BMW Forum - BimmerFest BMW Forums banner

Jak poruszają się tłoki M54 VANOS i utrzymują stabilną pozycję

1 reading
25K views 8 replies 3 participants last post by  Benjc007  
#1 · (Edited)
Po pierwsze, kilka założeń:
  • Ciśnienie oleju wejściowego do VANOS jest stałe przy danych obrotach silnika.
  • Ciśnienie oleju wejściowego wzrasta wraz ze wzrostem obrotów silnika.
  • Dwie strony tłoków VANOS mają różne powierzchnie.
    Powierzchnia, strona "duża" = pi*(promień, strona "duża")^2 --> to jest dysk.
    Powierzchnia, strona "mała" = pi*(promień, strona "duża")^2 - pi*(promień, "wąska część")^2 --> to jest "pączek" lub dysk z dziurą. Olej nie wycieka "do tyłu" obok "wąskiej części" do górnej części głowicy cylindrów z powodu drugiego zestawu uszczelnień.
  • Zawór elektromagnetyczny VANOS ma dwie pozycje (bez zasilania/zasilany). Odpowiada to dwóm różnym pozycjom zaworu. Dla zaworu elektromagnetycznego dolotowego:
    Olej wypływa do małej strony ORAZ zaworu elektromagnetycznego wydechowego (bez zasilania) --> opóźnienie.
    LUB
    Olej wypływa do dużej strony ORAZ zaworu elektromagnetycznego wydechowego (zasilany) --> wyprzedzenie.
  • Dla zaworu elektromagnetycznego wydechowego:
    Olej wypływa do dużej strony ORAZ do "odpowietrznika" (bez zasilania) --> wyprzedzenie
    LUB
    Olej wypływa do małej strony ORAZ do "odpowietrznika" (zasilany) --> opóźnienie
  • Na tłok wydechowy działa stała siła w kierunku silnika ze sprężyny. Jeśli wszystkie inne siły działające na tłok zostałyby usunięte, wałek rozrządu wydechowego byłby utrzymywany w pozycji całkowitego wyprzedzenia. Ta siła wzrasta wraz z większym przesunięciem (sprężeniem) sprężyny.
  • Na oba tłoki działa stała siła osiowa (nacisk) z dala od silnika, przy danych obrotach. Jeśli wszystkie inne siły działające na tłok zostałyby usunięte, oba wałki rozrządu byłyby utrzymywane w pozycji całkowitego opóźnienia. Ta siła wzrasta wraz z obrotami silnika.

Domyślna lub "bezpieczna" pozycja, z zaworami elektromagnetycznymi bez zasilania, jest spowodowana ciśnieniem oleju dostarczanym do małej strony tłoka dolotowego (opóźnienie) i dużej strony tłoka wydechowego (wyprzedzenie). Jest to zilustrowane na żółto w pliku PDF MS43.

Przy stale zasilanych zaworach elektromagnetycznych "pełne wyprzedzenie dolotu/opóźnienie wydechu (Full A/R)" jest spowodowane ciśnieniem oleju dostarczanym do dużej strony tłoka dolotowego (wyprzedzenie) i małej strony tłoka wydechowego (opóźnienie). Jest to zilustrowane na czerwono w pliku PDF MS43.

Ale cały ten czerwono-żółty schemat jest błędnie oznaczony; jeśli przyjmiesz, że oznaczenia po lewej stronie są całkowicie poprawne, VANOS nic nie robi.

Niezależnie od tego, czy przechodzisz z pozycji domyślnej, czy optymalnej przy danych obrotach, ze względu na zmieniające się warunki/obroty, podstawowe działania zaworów elektromagnetycznych są takie same. Wyprzedzenie wałka rozrządu dolotowego odbywa się poprzez zasilanie zaworu elektromagnetycznego dolotowego, który przekierowuje ciśnienie oleju do dużej strony tłoka dolotowego i przesuwa tłok w kierunku silnika. Opóźnienie uzyskuje się poprzez brak zasilania zaworu elektromagnetycznego dolotowego, który przekierowuje ciśnienie oleju do małej strony tłoka dolotowego i przesuwa tłok z dala od silnika.

