Жов 26 2014

Конструкція розподільного валу: пристрій та принцип роботи

Двигун автомобіля є складним механізмом, одним з найважливіших елементів якого є розподільний вал, що входить до складу ГРМ. Від точної та безперебійної роботи розподільного валу багато в чому залежить нормальна робота двигуна.

Одну з найважливіших функцій у роботі двигуна автомобіля виконує розподільний вал, що є складовою газорозподільного механізму (ГРМ). Розподільний вал забезпечує впуск-випуск тактів роботи двигуна.

Залежно від того, яким є пристрій двигуна, газорозподільний механізм може мати нижнє або верхнє розташування клапанів. На сьогоднішній день частіше зустрічаються ГРМ із верхнім розташуванням клапанів.

Така конструкція дозволяє прискорити та полегшити процес обслуговування, що включає регулювання та ремонт розподільного валу, для якого будуть потрібні запчастини на розподільний вал.

Влаштування розподільного валу

З конструктивної точки зору розподільний вал двигуна пов'язаний із колінвалом, що забезпечується завдяки наявності ланцюга та ременя. Ланцюг або ремінь розподільного валу надягають на зірочку колінчастого валуабо на шків распредвала.

Такий шків розподільного валу, як розрізна шестерня, вважається найбільш практичним та ефективним варіантом, тому досить часто використовується для тюнінгу двигунів з метою збільшення їх потужності.

Підшипники, всередині яких відбувається обертання опорних шийок розподільного валу, розташовуються на головці блоку циліндрів. Якщо кріплення шийок виходять з ладу, для їхнього ремонту використовують ремонтні вкладки розподільного валу.

Для того, щоб уникнути осьового люфта, в конструкцію розподільчого валу входять спеціальні фіксатори. Безпосередньо по осі валу проходить наскрізний отвір, призначений для змащення деталей, що труться. Цей отвір закривається ззаду за допомогою спеціальної заглушки розподільчого валу.

Найважливішою складовою частиною розподільного валу є кулачки, кількість яких вказує на кількість впускно-випускних клапанів. Кулачки відповідають за виконання основної функції розподільчого валу – регулювання фаз газорозподілу двигуна та регулювання порядку роботи циліндрів.

Кожен клапан оснащений кулачком. Кулачок набігає на штовхач, сприяючи відкриванню клапана. Після того, як кулачок сходить із штовхача, потужна зворотна пружина забезпечує закривання клапана.

Кулачки розподільного валу знаходяться між опорними шийками. Газорозподільну фазу розподільного валу, що залежить від числа оборотів двигуна і від конструкції впускних-випускних клапанів, визначають дослідним шляхом. Подібні дані для конкретної моделі двигуна можна знайти у спеціальних таблицях та діаграмах, які спеціально складає виробник.

Як працює розподільчий вал?

Конструктивно розподільний вал розташовується в розвалі блоку циліндрів. Зубчаста або ланцюгова передача коленвала приводить у дію розподільний вал.

Коли розподільний вал обертається, кулачки впливають на роботу клапанів. Цей процесвідбуватиметься правильно лише у разі суворої відповідності з порядком роботи циліндрів двигуна та з фазами газорозподілу.

Для того, щоб були встановлені відповідні фази газорозподілу, на приводний шків або на розподільні шестерні наносяться спеціальні настановні мітки. Крім цього, необхідно, щоб кулачки розподільного валу і кривошипи колінчастого валу знаходилися в строго визначеному положенні один до одного.

Коли установка проводиться за мітками, вдається досягти правильної послідовності тактів - порядку роботи циліндрів двигуна, який, у свою чергу, залежить від розташування самих циліндрів, а також від особливості конструкції колінчастого та розподільчого валів.

Робочий цикл двигуна

Робочим циклом двигуна називається період, під час якого впускний і випускний клапани відкриваються по одному разу. Як правило, період проходить за два обороти коленвала. За цей час розподільний вал, шестерня якого має вдвічі більше зубів, ніж шестерня колінчастого валу, робить один оберт.

