Konceptet att öka låg- och höghastighetsmotorns vridmoment genom att automatiskt avancera och retardera ventiltiderna är inte en ny sak. Under 1960-talet fanns det variabla kamaxelväxlar med en torsionsfjäderanordning som fördröjde ventiltiden som svar på det ökade roterande vridmomentet som krävdes för att vrida kamaxeln vid högre motorvarvtal.
I teorin kan du njuta av fördelarna med låghastighetsvridmoment och höghastighetshästkrafter. Det verkade dock inte fungera i praktiken på grund av dess beroende av roterande vridmoment.
Nuförtiden har datoriserade motorstyrningssystem gjort variabel ventiltid till en praktisk realitet för de flesta fordon. Men en historisk diskussion om de olika tekniska tillvägagångssätten för variabel ventiltid kan fylla ett uppslagsverk.
Tillsammans med avstämda insugs- och avgassystem kan variabel ventiltid dramatiskt öka låg- och höghastighetsmotorns vridmoment, öka bränsleekonomin och minska avgasutsläppen.
Å andra sidan har variabel ventiltid fört med sig vissa specifika problem rörande motorsmörjning och diagnostik.
Terminologi
Den variabla "ventil"-timingen som de flesta av oss ser i våra butiker är faktiskt variabel "kamaxel"-tidning som förbättrar vridmomentet vid låga och höga varvtal genom att föra fram eller fördröja kamaxelns inställning på motortillämpningar med enkel överliggande kamaxel (SOHC).
Däremot utför vissa DOHC-applikationer (Double Overhead camshaft) samma funktioner genom att separat föra fram eller bromsa insugnings- och avgaskamaxlarna.
Helt variabel ventiltid kan endast uppnås genom att använda datorstyrda solenoider för att exakt styra insugs- och avgasventilens öppning och stängning. Även om de olika kombinationerna av ventiltimingshändelser teoretiskt sett är oändliga på ett elektroniskt styrt system, är dess tillämpningar begränsade på grund av kostnadsproblem och, i vissa fall, tillförlitlighet.
GRATIS Tech Hotline Directory...
Experthjälp från tillverkare på din smartphone
kyptechline.com
Driftsprinciper
Effektiv ventiltid är mycket beroende av hastigheterna hos insugningsluften som strömmar genom motorns inloppsportar och avgaserna som strömmar ut ur motorns avgasportar. På de flesta naturligt aspirerade motorer stänger inte insugningsventilen förrän kolven börjar röra sig uppåt vid kompressionstakt. När insugningsluften rör sig långsamt vid lägre motorvarvtal, bör insugningsventilen stängas tidigt för att förhindra att kolven trycker tillbaka insugningsluften in i inloppsporten och grenröret.
Eftersom insugningsluftens hastigheter ökar med motorvarvtalet bör insugningsventilen stängas senare för att hjälpa till att packa in mer luft i cylindern. I teorin börjar de flesta VVT-konstruktioner ändra insugningsventilens timing när insugningsluftens hastigheter börjar öka dramatiskt vid 2 500 till 3 500 rpm. Naturligtvis beror PCM:s faktiska driftstrategi till stor del på motordesignen och motorns hastighetsbegränsningar.
Även om avgasventilens timing inte är lika kritisk för motorns prestanda som insugningsventilens timing, kan den teoretiskt avanceras i DOHC-tillämpningar för att öka ventiltidsöverlappningen vid högre motorvarvtal och fördröjas för att minska ventilöverlappningen vid lägre motorvarvtal.
Ventiltidöverlappning är önskvärd vid högre motorvarvtal. Genom att samtidigt hålla inlopps- och avgasventilerna öppna när motorn går från avgas- till insugningstakt kan motorn utnyttja det lätta undertryck som skapas av avgaser som lämnar avgasporten för att hjälpa till att dra insugningsladdningen in i cylindern.
Men vid lägre motorvarvtal och gashastigheter ger hög ventilöverlappning en lutande tomgång på grund av att avgaserna trycker tillbaka in i insugningsröret, plus att det minskar motorns kompression. Tänk också på att en ändring av avgasventilens timing kan skapa en "EGR"-effekt som hjälper till att minska utsläppen av kväveoxid (NO) i vissa applikationer.
Kamlobsdesign
I förbigående är det bra att förstå grunderna för kamaxellobdesign. För att förhindra överdriven påfrestning på ventillinan måste en kamlob utformas för att gradvis accelerera vikten av vipparmen, ventilen, lyftaren och tryckstången. Överliggande kamaxelkonstruktioner minskar spänningen på ventilsystemet genom att ersätta dessa komponenter med en enkel kamföljare.
