak motorového oleje je přiškrcený Olej je pod tlakem motorového oleje Olej je pod vysokým tlakem Motorový ventil sleduje obrys vnitřní vačky. Uvolněno Zablokováno Jsou-li deaktivovány (vnější zdvihátka uvolněna) všechny motorové ventily válce, válec lze vypnout. Tím se výrazně sníží spotřeba paliva. 10 Fáze zdvihu vačky, zablokováno (plný zdvih) Pár vnějších vaček stlačuje vzájemně zajištěná vnější a vnitřní zdvihátka směrem dolů a otevře motorový ventil. 11 Hydraulický vymezovač se zatíží. Průsakovou štěrbinou se z vysokotlakého prostoru vytlačí malé množství oleje. Po dosažení fáze základní kružnice se ventilová vůle nastaví na nulu. Obr. 40 a 41: Spínaná hrníčková zdvihátka 21

22 3 Konstrukce a funkční charakteristika prvků pro vymezování ventilové vůle Spínací stavy přepínatelných prvků ventilového rozvodu Obr. 42: Fáze základní kružnice Obr. 43: Fáze zdvihu vačky, uvolněno (částečný zdvih) Obr. 44: Fáze zdvihu vačky, zablokováno (plný zdvih) 1 Píst 2 Kladka vačky 3 Vratná pružina 4 Uzavírací píst 5 Vnitřní zdvihátko 6 Vnější zdvihátko 7 Podpěrná pružina, (pružina Lost-motion ) Zablokováno (plný zdvih) Uvolněno (nulový zdvih) Zablokováno (plný zdvih) Uvolněno (nulový zdvih) Obr. 45 a 46: Přepínatelné opěrné prvky Obr. 47 a 48: Spínaná zdvihátka s kladkou 22

23 4 Zdvihátka vysokotlakých čerpadel 4 Zdvihátka vysokotlakých čerpadel Zdvihátka vysokotlakých čerpadel se používají téměř ve všech zážehových motorech s přímým vstřikováním benzinu. Zdvihátko čerpadla převádí otáčivý pohyb vačkové hřídele na lineární pohyb pístu čerpadla a pohání vysokotlaké palivové čerpadlo. Pohon se realizuje prostřednictvím separátní vačky na vačkové hřídeli. Pro troj- a čtyřválcové řadové motory se zpravidla používá vysokotlaké čerpadlo se zdvihátkem čerpadla. Osmia desetiválcové motory s uspořádáním válců do tvaru písmene V se dvěma vysokotlakými čerpadly potřebují tomu odpovídající 2 zdvihátka čerpadla. Šestiválcové motory mohou mít jedno i dvě vysokotlaká palivová čerpadla. Zdvihátko vysokotlakého čerpadla s kluznou plochou lze použít pro vstřikovací tlaky do cca 150 barů Obr. 49: Zdvihátko vysokotlakého čerpadla s kluznou plochou Zdvihátko vysokotlakého čerpadla s kladkou lze použít pro vstřikovací tlaky do cca 200 barů Obr. 50: Zdvihátko vysokotlakého čerpadla s kladkou Obr. 51: Příklad polohy zástavby ve vozidle 23

