Ремонт механизма газораспределения с регулируемыми фазами
Ремонт механизма газораспределения с регулируемыми фазами
Джастин Зипп, инженер-технолог крупной сети по ремонту различных узлов и агрегатов автомобилей LKQ, рассказывает о конструкции муфт для изменения фаз газораспределения.
Мы начали ремонтировать муфты изменения фаз газораспределения в 90-е годы по двум причинам. Во-первых, новые детали часто были недоступны или стоили слишком дорого. Без переборки (и до того, как стали доступны восстановленные запчасти) мы должны были покупать новые механизмы у официальных дилеров. Цена муфты для Ford с тремя клапанами на цилиндр – 325 долларов, Nissan VQ40 – 230 долларов, для двухлитрового двигателя Kia – 400 долларов. Даже сегодня нет альтернативы для восстановления некоторых муфт, например для Chevrolet Colorado, потому что GM их больше не выпускает.
Вторая причина, по которой мы взялись за их восстановление, наша философия – мы хотим, чтобы мотор был «как новый», а не просто поменять изношенные детали и отдать ДВС клиенту.
Мы нашли разные способы восстановления многих компонентов двигателя, и с этой точки зрения механизмы регулировки фаз газораспределения ничем не отличаются. Наша компания восстанавливает все типы таких механизмов, поэтому я хотел бы показать вам, что в этом нет ничего сложного.
Восстановление муфт проходит довольно успешно, поскольку неисправности двигателя редко связаны с поломкой самих муфт. Они становятся причиной отказа ДВС менее чем в 1% случаев. Гораздо чаще причинами неисправностей становятся загрязнения, низкое давление масла или плохая работа управляющего гидравлического клапана. Так что большинство муфт можно использовать повторно. Кроме того, добиваться хороших результатов помогает тщательная проверка чистоты масляных каналов и разборка механизма для мойки и осмотра. Кроме того, мы обязательно заменяем сетчатые фильтры и обращаем пристальное внимание на масляные зазоры в двигателе.
В большинстве новых двигателей, включая GM 3,6 л и Toyota 2ZR механизмы изменения фаз газораспределения двойные - на впуске и на выпуске. Добавка 600 или 1200 долларов к затратам при замене головки блока существенно влияет на вашу прибыль. Если вы уменьшите накладные расходы, восстановив муфты, вы сможете получить заказ, от которого другие отказались.
Моя цель состоит в том, чтобы после прочтения этой статьи вы поняли, что у вас есть полное понимание того, как работает система изменения фаз газораспределения и вы будете во всеоружии, когда дело дойдет до восстановления. Я расскажу вам о нашей технологии, от разборки до финальной проверки, чтобы стало понятно, что сработало хорошо, а что нет.
Система изменения фаз газораспределения сдвигает момент открытия и закрытия клапанов во времени, чтобы водитель получал большую мощность, когда она ему требуется, а когда она не нужна, двигатель расходовал меньше топлива.
Система VCT (Variable Cam Timing) позволяет двигателю работать в идеальных условиях в более широком рабочем диапазоне по сравнению с фиксированными фазами. Для регулировки фаз - изменения момента открытия и закрытия клапанов - используются данные от нескольких датчиков, которые считывает электронный блок управления. Затем с помощью регулировочного гидравлического масло подается в разные «отсеки» муфты, тем самым поворачивая распредвалы на нужный угол относительно приводных шестерен.
Есть две популярные конструкции муфты: с пружиной и с гидравлическим управлением. В большинстве случаев используется гидравлическая муфта. Она состоит из корпуса с зубцами, который приводится от коленвала (подобно распредвалам в обычных двигателях) и внутреннего ротора, жестко связанного с кулачковым валом. И на корпусе, и на роторе муфты есть «выступы», которые образуют камеры «опережения» и «замедления». А на выступах установлены уплотнения, который делают камеры практически герметичными. Кроме того, в каждой муфте есть и стопорный штифт, который удерживает механизм от переключения при запуске мотора. Во время работы ДВС – в зависимости того, в каких камерах давление выше – ротор (и, соответственно, распредвал) поворачивается относительно корпуса муфты, таким образом клапаны будут открываться при разных положениях поршней.
У систем VCT есть два разных алгоритма работы – одни механизмы просто переключают моменты открытия или закрытия клапанов из одного положения в другое, а другие могут плавно сдвигать эти моменты между крайними значениями, потому что ротор можно зафиксировать относительно корпуса в любом промежуточном положении.
