Коромысло
Гидрокомпенсатор зазора в приводе клапана
Распределительный вал
Клапан
CIH
Подъем кулачка
Рабочий выступ кулачка
Зубчатый шкив распределительного вала
OHC — газораспределительный механизм с верхним распределительным валом
DOHC — газораспределительный механизм с двумя верхними распределительными валами
OHV — газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов
CIH — газораспределительный механизм с распределительным валом в головке блока цилиндров
Распределительный вал
Распределительный вал приводит в действие клапаны, открывая и закрывая впускные каналы для впуска топливовоздушной смеси в цилиндры и выпускные каналы для выпуска отработавших газов. На каждые два оборота коленчатого вала распределительный вал совершает один оборот. Кулачки распределительного вала имеют рабочие выступы. Их высота называется подъемом кулачка. Рабочий выступ, определяемый профилем кулачка, обеспечивает открытие клапана. Фазы газораспределения клапанов, т. е. моменты их открытия и закрытия, определяются рабочим углом кулачка, который заключен между началом и концом рабочего выступа. Важное значение для работы двигателя имеет перекрытие клапанов. При незначительном перекрытии клапанов обеспечивается плавный холостой ход и высокий крутящий момент при низкой частоте вращения коленчатого вала, однако с ростом оборотов динамические характеристики двигателя ухудшаются. При большом перекрытии клапанов ситуация меняется на противоположную: при высокой частоте вращения коленчатого вала наполнение цилиндров улучшается, но на низких оборотах ухудшаются динамические характеристики, а холостой ход становится неустойчивым. От распределительного вала могут приводиться распределитель зажигания, масляный насос, топливный насос или вакуумный насос (в дизельных двигателях). Распределительный вал вращается в опорах на подшипниках скольжения и смазывается маслом. Применяются распределительные валы двух типов: цельные и полые.
Толкатель клапана, компенсатор зазора в приводе клапана и коромысло
Гидрокомпенсатор зазора в приводе клапана
Нажимная пружина
Рабочая полость
Возвратн. пруж. клапана
Клапан
Корпус
Плунжер
Подача масла
Компенсатор зазора в приводе клапана
Коромысло
Коромысло
Коромысло
Штанга
Толкатель
Цепь
Компенсатор зазора и коромысло преобразуют вращательное движение распределительного вала в возвратно-поступательное движение клапана. Расстояние между концом стержня клапана и механизмом привода клапанов называется зазором в приводе клапана. Зазор должен присутствовать всегда, когда кулачок не нажимает на клапан для его открытия. Он регулируется винтом и контргайкой в коромысле или регулировочными шайбами. Необходимо постоянно проверять зазор и регулировать его. Вращаясь на оси, коромысла передают усилие клапанам. Они отливаются из стали или алюминиевого сплава или штампуются из стали. В большинстве современных двигателей применяются гидравлические компенсаторы зазоров в приводе клапанов, уменьшающие шум при работе двигателя и устраняющие необходимость регулировать зазор в приводе клапана. При работе двигателя масло из системы смазки двигателя подается в компенсатор. Зазор в приводе клапана устраняется под действием пружины и давления масла, а специальная система клапанов задерживает масло в компенсаторе, когда на него воздействует распределительный вал. Масло не сжимается, поэтому такой компенсатор действует аналогично цельному. При закрытом клапане в компенсатор поступает недостающее количество масла, благодаря чему поддерживается нулевой зазор. С гидрокомпенсаторами используются коромысла, штампованные из листового металла или отлитые из алюминия.
Ремень привода ГРМ, цепь привода ГРМ и шестеренчатый привод
Гидравлический натяжитель цепи
Коленчатый вал
Направляющие цепи
Цепь
Коленчатый вал
Коленчатый вал
Шестеренчатый привод
Шестеренчатый привод
Ремень привода ГРМ
Ремень привода ГРМ
Распределительный вал впускных клапанов
Распределительный вал выпускных клапанов
Верхнерасположенный распределительный вал находится далеко от коленчатого вала, поэтому для его привода используется ремень, цепь или шестерни. Возможны также комбинированные варианты, например ремень и цепь или ремень и шестерня. В обычном цепном приводе ГРМ используется гидравлический натяжитель цепи. Для снижения уровня шума и вибрации в конструкцию привода включены направляющие. Гидравлические натяжители также встречаются в ременном приводе ГРМ. Зубчатый ремень изготавливается из стекловолокна или синтетического каучука, армированного металлокордом. Зубья ремня входят в зацепления с зубьями шкивов коленчатого и распределительного валов. Приводные ремни издают меньше шума, чем цепи, но требуют периодической регулировки натяжения вручную. По сравнению с цепями срок службы ремней меньше. Ремни привода ГРМ подлежат замене примерно через каждые 80‑100 тыс. км пробега.