24 5 Systémy přestavení vačkové hřídele 5 Systémy přestavení vačkové hřídele 5.1 Všeobecné informace Účelem nastavení vačkové hřídele je dosáhnout prostřednictvím změny časování ventilů pokud možno optimálního spalování. Nastavení vačkové hřídele lze přitom provést na sací i na výfukové straně, jakož i kombinací obou těchto možností. Typická hodnota úhlu nastavení vačkové hřídele je v rozmezí od 20 do 30. Systémy nastavení vačkové hřídele se používají u motorů s řemenovým a řetězovým pohonem. Přitom splňují různá konstrukční řešení rozdílné zástavbové požadavky. Prostřednictvím přestavení vačkové hřídele se nejen snižují emise výfukových plynů a spotřeba paliva, nýbrž se také zvyšuje točivý moment a výkon. Obr. 52: Systém nastavení vačkové hřídele 5.2 Přehled různých konceptů přestavení vačkové hřídele Různé koncepty přestavovačů umožňují rozdílné přednosti: Koncept Výhody Zdvihové křivky ventilů pro změnu zatížení motoru Přestavení sací vačkové hřídele Snížení emisí Snížení spotřeby paliva Zlepšení komfortu (snížení volnoběžných otáček) Zvýšení krouticího momentu a výkonu Přestavení výfukové vačkové hřídele Snížení emisí Snížení spotřeby paliva Zlepšení komfortu (snížení volnoběžných otáček) Nezávislé přestavení vačkové hřídele u sací a výfukové vačkové hřídele (DOHC) Snížení emisí Snížení spotřeby paliva Zlepšení komfortu (snížení volnoběžných otáček) Zvýšení krouticího momentu a výkonu Synchronní přestavení vačkové hřídele u sací a výfukové vačkové hřídele (DOHC/SOHC) Snížení emisí Snížení spotřeby paliva Přestavovač v poloze zpoždění Přestavovač v poloze předstihu Regulovaná poloha (přestavovač je udržován v úhlové poloze) EO Výfuk otevřen EC Výfuk zavřen IO Sání otevřeno IC Sání zavřeno 24

25 5.3 Funkce přestavení vačkové hřídele Přestavovač vačkové hřídele Impulzní kolo a senzor vačkové hřídele Řídicí ventil Impulzní kolo a senzor klikové hřídele Pole charakteristik v řídicí jednotce motoru Komora spojená s tlakem motorového oleje Komora odlehčená/zpětný tok oleje Obr. 53: Systém přestavení vačkové hřídele Přestavení vačkové hřídele regulační obvod Nastavení vačkové hřídele se plynule mění působením tlaku motorového oleje v uzavřeném regulačním obvodu. V závislosti na zatížení, teplotě a otáčkách motoru je v poli charakteristik řídicí jednotky motoru uložena vždy jedna hodnota požadovaného úhlu časování ventilů. Ze signálů senzorů vačkové hřídele a klikové hřídele se v řídicí jednotce motoru vypočítá hodnota skutečného úhlu a nepřetržitě se ve vysoké frekvenci porovnává s hodnotou požadovaného úhlu. Pokud se hodnoty požadovaného a skutečného úhlu vzájemně liší, proud na řídicím ventilu se změní tak, že motorový olej vtéká do zvětšující se olejové komory v přestavovači vačkové hřídele a vytéká ze zmenšující se olejové komory. V závislosti na protékajícím objemovém průtoku oleje dochází k relativnímu natočení vačkové hřídele vůči klikové hřídeli, resp. k posuvu časování rozvodu směrem k dřívějšímu nebo pozdějšímu okamžiku otevření a uzavření. 25

26 5 Systémy přestavení vačkové hřídele 5.4 Přestavovač vačkové hřídele Přestavovač s lopatkovými buňkami Lopatkové přestavovače existují pro řetězové i pro řemenové pohony rozvodového ústrojí. Stator je spojený s klikovou hřídelí prostřednictvím rozvodového řetězu, resp. ozubeného řemenu. Centrální šroub nebo centrální ventil spojuje rotor s vačkovou hřídelí. Mezi dvěma koncovými dorazy ve statoru je otáčivě uložen rotor. 1 3 Přenos točivého momentu od statoru na rotor se realizuje prostřednictvím hydraulicky spřažených lopatek. Ve spojení se segmenty ve statoru tvoří tyto lopatky dvojice olejových komor, které jsou v provozu zcela naplněné olejem. Obvyklý počet lopatek se pohybuje v rozsahu od tří do pěti a je závislý na požadavku na rychlost přestavení a na zatíženích celkového systému. 4 Obr. 54: Řetězové ventilové rozvody 2 Vzájemné pevné mechanické spojení pohonu a výstupu během spouštění motoru zajišťuje blokovací prvek. Tento prvek se hydraulicky odjistí, jakmile je nutné ze základní polohy změnit polohu přestavovače. 1 Stator (hnací kolo) 2 Rotor (výstupní náboj) 3 Lopatky 4 Zajišťovací prvek Lopatkový přestavovač musí být u řemenového pohonu stoprocentně těsný. Naproti tomu u řetězového pohonu neznamená prosakování žádný problém, protože celý řetězový pohon běží v oleji. 3 Přestavovač s otočnými lopatkami Přestavovač s otočnými lopatkami představuje aktuální konstrukci přestavovače vačkové hřídele. Na rozdíl od lopatkového přestavovače jsou zde rotor a lopatky zhotovené z jednoho kusu. Komory jsou od sebe vzájemně utěsněné prostřednictvím pružinou ovládaných těsnicích břitů. Funkční charakteristika je stejná jako u lopatkového přestavovače. 4 2 Smart fázovač U budoucích motorů již dosavadní přestavovače vačkové hřídele nebudou stačit. V důsledku nižších tlaků motorového oleje již nelze olejové komory plnit dostatečně rychle. Zde dojde k použití nově vyvinutého Smart fázovače. Ten svou konstrukcí odpovídá přestavovači s otočnými lopatkami, navíc má však k dispozici olejovou nádržku se zpětným ventilem. Tato nádržka zajistí, aby olejové komory byly vždy plněny potřebnou rychlostí. Obr. 55: Řemenové ventilové rozvody Obr. 56: Přestavovač s otočnými lopatkami 26

