ВернутьсяКлапанный механизм бензинового двигателя 5.0 NA V8
Клапанный механизм бензинового двигателя 5.0 NA V8
Расположение элементов клапанного механизма бензинового двигателя 5.0 NA V8
Рассмотрено устройство и принцип работы клапанного механизма бензинового двигателя 5.0 NA V8. Как работают распределительные валы, цепной привод ГРМ, система регулируемой синхронизации VCT и система переключения профилей кулачков CPS. Отдельное внимание уделено соленоидам, гидравлическим натяжителям, переключаемым толкателям и условиям перехода между низким и высоким подъемом клапанов.
1 - соленоиды механизма регулируемой синхронизации распредвала (VCT); 2 - соленоиды CPS; 3 - бесшумная зубчатая цепь привода газораспределительного механизма; 4 - направляющая нейлоновой цепи; 5 - вспомогательный натяжитель цепи; 6 - цепь привода вспомогательных механизмов; 7 - шестерня привода масляного насоса; 8 - распределительный вал привода вспомогательных механизмов; 9 - натяжитель цепи ГРМ; 10 - рычаг натяжителя; 11 - блок регулируемой синхронизации распределительного вала (VCT)
Распределительные валы бензинового двигателя 5.0 NA V8
Легкий клапанный механизм бензинового двигателя 5.0 NA V8 обеспечивает значительную экономию и пониженный уровень шума. Он приводится в действие цепным приводом от коленчатого вала.
Два верхних распределительных вала на каждой головке блока цилиндров бензинового двигателя 5.0 NA V8 управляют работой клапанов. Для каждой головки блока цилиндров зубчатая цепь привода газораспределительного механизма передает крутящий момент с коленчатого вала на блок VCT, находящийся в передней части каждого распределительного вала. Подобранные по размеру толкатели позволяют настроить зазоры выпускных клапанов. На впускных клапанах установлены переключаемые толкатели с гидравлическим механизмом регулировки зазора в приводе клапана.
Каждая цепь привода газораспределительного механизма имеет гидравлический натяжитель, который приводится в действие давлением моторного масла. Натяжители цепей имеют храповый механизм, поддерживающий натяжение, когда бензиновый двигатель 5.0 NA V8 выключен, устраняя шум при запуске. Цепи смазываются моторным маслом из форсунок, установленных в передней части блока цилиндров двигателя. Направляющие нейлоновой цепи контролируют ее движение по стороне привода.
Храповый механизм (храповик) – зубчатый механизм прерывистого движения, предназначенный для преобразования возвратно-вращательного движения в прерывистое вращательное движение в одном направлении. Проще говоря, храповик позволяет оси вращаться в одном направлении и не позволяет вращаться в другом.
Распределительные валы бензинового двигателя 5.0 NA V8
1 - впускной распределительный вал; 2 - выпускной распределительный вал
Регулируемая синхронизация распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8
Система регулируемой синхронизации распределительного вала (VCT) изменяет синхронизацию впускного и выпускного распределительных валов для выработки бензиновым двигателем 5.0 NA V8 оптимальной мощности, повышения производительности и снижения токсичности выбросов. Синхронизация положения впускных распределительных валов возможна в диапазоне угла поворота коленчатого вала на 62 градуса. Синхронизация положения выпускных распределительных валов возможна в диапазоне угла поворота коленчатого вала на 50 градусов.
В исходном положении синхронизации:
Впускные распределительные валы в положении полной задержки.
Выпускные распределительные валы в положении полного опережения.
Система состоит из блока VCT и соленоида VCT для каждого распределительного вала. Блок ECM (модуль управления двигателем) управляет работой системы, подавая сигналы широтно-импульсной блокации (PWM (широтно-импульсная модуляция)) на соленоиды VCT.
Для управления системой используется энергия скручивания, генерируемая пружинами клапанов, и инерция компонентов клапанного механизма.
Система регулируемой синхронизации распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8
1 - блоки регулируемой синхронизации распределительного вала (VCT); 2 - соленоид VCT впускного вала; 3 - датчики положения распределительного вала; 4 - соленоид VCT выпускного распределительного вала
Блоки механизма регулируемой синхронизации распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8
Блоки механизма регулируемой синхронизации распределительного вала (VCT) бензинового двигателя 5.0 NA V8 изменяют положение распределительных валов относительно цепей привода газораспределительного механизма.
Каждый блок VCT бензинового двигателя 5.0 NA V8 крепится к распределительному валу болтами. Ротор в сборе и пружинная пластина устанавливаются внутри корпуса звездочки, который состоит из звездочки, внешнего диска и внутреннего упорного диска, скрепленных винтами.