Кількість розподільних валів у двигуні

На кількість розподільних валів безпосередньо впливає конфігурація двигуна. Двигуни, які відрізняються рядною конфігурацією, а також мають одну пару клапанів на циліндр, оснащуються одним розподільчим валом. Якщо для кожного циліндра передбачено чотири клапани, двигун обладнується двома распредвалами.

Двигуни опозитні та V-подібні відрізняються наявністю одного розподільного валу в розвалі або мають два розподільні вали, кожен з яких знаходиться в головці блоку. Бувають і винятки із загальноприйнятих правил, пов'язані в першу чергу з конструктивними особливостямидвигуна.

У цій статті ми розглянемо існуючі видигазорозподільних механізмів Ця інформація буде дуже корисною автолюбителям, особливо тим, хто самостійно ремонтує свої автомобілі. Ну, чи намагається їх ремонтувати.

Кожен ГРМ приводиться у дію від колінвалу. Передача зусилля може здійснюватися ременем, ланцюгом чи шестернею. Кожен із цих видів ГРМ має як свої переваги, і недоліки.

Розглянемо докладніше види приводу ГРМ

1. Ремінний привід має малу шумність під час роботи, але не має достатньої міцності і може порватися. Наслідок такого урвища – загнуті клапани. Крім цього слабка натяжка ременя призводить до можливості його перескоку, а це може призвести до зміщення фаз, ускладненим запуском. Крім цього збиті фази дадуть нестабільну роботуна холостому ході, А двигун не зможе працювати з повною потужністю.

2. Ланцюговий привід теж може зробити «перескок», але ймовірність його сильно знижується через особливий натягувач, який у ланцюгового приводупотужніший, ніж у ремінного. Ланцюг більш надійний, але має деяку шумність, тому не всі виробники автомобілів використовують його.

3. Шестерний тип ГРМ масово застосовувався давно, в ті часи, коли розподільний вал розміщувався в блоці ДВС (нижневальний двигун). Такі двигуни зараз мало поширені. З їх плюсів можна відзначити дешевизну виготовлення, простоту конструкції, високу надійністьі практичний вічний механізм, що не вимагає заміни. З мінусів - мала потужність, збільшити яку можна тільки збільшенням об'єму і, відповідно, розміром конструкції (наприклад Додж Вайпер з об'ємом більше восьми літрів).

Розподільний вал

Що це й навіщо? Розподільний вал служить для регулювання моменту відкриття клапанів, які на впуску подають паливо в циліндри, а на фазі випуску відводять з них вихлопні гази. на розподільчому валудля цих цілей розташовані спеціальним чином ексцентрики. Робота розподільчого валу безпосередньо пов'язана з роботою колінчастого валу, і завдяки цьому впорскування паливо здійснюється в максимально корисний момент – коли циліндр розташований у своєму нижньому положенні (у нижній мертвою точкою), тобто. перед початком впускного тракту.

Розподільний вал (один або кілька – неважливо) може розташовуватися в ГБЦ, тоді мотор називається «верхневальним», а може розташовуватися в самому блоці циліндрів, тоді мотор називається «нижневальним». Вище про це було написано. Зазвичай ними оснащують потужні американські пікапи, і деякі дорогі автомобіліз гігантським об'ємом двигуна, як не дивно. У таких силових агрегатахклапана приводяться в дію штангами, що йдуть крізь весь двигун. Ці мотори повільні і дуже інерційні, активно витрачають олію. Нижньовальні двигуни – тупикова гілкарозвитку моторобудування

Види газорозподільних механізмів

Вище ми розглянули види приводів ГРМ, а тепер йтиметься саме про види самого газорозподільного механізму.

Механізм SOHC

Назва буквально означає «один верхній розподільчий вал». Раніше називався просто "OHC".

Такий двигун, як зрозуміло вже з назви, містить один розподільний вал, розташований головці блоку циліндрів. Такий двигун може мати як два, так і чотири клапани в кожному циліндрі. Тобто, всупереч різним думкам, двигун SOHC може бути і шістнадцятиклапанним.

Які ж сильні та слабкі сторониу таких двигунів?

Двигун функціонує відносно тихо. Тиша саме щодо дворозподільного мотора. Хоча різниця і не велика.

Простота конструкції. Отже і дешевизна. Це стосується також ремонту та обслуговування.