27 Přestavení sání Přestavovač v základní poloze Jak je zobrazeno na obrázku dole, časování ventilů se nachází v poloze později. Blokovací prvek je zasunutý. Tlak oleje v olejové komoře současně jednostranně zatěžuje lopatku a přidržuje ji na koncovém dorazu. Řídicí ventil je bez proudu. Přestavovač v regulovaném provozu Do řídicího ventilu je přiveden proud. Olej je veden do druhé komory (5). Olej tam odjistí blokovací prvek a pootočí rotor. Vačková hřídel se v důsledku toho otočí ve směru dříve. Přestavení výfuku Přestavovač v základní poloze Časování ventilu se zpravidla nachází v poloze dříve. Tedy přesně v opačné poloze vůči dole se nacházejícímu zobrazení. Blokovací prvek je zasunutý. Řídicí ventil je bez proudu. Přestavovač v regulovaném provozu Do řídicího ventilu je přiveden proud. Olej je veden do druhé komory. Olej tam odjistí blokovací prvek a pootočí rotor. Vačková hřídel se v důsledku toho otočí ve směru později. Smykové tření vačkové hřídele působí brzdicím účinkem ve směru později. Spirálová pružina má větší moment, než je třecí moment vačkové hřídele. Spirálová pružina je zavěšena ve víku a ve středu je prostřednictvím upínacího plechového prvku spojena s rotorem. Kvůli přidržení v mezipoloze se na straně sání i výfuku řídicí ventil nastaví do takzvané regulační polohy. V důsledku toho jsou všechny olejové komory zcela uzavřené. Dochází pouze k vyrovnání průsaku oleje, který se může případně vyskytnout. 4 1 Základní poloha Stator 2 Rotor 3 Lopatky 4 Blokovací prvek 5/6 Olejové komory 7 Olejové čerpadlo 8 Zpětné vedení Obr. 57: Přestavení vačkové hřídele v regulační poloze 27

28 5 Systémy přestavení vačkové hřídele 5.5 Řídicí ventil Obr. 58: Zobrazení ventilového rozvodu v řezu Provedení v podobě zásuvného ventilu Zásuvný ventil může být integrován přímo v hlavě válců nebo může být zabudován pomocí mezitělesa. I přes svou kompaktní konstrukci je sestaven modulárně a umožňuje modifikace pro přizpůsobení se jednotlivému případu použití. Elektricky je spojen s řídicí jednotkou motoru. Provedení jako centrální ventil Centrální ventil je zašroubován do vačkové hřídele. Separátní centrální magnet je umístěn koaxiálně před centrálním ventilem. Krátké dráhy vedení oleje mezi centrálním ventilem a přestavovačem vačkové hřídele zajišťují malé ztráty tlaku oleje a vysoké rychlosti přestavení. Zásuvný ventil je zhotoven v provedení jako proporcionální ventil se čtyřmi přípojkami. Centrální ventil je zhotoven v provedení jako proporcionální ventil s pěti přípojkami. Hydraulická část Elektromagnet Elektromagnet Hydraulická část B A T Obr. 59: Zásuvný ventil P Obr. 60: Centrální ventil Přípojky řídicích ventilů: Olejové čerpadlo P 2x zpětné vedení T Pracovní komora A přestavovače vačkové hřídele Pracovní komora B přestavovače vačkové hřídele 28