Импульсное колесо для датчика CMP (положение распределительного вала), промежуточный диск и пружина перемещения устанавливаются в передней части блока VCT бензинового двигателя 5.0 NA V8. Концы пружины перемещения крепятся на промежуточной пластине и корпусе звездочки, чтобы передавать крутящий момент на распределительный вал в направлении опережения. Стопорное кольцо фиксирует импульсное колесо на муфте, установленной в центре узла ротора. Противоположный край муфты крепится в отверстии на передней поверхности распределительного вала, содержащем фильтр.
Пружинный и золотниковый клапаны установлены в муфте узла ротора и закреплены стопорным кольцом. Пружина обеспечивает постоянное соприкосновение золотникового клапана с арматурой соответствующего соленоида VCT бензинового двигателя 5.0 NA V8.
В каждый блок VCT подается моторное масло из масляной магистрали, находящейся в головке блока цилиндров бензинового двигателя 5.0 NA V8, через крышку переднего подшипника распределительного вала и отверстие в центральной части распределительного вала.
Блоки механизма регулируемой синхронизации распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8
1 – болты; 2 - блок регулируемой синхронизации распределительного вала (VCT); 3 – фильтр; 4 - распределительный вал; 5 - внутренний упорный диск; 6 - корпус и звездочка; 7 - ротор в сборе; 8 - пружинная пластина; 9 - пружина и стопорный штифт; 10,12,14 – пружины; 11,13 - концевые уплотнения; 15 - направляющий штифт; 16 - пружина перемещения; 17 - пружинное стопорное кольцо; 18 - импульсное колесо; 19 - промежуточный диск; 20 - пружинное стопорное кольцо; 21 – винты; 22 - золотниковый клапан; 23 - внешний диск
Соленоиды механизма регулируемой синхронизации распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8
Соленоиды механизма регулируемой синхронизации распределительного вала (VCT) бензинового двигателя 5.0 NA V8 управляют положением золотниковых клапанов в блоках VCT.
Соленоиды VCT установлены в передних верхних крышках механизма синхронизации непосредственно перед соответствующими блоками VCT. Каждый электромагнит VCT закреплен винтами и оснащен кольцевым уплотнением. Для соединения со жгутом проводов бензинового двигателя 5.0 NA V8 предусмотрен двухконтактный электрический разъем.
Каждый электромагнит VCT снабжен осью, действующей на золотниковый клапан соответствующего блока VCT, обеспечивая опережение или запаздывание открывания и закрывания клапанов. Соленоиды VCT работают независимо и управляются сигналом широтно-импульсной блокации (PWM) с блока управления бензиновым двигателем 5.0 NA V8 (ECM).
Соленоид механизма регулируемой синхронизации распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8
Работа механизма регулируемой синхронизации распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8
При работающем бензиновом двигателе 5.0 NA V8 сжатие и расширение пружин клапанов приводит к мгновенному увеличению и уменьшению крутящего момента, действующего на распределительные валы. Эти мгновенные изменения крутящего момента определяются блоками VCT и используются для изменения синхронизации положения распределительного вала.
Когда при запуске бензинового двигателя 5.0 NA V8 давление масла в распределительном вале достигает уровня, достаточного для открывания запорного клапана впуска, масло проходит через золотниковый клапан, запорные клапаны опережения и запаздывания в камеры опережения и запаздывания. На этапе запуска блок ECM подает на электромагнит VCT сигнал смещения золотникового клапана в муфту и подсоединения штифта во впускное отверстие для подачи масла под давлением. Под действием давления масла на впуске стопорный штифт выдвигается из внутреннего упорного диска и открывает узел ротора и распределительного вала со стороны корпуса звездочки.
Чтобы обеспечить постоянное заполнение блока во время работы, масло непрерывно подается в блок VCT бензинового двигателя 5.0 NA V8.
Для перемещения вала в положение опережения (рис.18) блок ECM корректирует сигнал, подаваемый на соленоид VCT бензинового двигателя 5.0 NA V8, для перемещения золотникового клапана таким образом, чтобы масляный канал камеры опережения был закрыт, а через масляный канал камеры задержки подавалось масло.