Tłok wydechowy porusza się w dokładnie odwrotny sposób: zasilanie zaworu elektromagnetycznego wydechowego przekierowuje ciśnienie oleju do małej strony, co opóźnia fazę rozrządu wałka rozrządu wydechowego. Brak zasilania zaworu elektromagnetycznego wydechowego przekierowuje ciśnienie oleju do dużej strony, co wyprzedza fazę rozrządu wałka rozrządu wydechowego.

Trudną częścią jest to, w jaki sposób tłoki są utrzymywane w pozycjach, które nie odpowiadają dwóm skrajnościom (domyślna/bezpieczna lub Full A/R).

W przypadku tłoka dolotowego jest to prostsze: F "duża strona" = F "mała strona" + F "osiowa", siły się znoszą, więc nie ma ruchu.

Jest to utrzymywane poprzez modulację zaworu elektromagnetycznego (bardzo szybkie włączanie i wyłączanie zaworu elektromagnetycznego). Może (najwyraźniej) obejmować zakres częstotliwości od ok. 100 do 220 Hz. Przypuszczam, że wynika to ze zmiany ciśnienia oleju (czytaj: zmiany siły po każdej stronie tłoka od ciśnienia oleju), a także ze zmiany siły osiowej na tłoku z powodu zmian obrotów silnika.

Wcześniej, gdy ciśnienie oleju było przekierowywane tylko do dużej strony, nie było F "mała strona" (brak ciśnienia oleju po tej stronie). Tłok porusza się w kierunku silnika, ponieważ F "duża strona" > F "osiowa". I odwrotnie, tłok porusza się z dala od silnika, gdy ciśnienie oleju było przekierowywane tylko do małej strony, ponieważ nie było ciśnienia F "duża strona" - to znaczy, F "mała strona" + F "osiowa" > 0.

Jeśli ciśnienie wejściowe jest stałe przy danych obrotach, strona o większej powierzchni doświadcza większej siły. Dlatego F "duża strona" jest zawsze większe niż F "mała strona", gdy to samo ciśnienie oleju jest przykładane do każdej strony.
Ciśnienie = Siła / Powierzchnia, więc Siła = Ciśnienie * Powierzchnia. Najlepiej ilustruje to post Bluebee, pokazujący uproszczony podnośnik hydrauliczny. Umożliwia to prosty wzór przełączania "włącz-wyłącz-włącz-wyłącz-włącz-wyłącz" dla zaworu elektromagnetycznego dolotowego, aby utrzymać pozycję tłoka. Mała strona jest zawsze "wspomagana" przez siłę osiową przy danych obrotach.

W przypadku tłoka wydechowego jest to bardziej skomplikowane ze względu na sprężynę. Sygnał do utrzymania pozycji wałka rozrządu wydechowego może bardziej przypominać "włącz-włącz-wyłącz-włącz-włącz-wyłącz" itp. A może jest tak niewiele obrotów, w których wałek rozrządu wydechowego musi być czymś innym niż całkowicie wyprzedzony, a także są bardzo przejściowe, że zawsze wraca do swojej domyślnej, całkowicie wyprzedzonej pozycji. Nie mam pojęcia.

Przyznaję, że jest to bardzo uproszczone i nawet nie uwzględnia całkowitej sumy sił działających na tłoki (jak pierścień teflonowy przesuwający się po ścianach cylindra VANOS, chociaż współczynnik tarcia teflonu jest niezwykle mały).

EDIT: Dołączyłem dwa zdjęcia pokazujące, co mam na myśli przez różnice w powierzchni między dwiema stronami tłoka. Proszę wybaczyć ich surowość. Czarna część to powierzchnia.
 

Attachments

#3 · (Edited)
Uwielbiam ten wątek E46 i kilka razy użyłem zdjęć, ponieważ są takie urocze.
Oto zestaw zdjęć solenoidu i 3-pozycyjnego zaworu hydraulicznego na końcu roboczym solenoidu.
Image

Prawdopodobnie nie potrzebujemy dwóch wątków na temat tego, jak poruszają się tłoki vanos i utrzymują pozycję, a następnie wracają do pozycji domyślnej, więc skonsolidujmy się w tym wątku TheHockeyTowner:

Przeniosę rzeczy z innego wątku, co w zasadzie jest tym samym:
- Precyzyjne pytanie: Co dokładnie porusza, utrzymuje i przywraca tłoki VANOS na miejsce?
 