29 Funkce řídicího ventilu Pokud se na elektromagnet připojí proud, tento posune vnitřní regulační šoupátko proti síle pružiny v hydraulické části ventilu, a tím zapojí tlak oleje mezi pracovními komorami A a B. Pracovní komora, která není naplněna tlakem oleje, je spojena se zpětným vedením. Za účelem zafixování polohy časování se ventil přidržuje v takzvané střední poloze; zde jsou spojení všech přípojek od sebe navzájem téměř rozpojena. 1 Elektromagnet 2 Regulační šoupátko 3 Přívod do olejové komory 4 Zpětné vedení 5 Řídicí jednotka motoru 6 Spojení k senzoru klikové hřídele 7 Spojení k senzoru vačkové hřídele 8 Olejové čerpadlo 1 2 Přestavení vačkové hřídele v regulační poloze 4 30 odpovídá úhlu kliky Základní poloha 5 B A 3 Komora spojená s tlakem motorového oleje Komora odlehčena pro zpětný tok oleje Obr. 61: Systémové zobrazení řídicího ventilu 29

30 5 Systémy přestavení vačkové hřídele Doporučení pro výměnu přestavovačů vačkové hřídele Aretační kolík Některé přestavovače vačkové hřídele mají aretační kolík. Při odborně prováděné montáži se musí bezpodmínečně dbát na to, aby kolík lícoval s příslušným otvorem ve vačkové hřídeli. Funkce pak neprobíhá a řemen, resp. řetěz není veden správně. Těsnicí kroužek hřídele Při výměně přestavovače vačkové hřídele u řemenového pohonu se bezpodmínečně doporučuje provést i výměnu těsnicího kroužku hřídele, který utěsňuje spojovací místo mezi vačkovou hřídelí a hlavou válců. Obr. 62: Aretační kolík Centrální šroub Krycí zátka Přestavovač vačkové hřídele Obr. 63: Přestavovač vačkové hřídele, centrální šroub, krycí zátka Centrální šroub Pokud dojde k povolení centrálního šroubu, je nutné ho vždy vyměnit. V důsledku utahovacího momentu, který je stanoven výrobcem vozidla a který je nutné dodržet, se šroub plasticky zdeformuje. Jeho opětné použití se proto nedoporučuje. Krycí zátka Doporučuje se vždy vyměnit i krycí zátku, protože při povolení se může poškodit těsnicí kroužek. 30

31 5.6 UniAir Pomocí systému pohonu ventilů UniAir lze změnit nejen zdvih a okamžik otevření a zavření ventilů, nýbrž také dobu otevření a počet otevření. Systém UniAir tedy umožňuje nezávisle pro každý jednotlivý válec, aby se sací ventily během sacího taktu podle stavu zatížení a požadavku řidiče několikrát otevřely a opět znovu zavřely. Tím je možné dosáhnout přesnějšího souladu mezi energetickým požadavkem a použitou energií a tedy zvýšené energetické účinnosti; díky tomu představuje systém UniAir první plně variabilní a plynule fungující ventilový rozvod. U konvenčních zážehových motorů ovládaných prostřednictvím škrticí klapky se při odměřování správného množství vzduchu spotřebuje až 10 % použitého množství paliva ve formě energie za účelem překonání odporu škrticí klapky při nasátí vzduchu do válce. Pokud se však použije plně variabilní ventilový rozvod, lze škrticí klapku nechat kompletně otevřenou nebo může dokonce zcela odpadnout, a množství vzduchu se může během sacího taktu bez překážky nasávat do spalovacího prostoru. Správné množství vzduchu, které je potřebné pro každý provozní stav, se díky systému UniAir reguluje přímo do sacích kanálů příslušných válců prostřednictvím časové nebo geometrické kontroly otevření ventilů. To představuje rozhodující faktor při realizaci snížení emisí CO 2. Dalšími výhodami ventilového rozvodu UniAir jsou nižší spotřeba paliva, zvýšení výkonu a točivého momentu, jakož i rychlejší reakce motoru. Upozornění: Podrobnější popis systému UniAir se nachází v brožuře INA Systém UniAir. Obr. 64: UniAir 31