Каждое мгновенное увеличение крутящего момента, действующего на распределительный вал, генерирует импульс давления в камере задержки. Масло движется от камеры задержки через золотниковый клапан и обратный клапан опережения в камеру опережения для выравнивания давления в двух камерах. Вытеснение масла из камеры задержки приводит ротор в положение опережения относительно звездочки. Каждое мгновенное уменьшение крутящего момента, действующего на распределительный вал бензинового двигателя 5.0 NA V8, также генерирует импульс давления в камере опережения, но масляный канал камеры опережения закрыт, перемещения масла между камерами опережения и задержки не происходит, а ротор не может вращаться в направлении задержки.
Как только распределительный вал бензинового двигателя 5.0 NA V8 достигает требуемого положения синхронизации, блок ECM корректирует сигнал на соленоид VCT, чтобы установить золотниковый клапан в нейтральное положение. В нейтральном положении масляные каналы камер опережения и задержки закрыты золотниковым клапаном, а ротор гидравлически блокирован в корпусе звездочки.
Для перемещения вала в положение задержки блок ECM бензинового двигателя 5.0 NA V8 корректирует сигнал, подаваемый на соленоид VCT, чтобы золотниковый клапан закрыл масляный канал камеры задержки, а через масляный канал камеры опережения подавалось масло.
Каждое мгновенное уменьшение крутящего момента, действующего на распределительный вал бензинового двигателя 5.0 NA V8, приводит к перекачке масла из камеры опережения через золотниковый клапан и обратный клапан задержки в камеру задержки. В результате распределительный вал перемещается в положение задержки.
Схема блока регулируемой синхронизации распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8 (исходное положение синхронизации)
1 - камера опережения; 2 - камера задержки; 3 - корпус звездочки; 4 - ротор в сборе; 5 - стопорный штифт; 6 – муфта; 7 - подача моторного масла от распределительного вала; 8 - обратный впускной клапан; 9 - сливной винт; 10 - золотниковый клапан; 11 - обратный клапан опережения; 12 - обратный клапан задержки
Схема блока регулируемой синхронизации распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8 (опережение)
Схема блока регулируемой синхронизации распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8 (нейтральное положение)
Схема блока регулируемой синхронизации распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8 (задержка)
Переключение профилей кулачков распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8
Система переключения профилей распределительного вала (CPS) имеет два профиля переключения впускных клапанов распределительного вала. Профили отличаются величиной подъема клапанов и длительностью. Низкий подъем улучшает управляемость и понижает токсичность выбросов при низкой частоте оборотов бензинового двигателя 5.0 NA V8. Высокий подъем увеличивает мощность и крутящий момент при высокой частоте оборотов двигателя.
Впускные распределительные валы имеют по три кулачка для каждого клапана. Два наружных кулачка имеют одинаковые профили, что приводит к высокому подъему – 10,53 мм. Центральный кулачок обеспечивает низкий подъем – 5,50 мм. Переключение профилей кулачков выполняется переключаемыми толкателями на каждом впускном клапане. Переключаемые толкатели приводятся в действие давлением моторного масла, подача которого регулируется соленоидом CPS на каждой головке блока цилиндров бензинового двигателя 5.0 NA V8. Работой соленоидов CPS управляет блок ECM.
Кулачки распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8
Электромагнитные клапаны изменения профиля распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8
Соленоиды CPS бензинового двигателя 5.0 NA V8 управляют давлением подачи моторного масла на стопорные штифты в переключаемых толкателях, чтобы переключать толкатели между двумя профилями кулачков.
Соленоид CPS устанавливается на задней части каждого блока цилиндров бензинового двигателя 5.0 NA V8. Каждый соленоид CPS имеет стержень, установленный в муфте, в которой имеются отверстия для впуска и выпуска масла. Муфта установлена на соединении двух масляных магистралей головки блока цилиндров, а отверстия впуска и выпуска масла совмещены с магистралями. Перемещение стержня в муфте управляет связью между масляными магистралями. Когда на соленоид CPS подается питание, стержень подключает впускную масляную магистраль к магистрали, расположенной вдоль внешней стороны переключаемых толкателей. Когда подача питания на соленоид CPS прекращается, масляная магистраль, расположенная вдоль внешней стороны переключаемых толкателей, подсоединяется в сливному отверстию.
Соленоиды CPS бензинового двигателя 5.0 NA V8 получают питание от аккумуляторной батареи через главное реле. Блок ECM включает массу для управления соленоидами.
Электромагнитный клапан изменения профиля распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8
Переключаемые толкатели бензинового двигателя 5.0 NA V8
Переключаемые толкатели установлены на впускных клапанах в отверстиях цилиндров в головках блока цилиндров бензинового двигателя 5.0 NA V8. В головках блоков цилиндров имеются магистрали моторного масла, расположенные вдоль внутренней и внешней сторон отверстий. Внутренние масляные магистрали (между толкателями и свечой зажигания/отверстиями топливной форсунки) обеспечивают подачу масла на стопорные штифты в переключаемых толкателях. Внешние масляные магистрали (над впускными отверстиями) обеспечивают подачу масла на гидравлические регуляторы зазора в переключаемых толкателях.
