La fasatura variabile delle valvole non è un'idea nuova. L'idea di aumentare la coppia del motore ai bassi e agli alti regimi mediante l'avanzamento e il rallentamento automatici è in circolazione da un po' di tempo.
Negli anni '60, era possibile ottenere un ingranaggio di fasatura variabile dell'albero a camme dotato di un dispositivo a molla di torsione che ritarda la fasatura delle valvole in risposta alla maggiore coppia di rotazione necessaria per far girare l'albero a camme a regimi del motore più elevati. In teoria, potresti godere dei vantaggi della coppia a bassa velocità e della potenza ad alta velocità, ma in pratica non sembrava funzionare a causa della sua dipendenza dalla coppia di rotazione.
Al giorno d'oggi, una discussione storica sui vari approcci ingegneristici alla fasatura variabile delle valvole potrebbe riempire un'enciclopedia. Ma i sistemi computerizzati di gestione del motore hanno reso la fasatura variabile delle valvole una realtà pratica per la maggior parte dei veicoli.
Lascerò i progetti VVT più esclusivi alle pagine della storia e la fasatura delle valvole elettroniche alle pagine del futuro. Nel frattempo, diamo un'occhiata alle nozioni di base su come VVT influisce sulle prestazioni del motore, come potrebbe non funzionare e quindi segui alcuni suggerimenti su come risolvere i problemi dei sistemi VVT sospetti.
Valvola e albero a camme
La fasatura variabile della "valvola" che la maggior parte di noi vede nei nostri negozi è in realtà una fasatura variabile dell' "albero a camme" che migliora la coppia a bassa e alta velocità facendo avanzare o ritardando la fasatura dell'albero a camme su applicazioni con motore a singolo albero a camme in testa (SOHC) .
Al contrario, alcune applicazioni con doppio albero a camme in testa (DOHC) svolgono le stesse funzioni avanzando o ritardando separatamente gli alberi a camme di aspirazione e scarico.
La fasatura completamente variabile delle valvole può essere ottenuta solo utilizzando solenoidi controllati da computer per controllare con precisione gli eventi di apertura e chiusura delle valvole di aspirazione e scarico. Sebbene le varie combinazioni di eventi di fasatura delle valvole siano teoricamente infinite su un sistema a controllo elettronico, le sue applicazioni sono limitate a causa di problemi di costo e, in alcuni casi, di affidabilità.
In teoria….
La fasatura effettiva delle valvole dipende molto dalla velocità dell'aria di aspirazione che scorre attraverso le luci di aspirazione del motore e dai gas di scarico che escono dalle luci di scarico del motore.
Quando l'aria di aspirazione si muove lentamente a regimi del motore più bassi, la valvola di aspirazione dovrebbe chiudersi in anticipo per evitare che il pistone respinga l'aria di aspirazione nella porta di aspirazione e nel collettore.
Ma quando le velocità dell'aria aspirata aumentano con la velocità del motore, la valvola di aspirazione dovrebbe chiudersi più tardi per aiutare a riempire più aria nel cilindro. In teoria, la maggior parte dei modelli VVT inizia a modificare la fasatura della valvola di aspirazione quando le velocità dell'aria di aspirazione iniziano ad aumentare notevolmente a 2.500-3.500 giri / min. Naturalmente, l'effettiva strategia operativa del PCM dipende in gran parte dal design del motore e dai limiti di velocità del motore.
Sebbene la fasatura della valvola di scarico non sia fondamentale per le prestazioni del motore come la fasatura della valvola di aspirazione, in teoria può essere avanzata nelle applicazioni DOHC per aumentare la sovrapposizione della fasatura delle valvole a regimi motore più elevati e ritardata per ridurre la sovrapposizione delle valvole a regimi motore inferiori.
La sovrapposizione della fasatura delle valvole è desiderabile a regimi motore più elevati. Tenendo contemporaneamente aperte le valvole di aspirazione e scarico mentre il motore passa dallo scarico alla corsa di aspirazione, il motore può sfruttare la leggera pressione negativa creata dai gas di scarico che escono dalla luce di scarico per aiutare ad aspirare la carica di aspirazione nel cilindro.
Ma a regimi del motore e velocità del gas inferiori, un'elevata sovrapposizione delle valvole produce un minimo saltellante a causa dei gas di scarico che respingono nel collettore di aspirazione, inoltre riduce la compressione del motore in funzione. Tieni presente inoltre che la modifica della fasatura della valvola di scarico può creare un effetto "EGR" che aiuta a ridurre le emissioni di ossido di azoto (NO) in alcune applicazioni.
Design del lobo della camma
Di passaggio, è utile comprendere le basi della progettazione dei lobi dell'albero a camme. Per evitare sollecitazioni eccessive sul gruppo valvole, è necessario progettare un lobo della camma per accelerare gradualmente la massa del sollevatore, dell'asta di spinta, del bilanciere e della valvola. Il design dell'albero a camme in testa riduce lo stress del gruppo valvole sostituendo questi componenti con un semplice seguicamma.