studfiles.net
Когда впускной клапан открывается раньше, а выпускной клапан закрывается поздно, имеется период времени, когда оба клапана открыты. Этот период перекрытия клапанов имеет место, когда поршень находится около ВМТ. Открывание обоих клапанов одновременно может не показаться хорошей идеей, однако, такая технология сжимает движущуюся массу потока выхлопных газов как своеобразный "пылесос", чтобы вытянуть оставшиеся газы. Фактически, этот эффект пылесоса такой сильный, что он также помогает начать впуск потока. Этот более ранний впускной поток, вызванный энергией выхлопных газов, называется продувкой, и он улучшает наполнение цилиндра и увеличивает мощность, особенно на высоких оборотах. Тогда как чрезмерное перекрытие клапанов уменьшает крутящий момент на низких оборотах, потери уменьшаются, когда продолжительность перекрытия настраивается в соответствии с применением - примерно от 400 для обычного распредвала и примерно до 850 для специального профиля.Распределительные валы с короткой продолжительностью тактов, разработанные для работы при низких оборотах двигателя, почти всегда имеют короткие периоды перекрытия клапанов. Эти распределительные валы обеспечивают хорошие значения мощности двигателя на низких оборотах, так как фазы работы клапанов не слишком удалены от фаз ВМТ/НМТ. Однако, если вы проводите исследования по получению большей мощности двигателя, не увеличивая число оборотов, вы обнаружите, что двигатель быстро достигнет предела, вызываемого ограничениями по впуску из-за фаз газораспределения распредвала. Когда в двигателе есть баланс между эффективностью впуска и фазами работы распредвала, за исключением использования турбонаддува или впрыска окиси азота, единственный путь увеличения мощности - увеличение оборотов двигателя, при которых достигается максимальная мощность. Эти обороты могут быть достигнуты тогда, когда фазы газораспределения распредвала изменяются для оптимизации эффективности двигателя при этих высоких оборотах. Это неизбежно означает увеличение продолжительности тактов и перекрытия клапанов, сопровождаемое уменьшением крутящего момента на Низких оборотах. Когда фазы работы распредвала включают длительные такты, высокий подъем и большие периоды перекрытия клапанов, что является обычным у распредвалов гоночных двигателей, двигатель может работать очень плохо при полностью открытой дроссельной заслонке в области ниже 4000 об/ мин или даже выше. Эта нестабильность происходит из-за большого перекрытия между началом такта впуска и концом такта выпуска в сочетании с недостаточной скоростью выхлопных газов и, следовательно, энергией) при низких оборотах для поддержания правильного направления потока. В таких ситуациях остаточные выхлопные газы проходят через впускной клапан в систему впуска и "разбавляют" поступающую смесь, результатом чего становится неустойчивая работа и сильное уменьшение мощности на низких оборотах. Однако на высоких оборотах увеличенные такты работы клапанов являются как раз тем, что надо. Увеличенная длительность такта впуска позволяет лучше наполнять цилиндр, а увеличенная длительность такта выпуска эффективнее; удаляет выхлопные газы.' Вдобавок к этому, увеличенное перекрытие клапанов может добавить легкий эффект наддува путем втягивания большего количества свежей смеси в цилиндр, чем поступало бы в цилиндр при работе одного только поршня. К сожалению, при высоких оборотах двигателя очень раннее открывание впускного клапана и большое перекрытие клапанов может привести к другой неприятности. Если выпускная система настроена правильно и "всасывание" от продувки высоко, то у потока может быть настолько высокая энергия, что свежая поступающая рабочая смесь может прорываться в цилиндре поперек камеры сгорания и выходить наружу через выпускной канал. Это попусту расходует топливо и серьезно влияет на длительность пробега гоночного автомобиля на одной заправке, хотя и не уменьшает мощность. Широкая кривая мощности необходима для работы двигателя при трогании с места, особенно у автомобиля с автоматической трансмиссией. Так как большинство распредвалов, разработанных для этих применений, практически не имеет нежелательных характеристик (большая продолжительность тактов и перекрытия клапанов), то вы застрахованы от плохого выбора в этой области, в крайнем случае, ошибка будет невелика.