32 6 Všeobecné servisní pokyny 6 Všeobecné servisní pokyny Nutnost výměny celé sady Při výskytu závady na jednom nebo několika hydraulických vymezovačích ventilové vůle je nutné vždy provést výměnu kompletní sady. Pokud se vymění pouze jednotlivé prvky, není zajištěn jednotný zdvih ventilů v důsledku různého vytlačení průsakového oleje. To může způsobit chybné zavření ventilů, které potom často vede k propálení sedla ventilu. Tím se zabrání vzniku opakovaných oprav a tedy vyšším nákladům pro zákazníka. Plnění hydraulických prvků Hydraulické vyrovnávací prvky od firmy INA jsou z výroby vždy naplněny předepsaným množstvím oleje. Aby nedošlo k vytečení náplně těchto prvků, je nutné je vždy přepravovat a skladovat v přepravní poloze (viz šipka na obalu). Po zabudování hydraulických vyrovnávacích prvků se musí vyčkat na dobu klesání. Tato doba trvá při teplotě místnosti od 2 do 10 minut. Teprve poté lze otáčet vačkovou hřídelí, resp. spustit motor. Nová hrníčková zdvihátka nová vačková hřídel S výměnou hrníčkových zdvihátek by měla být vždy spojena výměna vačkové hřídele a naopak. Na základě struktury opotřebení dna hrníčkových zdvihátek a pracovní dráhy vaček by kombinace nových s již použitými součástmi nezaručila dlouhou životnost. Nová vahadla se vsazeným vymezovačem Vahadla se vsazeným vymezovačem se nesmí rozebrat (toleranční rozměr)! Kvůli usazeninám se mohou ucpat otvory přívodu oleje nebo kanály přívodu oleje hydraulického vymezovače. V důsledku toho již není zajištěno správné zásobování olejem a vahadlo se musí vyměnit společně se vsazeným vymezovačem. Motorový olej Zásadně se musí vždy použít motorový olej, který byl schválen výrobcem vozidla. Kromě toho je důležitým předpokladem pro přesně fungující ventilový rozvod také dodržení výrobcem vozidla předepsaných intervalů výměny motorového oleje. Během těchto jízdních cyklů výkonnost/kvalita motorového oleje klesá. Při pracích na ventilovém rozvodu je velmi důležité dbát na čistotu! Nečistoty mohou ovlivnit funkci jednotlivých součástí nebo je zničit. Důležité: Rozdíl mezi různými hydraulickými vsazenými vymezovači spočívá hlavně v době klesání. Pokud se zabuduje nesprávný vymezovač s vahadlem, může dojít k totálnímu poškození motoru! 32

33 Doporučení pro odvzdušnění hydraulických vymezovačů ventilové vůle v motoru Po provedení montáže hydraulických vymezovačů může za určitých okolností dojít ke zvýšené hlučnosti ventilového rozvodu. Rychlé odvzdušnění hydraulických prvků je zajištěno při dodržení následujících doporučení: Motor nechte běžet po dobu cca 4 minut při otáčkách od 2000 ot./min. do 3000 ot./min. Potom po dobu cca 30 sekund nechte motor běžet ve volnoběžných otáčkách. Není-li pak již slyšet žádný hluk ventilového rozvodu, je hydraulický vymezovač odvzdušněný. Pokud je stále slyšet hluk, musí se první dva kroky opakovat. Předpokládá se, že se hluk ventilů odstraní v 90 % všech případů už v prvním cyklu běhu odvzdušnění. V několika málo případech může být nezbytné opakovat výše uvedený cyklus pětkrát nebo šestkrát. Pokud je zřetelně slyšet hluk ventilů po pátém cyklu, doporučuje se vyměnit příslušné prvky a provést další zkoušky. 33