Каждый переключаемый толкатель бензинового двигателя 5.0 NA V8 состоит из внутренних и внешних толкателей, которые могут работать независимо или вместе блокироваться стопорными штифтами. Гидрокомпенсатор зазора на дне внутреннего толкателя крепится на штоке впускного клапана.
Когда установлено положение малого подъема, подъем впускных клапанов регулируется внутренними толкателями, контактирующими со средними кулачками впускных распределительных валов. Внешние толкатели перемещаются по внешним кулачкам впускных распределительных валов и перемещают внутренние толкатели вниз и вверх, не влияя на высоту подъема клапана. Пружины свободного хода поддерживают соприкосновение внешних толкателей с внешними кулачками. Перемещение внутренних толкателей передается на впускные клапаны через гидравлические регуляторы зазора.
При высоком подъеме моторное масло подается на стопорные штифты, которые блокируют внешние толкатели с внутренними. Подъем впускного клапана управляется внешними толкателями, которые перемещаются по внешним кулачкам впускных распределительных валов. Перемещение внешних толкателей передается на впускные клапаны через стопорные штифты, внутренние толкатели и гидравлические регуляторы зазора.
Переключаемые толкатели бензинового двигателя 5.0 NA V8
1 - внешний толкатель; 2 - внешний стопорный штифт; 3 - внутренний стопорный штифт; 4 - возвратная пружина; 5 - впуск масла регулятора зазора; 6 - регулятор зазора; 7 - пружина свободного хода; 8 - впуск масла CPS; 9 - выступ для блокировки вращения
Переключаемый толкатель бензинового двигателя 5.0 NA V8
1 - впускной распределительный вал; 2 - внутренний толкатель; 3 - внешний толкатель; 4 - профиль внешнего кулачка (высокий подъем); 5 - профиль внутреннего кулачка (низкий подъем); 6 - стопорный штифт впуска масла под давлением; 7 - внешний стопорный штифт; 8 - внутренний стопорный штифт; 9 - пружина свободного хода внешнего толкателя; 10 - пружина клапана
Порядок переключения профилей кулачков распределительного вала бензинового двигателя 5.0 NA V8
Точка переключения зависит от частоты оборотов и нагрузки. Такая стратегия обеспечивает выполнение переключения в нейтральных точках потока воздуха при работе бензинового двигателя 5.0 NA V8. Переключение незаметно водителю.
При частоте оборотов бензинового двигателя 5.0 NA V8 от холостых оборотов до диапазона 2825-4250 об/мин (в зависимости от нагрузки двигателя) на соленоиды CPS прекращается подача питания, и переключаемые толкатели настраиваются на низкий подъем. При частоте оборотов двигателя свыше 2825-4250 об/мин питание подается на соленоиды CPS с блока ECM, а переключаемые толкатели настраиваются на высокий подъем. При переключении с высокого на низкий подъем с понижением частоты оборотов двигателя наблюдается запаздывание на 200 об/мин.
Переключение настроек подъема происходит в пределах одного оборота распределительного вала. Переключение возможно только при температуре бензинового двигателя 5.0 NA V8 20ºC и выше. При температуре масла ниже 20°C CPS отключается, а переключаемые толкатели остаются настроенными на низкий подъем. Работа CPS также прекращается в случае неисправности соленоида CPS. Когда CPS не работает, частота оборотов двигателя ограничена до 5000 об/мин.
Блок ECM может проводить диагностику работы соленоидов CPS бензинового двигателя 5.0 NA V8 и сохранять относящиеся к неисправностям коды DTC (диагностический код неисправности) в случае обнаружения неисправностей.
Подведя итог:
Клапанный механизм двигателя 5.0 NA V8 представляет собой сложную, но эффективную систему, направленную на повышение мощности, экономичности, плавности работы и снижение токсичности выбросов. Использование регулируемой синхронизации распределительных валов VCT позволяет изменять фазы газораспределения в зависимости от режима работы двигателя, а система CPS обеспечивает переключение между низким и высоким подъемом впускных клапанов для оптимальной работы на разных оборотах. В совокупности эти решения делают двигатель более производительным, адаптивным и технологичным, при этом работа систем контролируется электронным блоком управления ECM.
Москва
Москва 