Перекрытие клапанов соответствует углу поворота коленвала (в градусах), при котором и впускной и выпускной каналы открыты. Подобно продолжительности открывания, длительное перекрытие также увеличивает мощность на высоких оборотах, но ценой экономичности, ухудшения состава выхлопных газов и мощности на низких оборотах. Два фактора влияют на данные по перекрытию клапанов. Первый и очевидный - это величина продолжительности открывания клапанов. Второй - это угол между центральными линиями кулачков или смещение кулачков друг относительно друга на распредвалу.
Другие факторы
Угол между центрами кулачков опосредовано изменяется с перекрытием клапанов. Это означает, что при увеличении перекрытия клапанов угол между центрами кулачков уменьшается и наоборот. Увеличение угла обычно увеличивает крутящий момент на низких оборотах, а уменьшение угла улучшает мощность на высоких оборотах.
Другой областью конструкции, которая влияет на характеристики распредвала, является профиль кулачка. Скорость подъема клапана, ускорение при подъеме и скорость закрывания клапана определяются формой кулачков и влияют на работу двигателя. При более быстром открывании и закрывании клапанов может быть получен больший поток смеси при данной величине продолжительности открывания клапана.
Распределительные валы и детали механизма привода клапанов должны подбираться друг к другу для правильной совместной работы. Вдобавок к этому нужно тщательно подбирать распредвал/детали клапанного механизма к другим деталям, используемым в двигателе и в автомобиле, особенно деталям впускной и выпускной системы, а также трансмиссии.
Распредвал является механическим "мозгом" двигателя. Он определяет, когда и как быстро клапаны будут открываться и закрываться, а также как долго они остаются открытыми под действием толкателей клапанов и эллиптических кулачков распредвала при его вращении.
Распредвал, более чем любая другая деталь определяет рабочие характеристики (или индивидуальность) двигателя. Простая конструкция коленвала не может обеспечивать максимальную мощность двигателя от холостого хода до предельных оборотов. Как и все другие детали автомобиля, конструкция распредвапа является компромиссом. Если распредвал не предназначен для эффективного крутящего момента на низких оборотах, приемистости и экономичности, то, в противовес этому, он должен дать высокую мощность на высоких оборотах. И наоборот, распредвалы предназначенные для работы на низких оборотах, плохо работают на высоких оборотах.
Напомним еще раз: перед обработкой впускных каналов машинкой примите практическое решение относительно подъема клапанов, а затем конструируйте каналы, чтобы обеспечить как можно больший поток смеси при данном подъеме. Точное решение того, как добиться этой цели, часто требует дополнительных затрат времени для проведения стендовых испытаний или постоянных консультаций со специалистами по приготовлению и доводке головок блока цилиндров.
В практических пределах, как указано выше, подберите распределительный вал, который открывает клапаны на величину достаточную для того, чтобы впускной канал пропускал поток как можно лучше.
Например, если канал хорошо пропускает поток при подъеме клапана 14 мм, но поток спадает при более высоких значениях подъема, не устанавливайте распределительный вал, который открывает клапаны более чем на 16,5мм. Клапаны затрачивают очень малое время, находясь около точки, соответствующей оптимальному потоку, а направляющие втулки и пружины клапанов и коромысла будут изнашиваться быстрее.
У большинства фирм-производителей распредвалов имеются технические отделы, которые помогают конструкторам определить наилучший распредвал и другие детали для каждого конкретного применения. Если у вас тяжелый автомобиль с относительно небольшим двигателем, то нужно быть осторожным при подборе распредвала и других деталей. Следуйте рекомендациям производителей распредвалов; они имеют большой опыт исследований и испытаний.
