- 1,4 l R4 16 V (80 KM);
- 1,6 l R4 16 V (100 KM);
- 1,6 l R4 16 V Duratec Ti-VCT ze zmiennymi fazami rozrządu (115 KM);
- 1,8 l R4 Duratec-HE 16V (125 KM);
- 2,0 l R4 16 V (145 KM);
- a także turbodiesel Duratorq 1,8 litra R4 16V (115 KM).
W tej książce opisano jedynie silnik R4 16V Duratec Ti-VCT montowany w większości produkowanych samochodów, mający wiele wspólnego z resztą silników w rodzinie i będący z nich najbardziej złożonym.
Silnik R4 16 V Duratec Ti-VCT jest wyposażony w górne wałki rozrządu i cztery zawory na cylinder. Wałki rozrządu napędzane są wzmocnionym paskiem zębatym. Naciąg paska zapewnia sprężyna rolki napinającej. Zawory napędzane są bezpośrednio z wałków rozrządu poprzez cylindryczne popychacze, które jednocześnie służą jako elementy regulujące luz w napędzie.
Głowica cylindra wykonany ze stopu aluminium według poprzecznego schematu przedmuchu cylindra (kanały dolotowy i wydechowy znajdują się po przeciwnych stronach głowicy). Gniazda zaworów i prowadnice są wciskane w głowicę. Zawory dolotowe i wylotowe mają po jednej sprężynie, zamocowanej poprzez płytkę za pomocą dwóch nakrętek. Głowica bloku jest wyśrodkowana na bloku za pomocą dwóch tulei i zabezpieczona dziesięcioma śrubami. Pomiędzy blokiem a głowicą montowana jest niekurczliwa uszczelka wzmocniona metalem. W górnej części głowicy cylindrów znajduje się pięć podpór łożyskowych dla dwóch wałków rozrządu. Funkcję przednich wsporników pełni wspornik dynamicznego układu rozrządu (patrz niżej w tym podrozdziale), który jednocześnie zapobiega przesunięciu osiowemu wałków rozrządu. Pozostałe podpórki można zdemontować. Dolne części wsporników są integralną częścią głowicy cylindrów, a górne części (pokrywy) są mocowane do głowicy za pomocą śrub. Otwory wsporników są obrabiane razem z osłonami, dzięki czemu osłony nie są wymienne i każda z nich posiada numer seryjny.
Blok cylindrów to pojedynczy odlew wykonany ze specjalnego żeliwa o dużej wytrzymałości, tworzący cylindry, płaszcz chłodzący, górną część skrzyni korbowej i pięć łożysk wału korbowego, wykonany w formie przegród skrzyni korbowej. Cylindry są wkręcane bezpośrednio w korpus bloku. W dolnej części bloku znajduje się pięć łóżek łożysk głównych ze zdejmowanymi pokrywami przymocowanymi do bloku za pomocą śrub. Pokrywy łożysk głównych są obrabiane maszynowo razem z blokiem i nie są wymienne. W łożach łożyskowych (w górnych partiach podpór) znajdują się otwory wylotowe kanałów olejowych przeznaczonych do smarowania łożysk głównych oraz otwory przelotowe, w które wciskane są zawory kulowe z dyszami, przez które natryskiwany jest olej na dna tłoków i ścianki cylindrów. Blok cylindrów ma specjalne występy, kołnierze i otwory do mocowania części, zespołów i zespołów, a także kanały dla głównego przewodu olejowego.
Wał korbowy, wykonany z żeliwa o dużej wytrzymałości, obraca się w łożyskach głównych wyposażonych w cienkościenne tuleje stalowe z warstwą przeciwcierną. Górne tuleje zamontowane w bloku cylindrów mają rowek na wewnętrznej powierzchni i szczelinę przelotową, przez którą olej przepływa od wylotu kanału olejowego do zaworu kulowego z dyszą. Dolne wkładki nie mają rowków ani szczelin. Ruch osiowy wału korbowego jest ograniczony przez dwa identyczne półpierścienie oporowe. Koło zamachowe jest przymocowane do tylnego końca wału korbowego za pomocą sześciu śrub. Na przednim końcu wału korbowego znajduje się koło pasowe napędu rozrządu oraz koło napędu pomocniczego.
Tłoki z krótką spódniczką wykonane są ze stopu aluminium. Na cylindrycznej powierzchni denka tłoka znajdują się pierścieniowe rowki na dwa pierścienie dociskowe i pierścień zgarniający olej. Sześć otworów w rowku pierścienia zgarniającego olej ma za zadanie spuścić olej usunięty przez pierścień ze ścian cylindra. Dwa z tych otworów dostarczają olej do sworznia tłokowego.