Olyckligtvis för mekaniska kamaxlar kommer variationer i ventilspel att orsaka små förändringar i ventiltid. Eftersom hydrauliskt justerade kamaxlar inte kräver spelrum, förblir ventiltiden mycket konsekvent.
I båda fallen måste kamloben utformas för att gradvis bromsa ventilsystemet för att förhindra att ventilerna studsar från ventilsätena vid toppmotorvarvtal. Medan kamaxellober kan slipas för att öka luftflödet genom att öka ventillyftet, ökar det ökade ventillyftet stressen på ventilsystemet såväl som risken för kolv-till-ventil-interferens.
VVT-hårdvara
Variabel kamaxeltid på tidiga motorer med enkel överliggande kamaxel (SOHC) uppnåddes genom att använda en kamaxel-"fasare" som består av en fjäderbelastad hydraulisk kolv som tvingar ett avfat drivhjul mot ett liknande avfasat drivhjul monterat på kamaxeln.
Exakt kamaxeltid kan uppnås genom att använda Powertrain Control Module (PCM) för att applicera oljetryck på kolven genom att pulsera en oljekontrollventil. Eftersom kolven har en öppning för att tömma oljetrycket, kan kamtimingen ändras genom att öka pulsbredden som appliceras på oljekontrollventilen.
Om elektroniken misslyckas, kommer en phaser-returfjäder att trycka kolven till dess förinställda timing-läge.
PCM kommer också att övervaka kamaxelns position genom att jämföra de relativa positionerna för kamaxelpositionssensorn (CMP) och vevaxelns positionssensor (CKP). Om dessa positioner inte överensstämmer med de programmerade data, bör PCM ställa in en P0010-serie eller P0340-serie felkod.
Vissa VVT-konstruktioner inkluderar också en separat ventiltidgivare (VTS) för att ge en mer exakt ventiltidåterkoppling till PCM. Medan de flesta moderna VVT-konstruktioner använder de mer kompakta fasarna av skoveltyp för att justera ventiltid, fortsätter de att använda samma grundläggande arrangemang av sensorer och oljetryckskontrollmekanismer för att möjliggöra datorstyrning.
Diagnostips
Som du kanske redan har gissat är VVT-diagnostik mycket applikationsspecifik eftersom det inte bara beror på om motorn är ett block av V-typ eller in-line, eller en DOHC- eller SOHC-konfiguration, utan också på konfigurationen av phasern och systemelektronik. Dessutom finns det bokstavligen dussintals "globala" P0010- och P0340-seriers felkoder, för att inte tala om tillverkarspecifika P1000-seriekoder som kan lagras på grund av ett ventiltidsproblem. Men genom att tillämpa grundläggande driftsprinciper är det möjligt att diagnostisera de flesta VVT-fel, oavsett konfiguration.
Det är uppenbart att de flesta VVT-fel kommer att påverka insugningsgrenrörets vakuum och resultera i en förlust av låg- eller höghastighetsmotorns vridmoment. När kamaxeln inte svarar på positionerna som beordras av PCM, bör PCM lagra en kamaxelrelaterad timing P0340-seriens felkod. På V-blocksmotorer kan ett kamaxeltidsfel på en bank också resultera i feltändningskoder i P0300-serien för alla cylindrar på den sidan.
Kom dessutom ihåg att ventiltid och ventilöverlappning påverkar cylinderkompressionen. Med ett enbanksfel på en V-blocksmotor bör vevkompressionen från bank till bank skilja sig, liksom bränsletrimnumren från bank till bank. Tänk också på att med återinförandet av kamkedjor av stål kan en enstaka lös kedja eller en sliten spännare eller kedjestyrning på en sida fördröja kamtimingen och kanske påverka kallstart och körbarhetsprestanda.
Motoroljans viskositet såväl som oljefiltrets flödeskapacitet kan definitivt påverka kamfasarens förmåga att styra ventiltiming, liksom oljans livslängdsklassificeringar. En icke-OE-godkänd olja, tillsammans med ett oljefilter med låg kapacitet, kan orsaka slamning eller lackning, vilket gör att kamfasare fastnar i avancerade eller retarderade lägen. Detta kan också göra att oljepassagerna i cylinderhuvudet, oljekontrollventilen och faserna täpps till med slam eller förorenas med metallspån. Även när du använder OE eller OE-godkända oljor, kom ihåg att motorolja måste bytas med rekommenderade intervall.
Sist men inte minst samlar många avancerade diagnostiktekniker rutinmässigt in laboratorieskopprover av välkända CMP- och CKP-sensorvågformer för framtida jämförelse med de som produceras av en liknande modell som drabbats av ett misstänkt ventiltidsproblem.