Sfortunatamente per gli alberi a camme meccanici, le variazioni nel gioco delle valvole causeranno lievi modifiche nella fasatura delle valvole. Poiché gli alberi a camme regolati idraulicamente non richiedono un gioco di gioco, la fasatura delle valvole rimane molto costante.
In entrambi i casi, il lobo della camma deve essere progettato per decelerare gradualmente il gruppo valvole per evitare che le valvole rimbalzino sulle sedi delle valvole ai massimi regimi del motore . Mentre i lobi dell'albero a camme possono essere rettificati per aumentare il flusso d'aria aumentando l'alzata della valvola, l'aumento dell'alzata della valvola aumenta lo stress sul gruppo valvole e il potenziale di interferenza tra pistone e valvola.
Fasatori pronti
La fasatura variabile dell'albero a camme sui primi motori con albero a camme in testa singolo (SOHC) è stata ottenuta utilizzando un "phaser" dell'albero a camme costituito da un pistone idraulico caricato a molla che forza un ingranaggio di trasmissione smussato contro un ingranaggio di trasmissione smussato simile montato sull'albero a camme.
È possibile ottenere una fasatura precisa dell'albero a camme utilizzando il Powertrain Control Module (PCM) per applicare la pressione dell'olio al pistone facendo pulsare una valvola di controllo dell'olio. Poiché il pistone incorpora un orifizio per scaricare la pressione dell'olio, la fasatura della camma può essere modificata aumentando l'ampiezza dell'impulso applicata alla valvola di controllo dell'olio.
Se l'elettronica si guasta, una molla di ritorno del phaser spingerà il pistone nella posizione di fasatura predefinita. Il PCM monitorerà anche la posizione dell'albero a camme confrontando le posizioni relative del sensore di posizione dell'albero a camme (CMP) e del sensore di posizione dell'albero motore (CKP). Se tali posizioni non corrispondono ai dati programmati, il PCM dovrebbe impostare un codice di errore della serie P0010 o della serie P0340.
Alcuni modelli VVT incorporano anche un sensore di fasatura della valvola (VTS) separato per fornire un feedback più preciso della fasatura della valvola al PCM. Sebbene la maggior parte dei moderni modelli VVT utilizzi i phaser a palette più compatti per regolare la fasatura delle valvole, continuano a utilizzare la stessa disposizione di base dei sensori e dei meccanismi di controllo della pressione dell'olio per consentire il controllo del computer.
Errori VVT
Come avrai già intuito, la diagnostica VVT è molto specifica dell'applicazione perché non dipende solo dal fatto che il motore sia un blocco in linea o di tipo V o una configurazione SOHC o DOHC, ma anche dalla configurazione del phaser e dell'elettronica di sistema.
Inoltre, ci sono letteralmente dozzine di codici di errore "globali" delle serie P0010 e P0340, per non parlare dei codici della serie P1000 specifici del produttore che possono essere memorizzati a causa di un problema di fasatura della valvola.
Ma, applicando principi operativi di base, è possibile diagnosticare la maggior parte dei guasti VVT, indipendentemente dalla configurazione.
È ovvio che la maggior parte dei guasti VVT comporterà una perdita di coppia del motore a bassa o alta velocità e influirà sul vuoto del collettore di aspirazione. Quando l'albero a camme non risponde alle posizioni comandate dal PCM, il PCM dovrebbe memorizzare un codice di errore della serie P0340 di fasatura relativo all'albero a camme. Sui motori con blocco a V, un errore di fasatura dell'albero a camme su una bancata potrebbe anche comportare codici di mancata accensione della serie P0300 per tutti i cilindri di quella bancata.
Inoltre, ricorda che la fasatura e la sovrapposizione delle valvole influiscono sulla compressione del cilindro. Con un guasto a un banco su un motore V-block, la compressione di avviamento da banca a banca dovrebbe differire, così come i numeri di assetto del carburante da banca a banca.
Inoltre, tieni presente che con la reintroduzione delle catene di distribuzione in acciaio, una singola catena allentata o un tendicatena o un guidacatena usurati su una bancata possono ritardare la fasatura della camma e forse influire sulle prestazioni di avviamento a freddo e guidabilità.
La viscosità dell'olio motore e la capacità di flusso del filtro dell'olio possono sicuramente influenzare la capacità del phaser della camma di controllare la fasatura della valvola, così come la durata dell'olio.
In molti casi, l'olio non approvato OE, accoppiato a un filtro dell'olio a bassa capacità, può causare morchia o vernice, che fa sì che i phaser delle camme si attacchino in posizioni avanzate o ritardate.
Ciò può anche causare l'intasamento di morchia o la contaminazione dei trucioli di metallo dei passaggi dell'olio nella testata del cilindro, nella valvola di controllo dell'olio e nei phaser. Anche quando si utilizzano oli approvati OE o OE, tenere presente che l'olio motore deve essere cambiato agli intervalli consigliati.
Ultimo ma non meno importante, molti tecnici diagnostici avanzati raccolgono regolarmente campioni di laboratorio di forme d'onda dei sensori CMP e CKP note per un confronto futuro con quelli prodotti da un modello simile affetto da un sospetto problema di fasatura della valvola.