Sworznie tłokowe o przekroju rurowym, osadzone w piastach tłoka ze szczeliną i wciśnięte z pasowaniem wciskowym w górne łby korbowodów, które swoimi dolnymi łbami są połączone z czopami korbowymi wału korbowego za pomocą cienkościennych tulei, konstrukcja który jest podobny do głównych wkładek.
Korbowody stalowa, kuta, z prętem o przekroju dwuteowym. Korbowody są przetwarzane jako zespół z osłonami. Aby nie pomylić ich podczas montażu, numer seryjny cylindra zaznaczony jest na bocznych powierzchniach korbowodów i kołpaków.
Wałki rozrządu odlew, żeliwo.
Mechanizm dystrybucji gazu pokryty jest tworzywem sztucznym pokrywa głowicy cylindrów. Zamontowany jest w nim separator oleju do układu wentylacji skrzyni korbowej.
Układ smarowania łączone (więcej informacji można znaleźć w części "Układ smarowania").
Do dolnej części bloku cylindrów przymocowana jest miska olejowa odlana ze stopu aluminium. Kołnierz miski olejowej uszczelniony jest masą uszczelniającą FORD WSE-M4G323-A4. Skrzynia korbowa posiada otwór do spuszczania oleju, zamykany korkiem gwintowanym.
Filtr oleju pełnoprzepływowy, nierozłączny, z zaworami obejściowymi i przeciwspustowymi.
Układ wentylacji skrzyni korbowej zamknięty, wymuszony, z gazami ze skrzyni korbowej usuniętymi przez separator oleju do wnęki filtra powietrza.
Układ chłodzenia silnik jest uszczelniony, ze zbiornikiem wyrównawczym (więcej szczegółów w rozdziale "Układ chłodzenia").
Układ napędowy silnika składa się z elektrycznej pompy paliwa zamontowanej w zbiorniku paliwa, zespołu przepustnicy, dokładnego filtra paliwa i regulatora ciśnienia paliwa zamontowanego w module pompy paliwa, kompensatora pulsacji ciśnienia paliwa, wtryskiwaczy i przewodów paliwowych, a także obejmuje filtr powietrza.
Układ zapłonowy oparty na mikroprocesorze, składa się z cewki zapłonowej, przewodów wysokiego napięcia i świec zapłonowych. Cewka zapłonowa jest sterowana przez elektroniczną jednostkę sterującą silnika. Układ zapłonowy nie wymaga konserwacji ani regulacji podczas pracy.
Zespół napędowy (silnik ze skrzynią biegów, sprzęgłem i przekładnią główną) osadzony jest na trzech wspornikach z elastycznymi elementami gumowymi: dwóch przednich, które pochłaniają większą część jednostki napędowej i tylnej, która kompensuje moment obrotowy ze skrzyni biegów i obciążenia powstające podczas ruszania pojazdu z miejsca, przyspieszania i hamowania.
Charakterystyczną cechą silnika R4 16V Duratec Ti-VCT jest obecność elektronicznie sterowanego układu zmiennych faz rozrządu (VCT), który dynamicznie reguluje położenie wałków rozrządu. System ten pozwala na ustawienie optymalnego rozrządu zaworowego dla każdego momentu pracy silnika, co w efekcie pozwala osiągnąć zwiększoną moc, lepsze zużycie paliwa i niższą emisję spalin.
Rysunek. 5.1. Elementy układu zmiennych faz rozrządu (VCT): 1 – mechanizm VCT wałka rozrządu zaworów dolotowych; 2 – Mechanizm VCT wałka rozrządu wydechu; 3 – uszczelka olejowa wałka rozrządu zaworów dolotowych; 4 – uszczelka olejowa wałka rozrządu wydechu; 5 – zawór elektromagnetyczny do regulacji położenia wałka rozrządu wydechu; 6 – Obsługa systemu VCT; 7 – zawór elektromagnetyczny do regulacji położenia wałka rozrządu zaworów dolotowych; 8 – czujnik położenia wałka rozrządu wydechu; 9 – czujnik położenia wałka rozrządu zaworów dolotowych; 10 – pokrywa głowicy cylindrów; 11 – pierścień główny czujnika położenia wałka rozrządu zaworów wydechowych; 12 – pierścień główny czujnika położenia wałka rozrządu zaworów dolotowych
Pasek rozrządu napędza mechanizmy 1 i 2 (ryc. 5.1) VCT odpowiednio wałków rozrządu zaworów dolotowych i wydechowych. Mechanizmy VCT z kolei napędzają odpowiednie wałki rozrządu.
Aby określić chwilowe położenie wałków rozrządu, czujniki 8 i 9 położenia wałka rozrządu są zainstalowane na tylnym końcu każdego z nich. Na czopach wałków rozrządu znajdują się pierścienie ustalające 11 i 12 czujników położenia.