34 7 Diagnostika poškození/posouzení poškození 7 Diagnostika poškození/posouzení poškození 7.1 Všeobecné posouzení poškození U kovových těles se při tření vyskytují za podmínek smíšeného tření abrazivní a adhezivní procesy opotřebení. Oba spolupracující mechanismy, jakož i únavové opotřebení, které vede k tvorbě důlkové koroze na povrchu, způsobují často celkový výpadek třecí dvojice těles. Opotřebení lze vyvolat i prostřednictvím nejrůznějších forem koroze. Abraze znamená obecně obroušení nebo oškrábání. K účinku adheze může dojít, když se bezprostředně dotýkají základní a protilehlé těleso. Pitting znamená obecně vydrolení materiálu. Opotřebení ovlivňuje mnoho parametrů: Materiály (párování materiálu, tepelné zpracování, povrchová úprava) Kontaktní geometrie (makro-/mikrogeometrie, tvarová přesnost, drsnost, nosný podíl) Zatížení (síly, momenty, Hertzův tlak) Kinematické dimenzování (relativní rychlost, hydrodynamická rychlost, měrný tlak) Mazání (viskozita, množství, aditivace, znečištění, stárnutí) Hluk během fáze zahřívání Hluk během fáze zahřívání motoru nepředstavuje ve většině případů důvod k reklamaci. U vypnutého motoru se mohou některé ventily nacházet v otevřené poloze a hydraulický vyrovnávací prvek vůle tak vystavit tlaku prostřednictvím pružiny ventilu. V důsledku toho se z vysokotlakého prostoru vytlačí olej, který je postupně doplněn během fáze zahřívání motoru. Vzduchový polštář, který se v tomto stavu vyskytuje v hydraulickém vymezovači, je stlačitelný a způsobuje tento přechodný chrastivý hluk. Vznik hluku u teplého motoru Vznik hluku u teplého motoru je často důsledkem nedostatečného zásobování olejem. Důvody mohou být následující: Uváznutí hydraulického pístu kvůli znečištěnému oleji Zpěnění oleje z důvodu příliš vysokého nebo příliš nízkého stavu motorového oleje Netěsnosti na sací straně olejového čerpadla Příliš nízký tlak oleje v důsledku netěsností v olejových vedeních nebo opotřebení ložisek Vznik hluku v důsledku napumpování Zdroje těchto závad mohou být následující: Vadné, unavené nebo nesprávné pružiny ventilů (nesprávné přiřazení dílů) Vadná vedení ventilů nebo dříků ventilů Přetočení motoru Nesprávná kvalita oleje Příčina: Společně běžící dotykové plochy ventilového rozvodu se nadzvednou, což vede k nadměrnému zdvihu pístu. V důsledku toho nelze vytlačit během krátkého intervalu dostatečné množství oleje při tlakování hydraulického vymezovače. Následek: Ventil nezavře zcela, což může vést ke ztrátě výkonu a také k propálení ventilu. Ventil narážející na dno pístu způsobí jako další následek závažné poškození motoru. Na základě extrémně úzkých tolerancí reagují vymezovače velmi citlivě na znečištění v motorovém oleji. Kromě zvýšeného opotřebení pohybujících se dílů se částice nečistot v hydraulickém systému vymezování ventilové vůle projevují chrastivým zvukem. 34