А ось з мінусів (хоча й зовсім незначних) можна відзначити слабку вентиляцію двигуна, оснащеного двома клапанами на циліндр. Через це потужність двигуна падає.

Другий мінус є у всіх шістнадцятиклапанних моторів з одним розподільним валом. Так як розподільний вал один, то всі 16 клапанів приводяться в дію одним розподільним валом, що збільшує навантаження на нього і робить всю систему відносно крихкою. Крім цього через низький кут фази циліндри гірше наповнюються і вентилюються.

Механізм DOHC

Виглядає така система практично так само, як і SOHC, а відрізняється другим розподільчим валом, встановленим поряд з першим. Один розподільчий вал відповідає за приведення в дію впускних клапанів, другий, звичайно випускних. Система не ідеальна, і має, звичайно ж, свої недоліки і переваги, докладний їх опис виходить за рамки цієї статті. Винайшли DOHC наприкінці минулого століття і після цього не змінювали. Варто зазначити, що другим розподільчим валом суттєво ускладнюється та подорожчає конструкція такого двигуна.

Але за те, що такий двигун витрачає менше палива за рахунок кращого наповнення циліндрів, після якого з них йдуть майже всі вихлопні гази. Поява такого механізму суттєво збільшила ККД двигуна.



Механізм OHV

Вище за текстом вже розглядався такий тип двигунів (нижневальний). Вигадали його на початку минулого століття. Розподвал у ньому розташовують унизу – у блоці, а приведення дії клапанів використовуються коромисла. З переваг такого двигуна можна виділити простіше пристрій ГБЦщо дозволяє V-подібним нижневальним двигунам зменшити їх розміри. Повторимо і мінуси: невелика кількість обертів, велика інерційність, малий крутний момент і слабка потужність, неможливість використовувати чотири клапани на циліндр (за винятком дуже дорогих автомобілів).

Підведемо підсумок

Описані вище механізми є вичерпним списком. Мотори, що розкручуються більш ніж 9 тисяч оборотів, наприклад, не використовують пружини під клапанними тарілками, і в таких двигунах один розподільний вал відповідає за відкриття клапана, а другий – за закриття, що дозволяє системі не зависати на оборотах понад 14 тисяч. В основному така система використовується на мотоциклах з потужністю понад 120 л.

Відео про те, як працює ГРМ і з чого він складається:

Наслідки обриву ременя ГРМ на Лада Пріора:

Заміна ременя ГРМ на прикладі Ford Focus 2:

Основною функцією розподільчого валу(розподільника) є забезпечення відкриття/закриття впускних і випускних клапанів, за допомогою яких здійснюється подача ТВС (паливоповітряної суміші) і виведення газів, що утворилися. Розподільний вал є головною деталлю ГРМ (газорозподільного механізму), що бере участь у складному процесі газообміну в автомобільному двигуні.

Сучасний ГРМ може оснащуватися одним або двома розподільними валами. У механізмі з одним валом відразу обслуговуються всі клапани впуску та випуску (по 1 клапану впуску та випуску на циліндр). У механізмі, оснащеному двома валами, один розподільний вал запускає клапани впуску, інший вал - клапани випуску (по 2 клапани впуску та випуску на циліндр).

Розташування газорозподільного механізму залежить від типу автомобільного двигуна. Розрізняють ГРМ з верхнім клапанним розташуванням (у циліндровому блоці) та з нижнім клапанним розташуванням (у головці циліндрового блоку).

Найбільш поширеним варіантом є верхнє розташування, завдяки чому можливо здійснити ефективне налаштування та обслуговування розподільчого валу.

Принцип дії та пристрій розподільного валу

Установка фаз розподілу газів відбувається згідно настановним міткам, які є на шестірнях або шківі. Правильне встановленнязабезпечує дотримання послідовності наступу робочих циклів двигуна.

Основною деталлю розподільного валу є кулачки. При цьому кількість кулачків, якими оснащується розподільний вал, залежить від кількості клапанів. Основне призначення кулачків – здійснення регулювання фаз процесу газоутворення. Залежно від типу конструкції ГРМ кулачки можуть взаємодіяти з коромислом чи штовхачем.

