Zawory na ... zawory?
Tytuł niniejszego artykułu tylko pozornie wydaje się być bez sensu. W istocie chodzi jednak o problematykę jak najbardziej realną, czyli o systemy zmieniające fazy zaworów dolotowych, bądź wylotowych lub też obydwu, w których w większości przypadków wykorzystywane są ... zawory przełączające. Dzięki ich pracy możliwe jest zmniejszenie zużycia paliwa oraz zwiększenie mocy jednostki napędowej, poprzez dopasowanie wymiany gazów w cylindrach do chwilowych warunków pracy silnika. W większości rozwiązań korekta kąta wynosi od 20 do 30 st. w przypadku wałka rozrządu oraz 40 do 60 st. na wale korbowym.
Gdzie się montuje ...
Układy wykorzystujące systemy zmieniające fazy zaworów dolotowych lub wylotowych (a także razem), stosowane są w różnych rodzajach napędu rozrządu, czyli realizowanych za pomocą paska zębatego, jak i łańcucha. Zawory przełączające montuje się bezpośrednio w głowicy cylindrów, są one ponadto zintegrowane z obiegiem oleju. Stosuje się je do sterowania przełączanymi elementami silnika (zazwyczaj dwustopniowo, choć dostępne są również układy w pełni płynne). Pracą zaworów przełączających zawiaduje sterownik silnika, który analizuje szereg różnorodnych parametrów. Wśród tych ostatnich jako najważniejsze można wymienić m.in. prędkość obrotową silnika, jego obciążenie i temperaturę roboczą. Analizowana jest również prędkość, z którą porusza się pojazd.
... i jak to działa?
Budowa zaworów przełączających nie jest skomplikowana. Składają się one z dwóch podstawowych elementów: elektromagnesu i części hydraulicznej. W momencie przepływu prądu przez zawór, olej przetłaczany jest z pompy olejowej do mechanizmów przełączających. Na skutek ich odblokowania, otwarte zostaje przejście oleju z pompy. Natomiast gdy prąd nie płynie, to ostatnie zostaje zamknięte, a olej pod niewielkim ciśnieniem spływa do misy olejowej. Co do czasów dokonywania poszczególnych przełączeń, to zależą one głównie od mechaniki samego zaworu, jak i charakterystyki obiegu hydraulicznego. Istotna jest również możliwość szybkiego powtórzenia przełączeń, zgodnie z charakterystyką roboczą danej jednostki napędowej.
Ważna precyzja
Wobec poszczególnych elementów montowanych w każdym samochodzie, stawiane są określone wymagania. Nie inaczej jest w przypadku zaworów przełączających. Tu głównym wymogiem jest znaczna precyzja, a przede wszystkim szybkość działania. Chodzi o to, aby zawory przełączające reagowały z najmniejszą zwłoką, a dodatkowo przy najmniejszym z możliwych natężeń prądu. W najnowocześniejszych konstrukcjach – z tzw. bezstopniowym, eletrohydraulicznym systemem sterowania, stosuje się specjalną, dwuetapową procedurę ich aktywacji. Na czym ona polega? Początkowo przez zawór przepływa prąd o niskim natężeniu (tzw. prąd polaryzacji), którego zadaniem jest wstępne magnetyzowanie zaworu, jednak – co ważne – bez jego uruchamiania. Dopiero podczas przełączania zaworu, doprowadzany jest do niego prąd o wysokim natężeniu. Dzięki temu rozwiązaniu, może on szybko i precyzyjnie zadziałać w zadany sposób, czytaj: płynnie. Oczywiście samym momentem przełączenia zaworu zawiaduje sterownik silnika, który zbiera informacje o jego chwilowych warunkach pracy. Po wykonaniu pracy przez zawór przełączający, natężenie prądu zmniejsza się do stanu wyjściowego, zaś po jego odcięciu zawór zostaje otwarty.