35 7.2 Zbytková nečistota ZBYTKY HLINÍKU PO OBRÁBĚNÍ HLAVY VÁLCŮ (NAPŘ. BROUŠENÍ ROVINNÝCH PLOCH) Při kontrole reklamovaných dílů se často najdou částice zbytkových nečistot ve velkém množství. Tyto částice zbytkových nečistot, např. hliník, pocházejí z obrábění hlavy válců. ZBYTKY SPALOVÁNÍ VZNĚTOVÉHO MOTORU Ale i v motorovém oleji se často najdou také vlákna z čisticích hadříků a karbonové zbytky spalin ze vznětových motorů. 7.3 Hodnocení poškození komponentů ventilového rozvodu Důležité Kontrolu údajně vadných hydraulických komponentů je nutné provést podle příslušných údajů výrobce. Zde uvedené metody lze v zásadě použít pro všechny typy. Optická kontrola Hydraulické komponenty, které vykazují vnější poškození jako rýhy, škrábance nebo stopy po zadírání, je bezpodmínečně nutné vyměnit. Zkontrolovat je nutné rovněž lícované plochy ve ventilovém rozvodu. U hydraulických hrníčkových zdvihátek je zejména nutné zkontrolovat dno zdvihátka. Tato dotyková plocha je místem motoru, které je nejvíce zatížené tlakem. Manuální kontrola V servisní oblasti jednoduché, avšak dostatečně vypovídající manuální přezkoušení hydraulického vymezovače ventilové vůle představuje stlačitelnost rukou. Naplněný vymezovač se nesmí dát stlačit rukou rychle. Zkušební postup je však nutné provést opatrně, protože jinak dojde k vytlačení oleje přes štěrbinu průsaku oleje. Pokud lze naplněný vymezovač rychle stlačit bez velkého vynaložení síly, je bezpodmínečně nutné ho vyměnit. Provedení přesnější funkční zkoušky hydraulických vymezovačů je možné pouze za použití náročných testovacích a zkušebních zařízení. Tato zkouška zahrnuje mimo jiné zjištění hodnoty klesání, které lze provést pouze přímo u výrobce. 35

36 7 Diagnostika poškození/posouzení poškození Posouzení poškození hrníčkového zdvihátka PŘÍZNAKY OPOTŘEBENÍ NA DNĚ ZDVIHÁTKA Normální opotřebení Normální vzhled hrníčkového zdvihátka. Kruhovitě uspořádané stopy jsou podmíněné otáčením zdvihátka a nelze je reklamovat. Opatření Není nutné provést žádné opatření. Zvýšené opotřebení Stopy silného opotřebení na dně hrníčku. V případě takovéhoto charakteru opotřebení lze usuzovat na vysoký úbytek materiálu v důsledku opotřebení na dně hrníčku. Opatření Hrníčkové zdvihátko a vačkovou hřídel je nutné vyměnit. Silné opotřebení Adhezivně-abrazivní opotřebení až do úplného výpadku. Opatření Hrníčkové zdvihátko se musí vyměnit. Je nutné provést důkladnou kontrolu polohy vačkové hřídele (chyba souososti vačkové hřídele v důsledku opotřebení ložisek). PROJEVY OPOTŘEBENÍ NA VLEČNÉM VAHADLE A OPĚRNÉM VYMEZOVAČI Příčina Příliš vysoký podíl zbytkových nečistot v motorovém oleji. Následek Hrníčkové zdvihátko vázne v upínacím otvoru. Opatření Vyčistěte motor (vypláchnutí). Pří montáži nového hrníčkového zdvihátka dbejte na čistotu. Hrníčkové zdvihátko Vodicí otvor 36

37 Posouzení poškození vlečné páky Pokyn: Směr pohledu u čtyř následujících vyobrazení. ª ª PROJEVY OPOTŘEBENÍ NA VAHADLE S VLEČNOU PÁKOU A OPĚRNÉM ELEMENTU Normální opotřebení Vyleštěná stopa v oblasti styku s kulovou jamkou vlečné páky (dolní obrázek). Normální stopy opotřebení za dobu chodu. Vyleštěná stopa v oblasti styku s kulovou hlavicí (horní obrázek). Příčina Nedostatek oleje např. v důsledku ucpaných olejových kanálů. Opatření Není nutné provést žádné opatření struktura je v pořádku. Zvýšené opotřebení Silně abrazivní opotřebení na kulové hlavici v kritickém rozsahu; opotřebení vedlo k deformaci kulové hlavice. Silně abrazivní opotřebení kulové jamky v kritickém rozsahu; opotřebení vedlo k deformaci kulové jamky. Opatření Hydraulický vymezovač a příslušné vlečné vahadlo musí být vyměněny. 37