"Nockenwelle ani". Під ліцензією Public domain із сайту Вікіскладу - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nockenwelle_ani.gif#mediaviewer/File:Nockenwelle_ani.gif

Кулачки встановлюються між опорними шийками по два на кожен циліндр двигуна. Розподвал під час роботи доводиться долати опір пружин клапанів, які служать поворотним механізмом, приводячи клапана у вихідне (закрите) положення.

На подолання цих зусиль витрачається корисна потужність двигуна, тому конструктори постійно гадають, як можна зменшити втрати потужності.

Щоб зменшити тертя між штовхачем і кулачком, штовхач може оснащуватися спеціальним роликом.

Крім цього, розроблено спеціальний десмодромний механізм, в якому реалізовано безпружинну систему.

Опори розподільних валів оснащені кришками, причому передня кришка є загальною. Вона має завзяті фланці, які з'єднуються з шийками валів.

Розподвал виготовляється одним із двох способів - куванням із сталі або литтям із чавуну.

Системи фаз газорозподілу

Як було зазначено вище, кількість распредвалов відповідає типу двигуна.

У рядних двигунах з однією парою клапанів (по одному клапану впуску та випуску) циліндр оснащується лише одним валом. У рядних двигунах із двома парами клапанів встановлено два вали.

В даний час сучасні двигуниможуть бути оснащені різними системами фаз газорозподілу:

• VVT-I. У подібній технології фази регулюються поворотом розподільного валу по відношенню до зірочки на приводі.
• Valvetronic. Технологія дозволяє регулювати висоту підйому клапанів за рахунок усунення осі обертання коромисла
• VTEC. Ця технологія передбачає регулювання фаз розподілу газів за рахунок використання кулачків на регульованому клапані.

Отже, підсумуємо ... розподільний вал, будучи основною ланкою газорозподільного механізму, забезпечує своєчасне і точне відкриття клапанів двигуна. Це забезпечується точним припасуванням форми кулачків, які натискаючи на штовхачі, змушують клапана рухатися.

Іноді у великому потоці інформації (особливо нової) дуже важко знайти якісь важливі дрібниці, виділити «зерна істини». У цій невеликій статті я розповім про передавальні числа передач і приводу в цілому. Ця тема дуже близька до тем, освітлених у...

Привід – це двигун і все, що знаходиться та працює між валом двигуна та валом робочого органу (муфти, редуктори, різні передачі). Що таке «вал двигуна» зрозуміло, гадаю, майже всім. Що таке «вал робочого органу» зрозуміло, мабуть, не багатьом. Вал робочого органу – це вал, у якому закріплений той елемент машини, що й наводиться у обертальний рух усім приводом з необхідним заданим моментом і частотою обертання. Це може бути: колесо візка (автомобіля), барабан стрічкового конвеєра, зірочка ланцюгового конвеєра, барабан лебідки, вал насоса, вал компресора, тощо.

U– це відношення частоти обертання валу двигуна nдвдо частоти обертання валу робочого органу машини nро.

U = nдв/nро

Загальне передавальне числоприводу Uчасто на практиці з розрахунків виходить досить великим числом (більше десяти, а то й більше п'ятдесяти), і виконати його однією передачею не завжди є можливим через різні обмеження, у тому числі силових, міцнісних і габаритних. Тому привід роблять що складається з послідовно з'єднаних кількох передач з своїми оптимальними передатними числами Ui. При цьому загальне передатне число Uперебуває як добуток всіх передавальних чисел передач Ui, що входять до приводу.

U = U1 * U2 * U3 * ... Ui * ... Un

Передатна кількість передачі Ui- Це відношення частоти обертання вхідного валу передачі nвхiдо частоти обертання вихідного валу цієї передачі nвихi.

Ui = nвхi/nвихi

При виборі бажано надавати перевагу значенням близьким до початку діапазону, тобто мінімальним значенням.

Запропонована таблиця – це лише рекомендації і не догма! Наприклад, якщо ви призначите ланцюгової передачі U=1,5, це не буде помилкою! Звісно, ​​всьому має бути обґрунтування. І, можливо, для здешевлення всього приводу краще це U=1,5 «заховати» всередині передавальних чисел інших передач, збільшивши їх відповідно.