Na przedniej części głowicy cylindrów znajduje się wspornik 6 układu VCT, który jednocześnie służy jako osłona łożysk przedniego wałka rozrządu i uchwyt uszczelek olejowych 3. i 4. wałka rozrządu. Do zacisku przymocowane są dwa zawory elektromagnetyczne 5 i 7, które hydraulicznie sterują mechanizmami VCT. Z kolei elektrozawory sterowane są przez elektroniczną jednostkę sterującą silnika.
Rysunek. 5.2. Schemat układu hydraulicznego VCT: 1 – gniazdo do montażu elektrozaworu do regulacji położenia wałka rozrządu wydechu; 2 – kanały łączące elektrozawór z mechanizmem VCT wałka rozrządu wydechu; 3 – kanał doprowadzający olej do elektrozaworów z głównego przewodu olejowego silnika; 4 – zacisk VCT; 5 – kanały łączące elektrozawór z mechanizmem VCT wałka rozrządu zaworów dolotowych; 6 – gniazdo do montażu elektrozaworu regulującego położenie wałka rozrządu zaworów dolotowych; 7 – kanał doprowadzający olej z głównego przewodu olejowego silnika do wałka rozrządu zaworów dolotowych; 8 – głowica cylindrów; 9 – Filtr oleju układu VCT; 10 – kanał doprowadzający olej z głównego przewodu olejowego silnika do wałka rozrządu wydechu
Olej dostarczany do układu hydraulicznego VCT z głównego przewodu olejowego silnika, oprócz głównego filtra oleju układu smarowania, oczyszczany jest w dodatkowym filtrze 9 (rys. 5.2) układu hydraulicznego VCT. Wymagane jest dodatkowe oczyszczanie oleju, ponieważ obszary przepływu elektrozaworów są bardzo małe, a cząstki zanieczyszczeń o wielkości 0,2 mm mogą już prowadzić do awarii układu VCT. Jednocześnie filtr pełni rolę zaworu bezpieczeństwa, zapewniając w każdych okolicznościach niezakłócony dopływ oleju do układu hydraulicznego VCT. Filtra nie można wyjąć i wymienić.
Rysunek. 5.3. Elektrozawór VCT: A – wnęka połączona kanałem w zacisku z pierwszą komorą roboczą mechanizmu VCT; B – wnęka połączona kanałem w zacisku z drugą komorą roboczą mechanizmu VCT; 1 – elektromagnes; 2 – suwak zaworu; 3 – rowek pierścieniowy połączony kanałem w zacisku z drugą komorą roboczą mechanizmu VCT; 4 – pierścieniowy rowek do spuszczania oleju; 5 – rowek pierścieniowy połączony kanałem w zacisku z pierwszą komorą roboczą mechanizmu VCT; 6 – otwór doprowadzający olej z przewodu głównego; 7 – sprężyna zaworu; 8 – otwór spustowy oleju
Elektrozawór VCT, składający się z elektromagnesu 1 (ryc. 5.3) oraz zaworu zawierającego suwak 2 i sprężynę 7, zgodnie z sygnałami z elektronicznej jednostki sterującej silnika, dostarcza olej pod ciśnieniem z głównego przewodu układu smarowania do wnęk roboczych mechanizmów VCT lub odprowadza olej z tych wnęk, co prowadzi do wzajemnego ruchu elementów mechanizmu i w konsekwencji do dynamicznej zmiany położenia wałków rozrządu.
Podczas pracy silnika na biegu jałowym elektroniczna jednostka sterująca silnika wielokrotnie uruchamia na krótkie okresy elektrozawory w celu oczyszczenia ich elementów i kanałów z zanieczyszczeń, które przypadkowo do nich dostały się.
Po wyłączeniu zasilania elektrozaworów VCT otwory doprowadzające olej 6 z głównego przewodu i spustowy 8 są całkowicie otwarte, a mechanizmy VCT ustawiane są w swoim pierwotnym położeniu. W takim przypadku silnik pracuje bez zmiany rozrządu zaworowego.
Elementy układu VCT (zawory elektromagnetyczne i mechanizmy dynamicznej kontroli położenia wałka rozrządu) to elementy wykonane precyzyjnie. W związku z tym podczas wykonywania konserwacji lub naprawy układu zmiennych faz rozrządu dozwolona jest wyłącznie wymiana zmontowanych elementów układu.
UWAGA: W tym rozdziale opisano prace naprawcze silnika dostępne dla początkującego mechanika: wymiana uszczelek, mocowań zawieszenia zespołu napędowego, sprawdzenie kompresji, regulacja i szlifowanie zaworów itp. Do remontu silnika wraz z jego całkowitym demontażem wymagane jest specjalne wyposażenie i narzędzia, a także odpowiednie przeszkolenie techniczne wykonawcy. Dlatego też, jeśli taka naprawa będzie konieczna, należy skontaktować się z autoryzowanym serwisem.