38 7 Diagnostika poškození/posouzení poškození Posouzení poškození páky vlečného vahadla Pokyn: Směr pohledu u čtyř následujících vyobrazení ª PROJEVY OPOTŘEBENÍ STYČNÉ PLOCHY VENTILU A VLEČNÉ PÁKY Normální opotřebení Lehké stopy vyhlazení na styčné ploše ventilu v důsledku relativního pohybu mezi pákou a ventilem. Normální stopy opotřebení za dobu chodu. Opatření Není nutné provést žádné opatření struktura je v pořádku. Silné opotřebení Silně abrazivní opotřebení ve styčné ploše ventilu. Výrazné hrany na okraji dotykové oblasti poukazují na hloubku opotřebení v rozsahu několika desetin. Při dalším provozu hrozí nebezpečí zlomení páky. Posouzení poškození vačkové hřídele PROJEVY OPOTŘEBENÍ NA VNĚJŠÍM KROUŽKU KLADKY VAČKY Opatření Výměna hydraulického vymezovače a příslušného vahadla a kontrola dříku ventilu. Normální opotřebení Vnější průměr kladky vačky nevykazuje žádné viditelné opotřebení. Uspořádání stop opotřebení je normální a pochází od malých cizích částic mezi kladkou vačky a vačkou. Normální stopy opotřebení za dobu provozu. Opatření Není nutné provést žádné opatření struktura je v pořádku. Silné opotřebení Vnější průměr kladky vačky má zřetelně změněnou geometrii. Opatření Výměna hydraulického opěrného vymezovače a příslušného vahadla. Kontrola příslušné polohy vačkové hřídele z hlediska výskytu chyb souososti v důsledku opotřebení ložisek. 38

39 Posouzení poškození vlečné páky s kladkou PROJEVY OPOTŘEBENÍ NA ČEPU KLADKY U VLEČNÉHO VAHADLA ª ª Kontrola radiální vůle vačkové hřídele Radiální vůli lze zjistit relativně jednoduše prostřednictvím pohybu vačkové hřídele v radiálním směru nahoru a dolů. Při výskytu radiální vůle v rozsahu několika desetin je zátěžová zóna čepu kladky opotřebená a vahadlo se musí vyměnit. Silné opotřebení Jehly vačkové hřídele už nejsou zafixovány a mohou vést až k úplnému výpadku vahadla s kladkou. Opatření Hydraulický opěrný vymezovač a příslušné vahadlo s kladkou se musí vyměnit. ZPĚTNÝ VENTIL OPĚRNÉHO VYMEZOVAČE Příčina Cizí částice, které se jako nečistoty dostávají s motorovým olejem do elementů vymezování vůle ventilů. Následek Zpětný ventil nepracuje správně. Pozor: Záruka výrobce zaniká, pokud byly v této lhůtě díly rozebrány v servisu! Vzhledem k požadované přesnosti prvku hydraulických vymezovačů se nesmí zpět montovat demontovatelné komponenty, protože nelze zaručit jejich správnou funkci! 39

40 7 Diagnostika poškození/posouzení poškození Posouzení poškození přestavovače vačkové hřídele CHRASTIVÝ HLUK V OBLASTI PŘESTAVOVAČE Hluk během prvních 3 sekund po spuštění motoru Příčina Vůle v blokování je příliš velká. Opatření Přestavovač se musí vyměnit. Hluk v různých oblastech otáček Příčina Příliš velká ložisková vůle v důsledku opotřebení. Opatření Přestavovač se musí vyměnit. Řídicí ventil pro přestavení vačkové hřídele ŘÍDICÍ VENTIL NEFUNGUJE Příčina V důsledku nečistot v motorovém oleji nemůže píst v řídicím ventilu správně pracovat, píst vázne. Špatný nebo zkorodovaný konektor k řídicímu ventilu. Opatření Řídicí ventil se musí vyměnit. Konektor se musí zkontrolovat, resp. opravit. Pokyn: Pokud píst řídicího ventilu nedosáhne potřebné koncové polohy, řídicí jednotka motoru vydá odpovídající hlášení chyby ( požadovaný úhel není dosažen ). 40