Питанням оптимізації при проектуванні зубчастих редукторів приділено багато уваги різними вченими. Дунаєв П.Ф., Снесарев Г.А., Кудрявцев В.М., Ніберг Н.Я., Німанн Г., Вольф В. та інші відомі автори намагалися домогтися одночасно рівноміцності зубчастих коліс, компактності редуктора в цілому, хороших умов змащення , зменшення втрат на розбризкування масла, однакової та високої довговічності всіх підшипників, гарної жорсткості валів. Кожен із авторів, запропонувавши свій алгоритм розбиття передавального числа по щаблях редуктора, так і не вирішив повністю і однозначно цю суперечливу проблему. Дуже докладно цікаво та детально про це написано у статті за адресою: http://www.prikladmeh.ru/lect19.htm.

Додам до вирішення цього питання ще трохи неоднозначності. Дивимося ще одну таблицю в Excel.

Задаємо в об'єднаний осередок C4-7 значення загального передавального числа редуктора Uі зчитуємо результати розрахунків у осередках D4…D7 — Uбі в осередках E4…E7 – Uтвиконані для чотирьох варіантів різних умов.

Наведені у таблиці значення розраховані за формулами:

1. У осередку D4 : =H4*$C$4^2+I4*$C$4+J4 =4,02 Uб =a *U ^2+b *U +c

у комірці E 4 : =$C$4/D4 =3.91 Uт = U / Uб

в осередку H 4 : a =-0,0016111374

в комірці I 4 : b =0,24831562

в осередку J 4 : c =0,51606736

2. У осередку D5 : =H5*$C$4^2+I5*$C$4+J5 =5.31 Uб =a *U ^2+b *U +c

у комірці E 5 : =$C$4/D5 =2.96 Uт = U / Uб

в комірці H 5 : a =-0,0018801488

в комірці I 5 : b =0,26847174

в комірці J 5 : c =1,5527345

3. У осередку D6 : =H6*$C$4^2+I6*$C$4+J6 =5.89 Uб =a *U ^2+b *U +c

у комірці E 6 : =$C$4/D6 =2.67 Uт = U / Uб

в осередку H 6 : a =-0,0018801488

в комірці I 6 : b =0,26847174

в осередку J6: c =1,5527345

4. У комірці D 7 : =C4/E7 =4.50 Uб = U / Uт

у комірці E 7 : =0,88*C4^0,5 =3.49 Uт =0,88* U ^0,5

Насамкінець наважуся порекомендувати: не проектуйте одноступінчастий зубчастий циліндричний редуктор з передатним числом U>6…7, двоступінчастий – з U>35…40, триступінчастий – з U>140…150.

На цьому короткий екскурсу теми «Як оптимально «розбити» передавальне число приводу сходами?» та «Як вибрати передавальне число передачі?» завершено.

Шановні читачі, підписуйтесь на отримання анонсів статей мого блогу. Вікно з кнопкою вгорі сторінки. Не сподобається – завжди можна відмовитись від передплати.

Є три важливі характеристикиконструкції розподільного валу, вони керують кривою потужності двигуна: фази газорозподільника розподільного валу, тривалість відкривання клапана і величина підйому клапанів. Далі у статті ми розповімо, що є конструкцією розподільчих валів та їх приводу.

Підйом клапаназазвичай розраховується в міліметрах і є тією відстанню, на яку клапан максимально відійде від сідла. Тривалість відкриттяклапанів – це період часу, який вимірюється у градусах повороту коленвала.

Тривалість можна виміряти різними шляхами, але через максимальний поток при невеликому підйомі клапана, тривалість зазвичай міряють після того, як клапан вже піднявся від сідла на деяку величину, часто вона становить 0,6 або 1,3 мм. Наприклад, у конкретного розподільчого валу може бути тривалість відкривання 2000 поворотів при підйомі 1,33 мм. В результаті, якщо використовувати підйом штовхача в 1,33 мм як точку зупинки і початку підйому клапана, розподільний вал буде утримувати клапан у відкритому стані протягом 2000 повороту колінвала. Якщо тривалість відкриття клапана буде вимірюватися при нульовому підйомі (коли він тільки відходить від сідла або знаходиться в ньому), то тривалість положення коленвала становитиме 3100 або більше. Момент, коли певний клапан закривається або відкривається, часто називають фазою газорозподілу розподільного валу. Наприклад, розподільний вал може чинити дію з відкриття впускного клапана при 350 до верхньої мертвої точки і закривати його при 750 після нижньої мертвої точки.