Изменение фаз газораспределения на распредвале может привести к взаимным помехам в работе клапанов и поршней.
openair-club.ucoz.ru
|
|
|
Впуск
В идеальном режиме, когда поршень движется вниз в цикле всасывания, впускной клапан открывается, пропуская в цилиндр топливовоздушную смесь, и закрывается после заполнения цилиндра. Учитывая,что фаза и "длительность" работы кулачка являются фиксированными, они будут идеальными лишь при определенной частоте вращения коленвала и, возможно, лишь при единственном положении дроссельной заслонки. Это то, чего многие недопонимают. При разных оборотах двигателя клапан будет закрываться либо с опозданием. и тогда смесь, заполнившая цилиндр, начнет выходить обратно, либо раньше времени, до того, как смесь заполнит цилиндр до конца. Поэтому, в реальности, все распредвалы работают в "компромиссном" режиме. Если мы хотим получить от нашего "высокопроизводительного" распредвала выигрыш только в мощности, то это произойдет за счет чего-то другого. Чаше всего в жертву при этом приносится качество работы на холостых оборотах и крутящий момент в режиме рабочего диапазона.
Начнем с начала. Период, в течение которого впускной клапан открыт, будем называть термином "продолжительность". Продолжительность обычно выражается в градусах поворота коленчатого вала. При работе стандартного распредвала клапан обычно начинает открываться при "недовороте" коленвала 5-10 градусов до ВМТ (верхняя мертвая точка). Стандартный распредвал открывает клапан довольно плавно - для уменьшения износа и снижения уровня шума. Далее клапан достигает верхней точки и, наконец, закрывается примерно при 20 градусах после НМТ (нижняя мертвая точка). Этот период времени и называют "продолжительностью работы кулачка". Обычно он составляет от 200 до 220 градусов поворота коленчатого вала. Многие мотористы первым делом стараются увеличить продолжительность работы кулачка. Как правило, большая продолжительность позволяет двигателю развить большую мощность на повышенных оборотах. У высокопроизводительных распредвалов продолжительность работы кулачков может составлять от 250 до 320 градусов, а на двигателях гоночных машин - и более. Однако, само по себе это число пока еще ни о чем не говорит. Кулачок, например, может иметь очень пологие траектории подъема и опускания, и тогда выигрыш в увеличении общей зоны открытия под клапаном, по сравнению со стандартным кулачком, получится небольшим. В то же время, кулачок с такой же продолжительностью, но с крутыми профилями будет обеспечивать очень быстрое открытие и закрытие, что придаст двигателю совершенно иные характеристики (правда, скажется и на сроке службы распредвала, но об этом позже).
Подъем клапана
У стандартного распредвала для дорожных машин кулачок поднимает клапан на 9.9 (у Оки на 8.8) мм, в то время, как у спортивных двигателей эта цифра может доходить до 10.7 мм. Цифры, характеризующие "высоту" открытия клапана, часто производят впечатление - люди инстинктивно полагают, что чрезмерное увеличение высоты подъема дает большую мощность, хотя, на самом деле, это не совсем так. Иногда высоту подъема увеличивают для того, чтобы увеличить время "зависания" клапана в точке максимального подъема. Один из способов получения выигрыша по времени без увеличения продолжительности состоит в поднятии клапана на большую высоту.
С помощью испытательного стенда можно определить, в какой момент поток смеси через систему клапан-сенло начинает убывать. После этого момента нет смысла открывать клапан дальше - это не даст выигрыша в мощности. Смысл быстрого открывания клапана, или как мы это называем, "ускорения клапана", заключается в том, что само движение клапана используется для создания во впускном коллекторе разрежения - "импульса". Именно благодаря этому процессу мощность двигателя начинает зависеть от конструкции распредвала, так как этот импульс влияет на частоту вращения, что и приводит к увеличению мощности.