Восстановление муфт начинается с разборки и мойки.
Восстановление муфты начинается с промывки. Предварительно промываем муфты в течение получаса в ультразвуковой ванне, а затем открываем их (снимаем крышки) и в корзинах отправляем в мойку. При этом не вынимаем ротор из корпуса, чтобы не растерять уплотнения или пружины.
Большинство уплотнений пластиковые и они могут уплыть при мойке. Вскрывать муфты нужно для того, чтобы быть уверенным, что из нее вымоются все остатки масла и мелкой стружки или шлама.
Еще одна причина открыть муфту – проверка наличия блокировочных вставок. Некоторые владельцы устанавливают их, чтобы избежать переключения фаз для повышения характеристик. Подобное «усовершенствование» можно найти во всех типах муфт.
После очистки деталей их надо проверить на предмет износа и повреждения. Обязательно надо проверить зубья для привода на корпусе, а также стенки корпуса внутри, которые изнашиваются при постоянном контакте с уплотнениями. Естественно, муфты с металлическими уплотнениями изнашиваются больше, чем с пластиковыми. Повреждения корпуса либо увеличивает зазоры, которые позволяют маслу перетекать из камеры в камеру, либо увеличивают трение в механизме. И то и другое нарушает работу муфты. Кроме того, проверяем отверстие стопорного штифта на наличие повреждений. Этот стопорный штифт подпружинен и скользит по торцевой пластине во время работы шестерни. Когда зубчатое колесо заблокировано, штифт находится в отверстии с пружиной, так что отверстие для него может быть повреждено.
Также проверьте отверстие под стопорный штифт на наличие повреждений.
Штифт блокирует муфту при пуске ДВС. Если штифт и его отверстие изношены, то муфта будет «шевелиться» при пуске, что может вызвать проблемы. «Кулачки» на роторе или соответствующие прорези могут изнашиваться, трескаться или даже ломаться. Крышка тоже может износиться так же, как и у масляного насоса. Вообще дефектовка муфты во многом схожа с проверкой масляного насоса – здесь вы увидите те же типы износа и повреждений.
Сборка муфты проста. Детали можно смонтировать только одним способом, так что собрать ее неправильно очень трудно. Смажьте все внутренние части моторным маслом. Заполнять муфту не нужно, достаточно несколько капель на торцевые пластины, на уплотнения и на стопорный штифт. Мы обычно используем масло класса 5W-30. Установить уплотнение ротора и пружину немного сложнее. Нам попадались муфты, в которых уплотнения имеют резиновые упругие элементы. Мы посчитали, что их не стоит использовать повторно, поэтому нашли подходящие детали от других муфт. Довольно просто ошибиться с установкой ротора и вложить его в корпус другой стороной, но в этом случае, крышку смонтировать трудно, и ошибка станет очевидной. После установки внутренних деталей можно вручную завернуть болты, но перед тем, как болты будут полностью затянуты, необходимо выровнять ротор и крышку так, чтобы распредвал занимал правильное положение. Можно использовать и сам вал, но мы сделали специальную оснастку.
Осталось затянуть крепежные болты, и муфта готова к использованию. Мы заранее определяем крутящий момент затяжки болтов до начала работы. Перед разборкой, для подобных измерений, можно использовать динамометрический ключ или метод маркировки. У большинства муфт момент затяжки болтов около 13…14 Нм. Но на некоторых муфтах болты, на удивление, завернуты настолько легко, что всегда лучше проверить момент затяжки на новом для вас типе муфт.
Большинство ошибок при сборке никогда не попадут к клиенту – муфта не встанет на распредвал или не пройдет испытания. Мы видели отсутствующие уплотнения роторов, отсутствующие стопорные штифты, поврежденные фиксаторы.
Муфты с недостающими частями никогда не проходят испытания, потому что они не регулируют фазы или не блокируются. Мы сделали специальные кондукторы и другую оснастку для сборки, чтобы избежать ошибок.
Для проверки муфт мы используем стенды для испытаний двигателей - для проверки компрессии. Они питаются напряжением 12 В и измеряют компрессию при включенной муфте. Изменение фаз газораспределения на впуске влияет на компрессию – обычно снижают, но иногда повышают. На наш взгляд, это самый эффективный и быстрый метод. Проверяется только одна муфта за один раз. Можно проверять сразу несколько, но по одной проще. Изменение фаз газораспределения на выпуске не меняет компрессию, поэтому надо отслеживать изменение положения кулачков распредвала. Это можно сделать при очень низких оборотах или можете использовать стробоскоп.