Збільшення відстані підйому клапана може бути корисною дієюу збільшенні потужності мотора, так як потужність можна додати без суттєвого втручання у характеристики двигуна, особливо на низьких оборотах. Якщо заглибитися в теорію, то відповідь на це питання буде досить простою: така конструкція розподільного валу при короткому часі відкриття клапанів потрібна, щоб збільшити максимальну потужність двигуна. Працювати це теоретично. Але механізми приводу в клапанах не такі і прості. У такому разі висока швидкість руху клапанів, що обумовлюються цими профілями, значно зменшить надійність двигуна.

Коли швидкість відкривання клапана збільшиться, то на пересування клапана із закритого положення до повного його підйому та повернення з точку відправлення залишається менше часу. Якщо час руху стане ще коротшим, знадобляться клапанні пружини з великим зусиллям. Часто це стає механічно неможливим, не кажучи вже про те, щоб рухати клапани на досить низьких оборотах.

В результаті, що є надійним і практичним значенням максимального підйому клапана? Розподільні вали з величиною підйому більше 12,8 мм (мінімум для мотора в якому привід здійснюється за допомогою шлангів) знаходяться в непрактичній для звичайних моторів області. Розподільні вали з тривалістю впускного такту менше 2900, які поєднуються з величиною підйому клапана більше ніж на 12,8 мм, забезпечують дуже високі швидкості закривання та відкривання клапанів. Це, безумовно, створить додаткове навантаження на механізм приводу клапанів, що суттєво зменшує надійність: кулачків розподільчого валу, що направляють втулок клапанів, стрижнів клапанів, клапанних пружин. Втім, вал з високою швидкістю підйому клапанів може працювати спочатку дуже непогано, проте термін служби напрямних і втулок клапанів, швидше за все, не перевищить 22000 км. Добре, що більшість фірм-виробників розподільчих валів конструюють свої деталі так, що в них забезпечений компроміс між тривалістю відкриття клапанів і значеннями підйому, при надійності та тривалому терміні служби.

Тривалість такту впуску та обговорювані підйом клапанів не є лише одними елементами конструкції розподільчого валу, що впливають на кінцеву потужність двигуна. Моменти, закриття та відкриття клапанів щодо положення розподільного валу, також є такими важливими параметрами для оптимізації характеристик мотора. Ці фази газорозподілу розподільного валу ви можете знайти в таблиці даних, яка додається до будь-якого якісного розподільчого валу. Така таблиця даних графічно та числами ілюструє кутові положення розподільчого валу, коли випускні та впускні клапани закриваються та відкриваються. Вони будуть точно визначені у градусах повороту колінвала перед верхньою або нижньою мертвою точкою.

Кут між центрами кулачків- це кут зміщення між лінією центру кулачка випускного клапана (який називається випускним кулачком) та лінією центру кулачка впускного клапана (який називається впускним кулачком).

Кут циліндра найчастіше вимірюється у «кутах повороту распредвала», т.к. ми обговорюємо зміщення кулачків щодо один одного, це є одним з небагатьох моментів, коли характеристика розподільчого валу вказується у градусах повороту валу, а не у градусах повороту коленвала. Виняток становлять ті двигуни, де, застосовані два розподільні вали в ГБЦ (головці блоку циліндрів).

Кут, обраний у конструкції розподільних валів та їх приводу, безпосередньо вплине на перекриття клапанів, тобто на період, коли випускний та впускний клапани одночасно відкриті. Перекриття клапанів часто вимірюють SB кутах повороту коленвала. У моменти зменшення кута між центрами кулачків відбувається відкривання впускного клапана і закриття випускного клапана. Завжди треба пам'ятати, що на перекриття клапанів впливає і зміна часу відкриття: у разі збільшення тривалості відкривання, перекриття клапанів також стане великим, забезпечуючи відсутність змін кута, щоб компенсувати ці збільшення.