Выпуск
Выпускной кулачек должен открывать клапан достаточно рано, чтобы цилиндр и успел очиститься от продуктов сгорания. При слишком позднем открытии оставшися в цилиндре несгоревшие газы будут смешиваться с поступающей свежей смесью; слишком же раннее открытие может существенно снизить мощность рабочего хода, так как давление, толкающее поршень вниз, будет сбрасываться через выпускной канал. Тоже и при закрытии: если закрыть клапан слишком рано, то отработанные газы опять не успеют выйти, а если слишком поздно, то входящая порция смеси будет вытолкнута в выхлоп вместе со сгоревшими газами. Такое может роисходить потому,что в момент прохода поршня через ВМТ при переходе от такта выпуска к такту впуска впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Это называется "перекрытием клапанов". Этот "перелив" из впускного каннала в выпускной может дать "высокоэффективному" двигателю несколько преимуществ. Во-первых , выхлопные газы, выхолдящие из цилиндра могут быть использованы для создания вакуума - нечто подобное происходит при выдергивании проби из бутылки. Это будет помогать опускающемуся поршню втягивать в цилиндр свежую смесь. Во-вторых, выхлопную систему можно настроить так, что свежая смеь, "переливающаяся" в выпускной канал, будут втягиваться обратно в камеру сгорания перед самым закрытием выпускного клапана. Решающим обстоятельством является здесь не продолжительность перекрырия (выражаемая в градусах поворота коленчатого вала), а то, насколько высоко поднимаются клапаны в верхней мертвой точке. При стандартном распредвале высота подъема обеих клапанов в верхней мертвой точке может доходить до 0,76 мм, в то время, как ля гоночных автомобилей эта величина досигает 5 мм. В целом, чем больше подъем клапанов при перекрытии, тем при больших оборотах двигатель достигает максимальной мощности, и тем хуже распределение мощности. Здесь уже возникает проблемма зазара между клапанами и поршнем. При чрезмерно больших кулачках, дающих высокий подъем клапанов в фазе перекрытия, приходится делать в поршнях специальные углубления - "карманы", чтобы исключить столкновение поршня с клапанами к верхней мертвой точке.
Синхронизация распредвала
Может оказаться, что при одинаковом подъеме обоих клапанов в момент перекрытия модифицированный распредвал не дает максимальной эффективности. С помощью специального регулировочного шкива (его часто называют шкивом Верньера) можно выставить распредвал на "опережение", тогда в верхней мертвой точке впускной клапан будет подниматься больше, чем выпускной. Установка распредвала на "запаздывание" даст нам больший подъем выпускного клапана, чем впускного. При проектировании конструктивно нового вала, эти параметры учитываются при нарезании шпоночной канавки шкива и применение шкива Вернера не обязательно.
Именно соотношение между подъемом двух клапанов в верхней мертвой точке и определяет эффективность работы распредвала. Теоретически, опережение распредвала будет смещать пик мощности вниз по диапазону оборотов, а отставание будет давать противоположный эффект. У некоторых двигателей, например Rover Мini и ford, наилучшие результаты достигаются с опережающим распредвалом. Степень опережения обычно выражается в градусах поворота коленчатого вала, которое необходимо для полного открытия впускного клапана.
При шлифовке распредвала имейте в виду, что продолжительность перекрытия в значительной степени определяется углом между выступами "впускного" и "выпускного" кулачков (это угол называется "центральным углом кулачков"). Для распредвала с одинаковым подъемом клапанов в верхней мертвой точке этот угол составляет 110 градусов. Если вы выставите такой распредвал так, чтобы на 110 градусах он обеспечивал полное открытие впускного клапана, то обнаружите, что в момент перекрытия в верхней мертвой точке оба клапана открыты одинаково. Для обеспечения "опережающей" работы этого распредвала необходимо добиться полного открытия раньше, например, на 105 градусах.
Из вышеизложенного следует, что опережение распредвала можно регулировать, измеряя подъем клапанов в момент перекрытия в верхней мертвой точке. Независимо от того, какой это распредвал и на каком двигателе он стоит, одинаковый подъем клапанов в ВМТ будет иметь место при том угле поворота, на который развернуты друг относительно друга (в результате шлифовки) кулачки распредвала - обычно, 110 градусов. Можно выставить распредвал на опережение, но не следует его доводить до того, чтобы подъем выпускного клапана составлял меньше 66 процентов (2/3) от подъема впускного клапана. Например, если подъем впускного клапана - 3.8 мм, то подъем выпускного клапана - 2.5 мм.
Распредвалы и их синхронизация - это сложная тема. Мало разобраться как работает распредвал, нужно еще найти способ продлить срок его жизни. И решение этой проблемы должно закладываться при самом проектировании механизма.
cartuningsite.narod.ru