Attachments

#4 · (Edited)
Aby skonsolidować informacje w jednym kanonicznym wątku, oto dane wejściowe RDL.
Zauważ, że RDL wyjaśnia, co BMW nazywa "trójdrożnymi elektrozaworami" jako dwudrożny elektrozawór z 3-pozycyjnym zaworem hydraulicznym.

Oto zdjęcie tego 3-pozycyjnego zaworu hydraulicznego z tego filmu:
http://www.euroautotraining.com/how-exactly-does-vanos-work
Image

Wałki rozrządu opierają się obracaniu, ponieważ krzywki naciskają na popychacze. Ten opór (moment obrotowy) działający na skręcenie w helikalnych nastawnikach VANOS będzie naciskał na tłoki VANOS i przesuwał je, tak że wałki rozrządu przesuwają się do pozycji domyślnych, chyba że siła z tłoków VANOS (i sprężyny w wydechowym VANOS) przeciwstawia się temu ruchowi. Kiedy silnik zwalnia po wyłączeniu lub podczas rozruchu, ale jeszcze nie pracuje, nie ma ciśnienia oleju, aby naciskać na tłoki VANOS, więc wałki rozrządu przesuwają się do pozycji domyślnej.

3 pozycje nie znajdują się w elektrozaworze, ale w suwaku zaworu, na który naciska elektrozawór. Suwak zaworu tego typu ma 3 pozycje:
1) suwak "w lewo" kieruje olej do jednej strony tłoka VANOS, pchając go powiedzmy "w"
2) suwak "w prawo" kieruje olej do drugiej strony tłoka, pchając go powiedzmy "na zewnątrz"
3) suwak w pozycji środkowej, oba porty do tłoka są zablokowane, a tłok jest utrzymywany w bezruchu.
A zatem układ elektrozawór - suwak zachowuje się następująco:
1) elektrozawór stale zasilany: popycha suwak zaworu całkowicie w jednym kierunku, pchając tłok VANOS w jedną stronę. nazwijmy to "włączony"
2) elektrozawór jest odłączony: sprężyna w suwaku zaworu popycha suwak w drugą stronę, a tłok VANOS jest pchany w drugą stronę, nazwijmy to "wyłączony"
3) elektrozawór jest zasilany/odłączany z częstotliwością 100-220 Hz. Sprężyna przesuwa suwak w kierunku "wyłączony", ale krótkie uderzenie przez elektrozawór popycha go z powrotem w kierunku "włączony". Suwak jest "drgany" w pozycji środkowej, a tłok VANOS jest zablokowany w dowolnym wyprzedzeniu/opóźnieniu, które akurat występuje w danym momencie. Ta 3 pozycja będzie kontrolowana dynamicznie. Gdy CPS zgłasza, że wyprzedzenie/opóźnienie odbiega od celu, DME dostosuje częstotliwość, aby suwak przesunął się nieznacznie w jedną lub drugą stronę, aby przesunąć krzywkę z powrotem w kierunku docelowego wyprzedzenia/opóźnienia. Po osiągnięciu celu częstotliwość jest ponownie regulowana, aby utrzymać suwak zaworu w pozycji środkowej. Do następnego odchylenia od celu ...

Nawiasem mówiąc, w jednym z wcześniejszych postów wspomniano o wysokim ciśnieniu w VANOS wynoszącym być może 1000 psi. To niemożliwe: nie ma pompy bardzo wysokiego ciśnienia, a przewód olejowy VANOS nie byłby w stanie przetrwać 1000 psi. Ciśnienie wymienione w dokumentacji technicznej to po prostu ciśnienie oleju silnikowego, które jest regulowane do maks. ~60 psi. Jeśli oszacuje się średnicę tłoka VANOS na 2,5 cala, siła dostępna do przesuwania nastawników helikalnych wynosi 300 funtów. Co byłoby więcej niż wystarczające, aby w razie potrzeby wcisnąć/wysunąć nastawniki helikalne. A kiedy silnik pracuje na biegu jałowym, przy niskim ciśnieniu oleju i bardzo małej dostępnej sile regulacji, wałki rozrządu i tak chcą być w swoich domyślnych pozycjach.
EDIT: ups, powinienem był powiedzieć uruchamianie, a nie "na biegu jałowym"