Если мы видим некоторые сбои в работе муфты на стенде, но это не всегда неисправность самой муфты. В основном – муфта не работает вовсе. Однако, если масляные зазоры слишком велики, то не будет достаточного давления масла внутри муфта, для ее надежного срабатывания. У вас должны быть положенные зазоры в подшипниках коленвала и распредвала, это, вероятно, самая критическая вещь на двигателе с регулировкой фаз газораспределения.
Все, что вам действительно нужно, чтобы проверить муфту, это регулируемый источник питания постоянного тока, гидравлический регулирующий клапан и манометр.
Большинство современных муфт, с которыми вы столкнетесь, очень просты: их просто разобрать, просто отмыть, собрать и протестировать. Ремонт муфт для изменения фаз газораспределения в списке ваших услуг позволит вам предложить больше вашим клиентам. А также подготовит вас к более сложным системам, которые уже появляются. Например, у Ford 5.0 в новую муфту интегрирован регулирующий масляный клапан. Другой новый тип муфты – это система магнитного привода Nissan на некоторых из моторов серии VQ35. В крышке имеется электромагнит, работающий с механическим устройством, прикрепленным болтами к кулачку. Если есть какие-либо физические повреждения любой детали, например, если привод касается магнита, их следует заменить. Вы можете очистить детали и проверить сопротивление на катушке, но вы не сможете протестировать это устройство с помощью измерения компрессии, как я описал выше.
И еще – несколько советов напоследок.
Если у вас нет под рукой всех видов муфт, которые вы планируете восстанавливать, лучший способ – исследовать незнакомый механизм перед разборкой как можно тщательнее. Я рекомендую фотографировать каждый шаг при разборке, чтобы обеспечить правильную сборку. Некоторые из компонентов содержат небольшие части замысловатой формы, и вы должны точно знать, как их поставить правильно при сборке. Обратите внимание на взаимное положение муфты и распредвала, чтобы поставить их обратно правильно. Есть муфты, которые соединятся внатяг, и есть соединенные болтами, которые прижимаются друг к другу, и шестерни, которые соединены болтами. Во втором случае не забудьте замерить усилие затяжки перед тем, как разобрать муфту.
Запрессованные муфты, которые встречаются на двигателях Nissan и GM (на фото выше), трудно собрать и для них нужны некоторые детали, которые трудно найти. На этих муфтах мы помечаем и до, и в процессе разборки взаимное положение всех деталей, и это упрощает сборку и правильное соединение с распредвалом. Если вы сможете найти подходящую замену уплотнительным кольцам, этот тип муфты может быть успешно восстановлен.
Мы обнаружили, что попытка промыть муфту, не открывая его, всегда оставляет загрязнение даже при использовании ультразвуковых очистителей – они не очищаются полностью, даже если оставить их на всю ночь. Кривые каналы внутри удерживают все старое масло. Для эффективной очистки и сушки муфту надо вскрыть.
После того, как вы на практике познакомитесь с переборкой муфт регулировки фаз газораспределения и разработаете свой собственный процесс их проверки, вы поймете, что технологический процесс и оборудование легко могут быть применены и к другим передовым системам управления двигателем. Если вы освоите проверку VCT на стенде для испытания двигателя, вы обнаружите, что вы можете использовать то же оборудование для тестирования системы частичного отключения цилиндров или систем изменения хода клапанов.
По мере внедрения более сложных систем управления двигателями, таких как двигатели без распредвалов и двигатели с переменной степенью сжатия, нам необходимо быть в курсе, чтобы мы могли продолжать предлагать услуги, востребованные клиентами.
Джастин Хипп, инженер-технолог LKQ. Родился и вырос в Сиэтле, штат Вашингтон, в 1990 году переехал в Беллингем, Вашингтон, для обучения в Институте исследований транспортных средств. В 2001 году Джастин присоединился к команде компании LKQ. Затем он работал менеджером по обеспечению качества в течение четырнадцати лет и недавно перешел на должность инженера-технолога, что позволило ему сосредоточиться на разработке стратегий и совершенствовании методов производства. Благодаря изучению технологий Джастин всегда ищет способы привлечения новых методов и практик для улучшения продуктов LKQ.