Ponadto myślę, że Fudman trafił w sedno, kiedy opisał, że wiele warunków pracy silnika wchodzi w interakcje, aby dokładnie określić, ile wyprzedzenia/opóźnienia jest optymalne dla każdej krzywki. Nie będzie jednej krzywej. Raczej złożona wielowymiarowa mapa.
Image
 

Attachments

#5 · (Edited)
Oto wyjaśnienie, z diagramami, od TheHockeyTowner, z innego wątku, przeniesione tutaj w celu skonsolidowania odpowiedzi na pytanie:
1. Jak poruszają się tłoki?
2. Jak pozostają na swoim miejscu?
3. Jak wracają do pozycji domyślnych?
http://www.bimmerfest.com/forums/showthread.php?t=835337

Sprawdź także moje ponownie opisane diagramy poniżej. Zawór 3-drogowy na pewno, ale jeden przelot jest "zawsze włączony" (w przypadku zaworu dolotowego, który jest zasilaniem dla zaworu wylotowego).

Wyobrażam sobie, że uszczelnienie dla dwóch przelotów "odpowietrzających" jest celowo "nieszczelne", aby zapewnić powrót części oleju do miski olejowej i aby nie został on trwale "uwięziony" w samym VANOS.

Ale serwisowanie VANOS powoduje wyciek oleju z boku wydechowego. Zgadnij.
Image

'Bee, wyobraź sobie, że ty i ja stoimy po obu stronach drzwi, które są w połowie otwarte (to znaczy, mogą się otwierać w obie strony). Jeśli pchnę drzwi ręką ze stałą siłą F1, a ty nic nie zrobisz, drzwi przesuną się w twoją stronę. Jeśli pchniesz drzwi ręką ze stałą siłą F2, a ja nic nie zrobię, drzwi przesuną się w moją stronę. Jeśli oboje pchniemy drzwi ze stałymi siłami, a siła mojego pchnięcia będzie równa sile twojego pchnięcia (F1 = F2), to drzwi się nie poruszą.

Z wyjątkiem tego, że zawory elektromagnetyczne VANOS NIE MOGĄ przykładać równego ciśnienia oleju (czytaj: siły) do obu stron tłoka, dokładnie jednocześnie. Ale MOGĄ modulować ciśnienie między dwiema stronami tłoka, tak aby siły były skutecznie równe i skutecznie jednoczesne.

Wyobraź sobie teraz, że każdy z nas chwilowo przykłada siłę do drzwi: ty, potem ja, potem ty, potem ja. Pomijając wszelkie mechaniczne zatrzymania (ręka drugiej osoby na drodze kołysania drzwi), drzwi będą się kołysały w przód iw tył. Ale w miarę jak zwiększamy częstotliwość naszych "pchnięć" (to znaczy, zmniejszamy czas między pchnięciami), a nasze pchnięcia same w sobie nie trwają zbyt długo, w końcu osiągniemy częstotliwość, która utrzyma drzwi na miejscu. Nie ma wystarczająco dużo czasu między pchnięciami, aby drzwi mogły się przesunąć ze swojej poprzedniej pozycji.

Tak działają elektrozawór i zawór, aby utrzymać tłok w danej pozycji!

Jak omówiono w moim innym wątku, poszczególne siły są różne i stale zmieniają się wraz z prędkością obrotową silnika, położeniem tłoka itp. (F duże, F małe, F osiowe, F tarcie [tylko wspomniane w tym wątku], F sprężyna). Ale SUMA sił działających na tłok, który się nie porusza, jest równa. W przeciwnym razie tłok poruszałby się w kierunku niezrównoważonej siły :)
Image
 

Attachments

#7 ·
Próbuję skonsolidować różne opisy sposobu przemieszczania tłoków, ich utrzymywania w miejscu i powrotu do pozycji domyślnych.
 

Attachments

#9 ·
Vanos Splined kubki tłokowe

Czy ktoś wie lub mierzył odległość kubków wielowypustowych (11 36 1 715 027)?
Szukam domyślnej odległości w MM lub calach od powierzchni montażowej vanos (gdzie przyrząd do ustawiania rozrządu styka się z głowicą silnika) do każdej powierzchni mocującej (gwintowany koniec) kubków wielowypustowych 11 36 1 715 027?

Dzięki
Ben