Home » Misc » Распределительный вал двигателя

Распределительный вал двигателя


Распределительный вал

Распределительный вал или попросту распредвал в газораспределительном механизме обеспечивает выполнение основной функции – своевременного открытия и закрытия клапанов, за счет чего производится приток свежего воздуха и выпуск отработавших газов. В общем виде распределительный вал управляет процессом газообмена в двигателе.

Для уменьшения инерционных нагрузок, увеличения жесткости элементов газораспределительного механизма распределительный вал должен располагаться как можно ближе к клапанам. Поэтому стандартное положение распредвала на современном двигателе в головке блока цилиндров – т.н. верхнее расположение распределительного вала.

В газораспределительном механизме используется один или два распределительных вала на ряд цилиндров. При одновальной схеме обслуживаются впускные и выпускные клапаны ( два клапана на цилиндр). В двухвальном газораспределительном механизме один вал обсуживает впускные клапаны, другой – выпускные (два впускных и два выпускных клапана на цилиндр).

Основу конструкции распределительного вала составляют кулачки. На каждый клапан используется, как правило, один кулачок. Кулачок имеет сложную форму, которая обеспечивает открытие и закрытие клапана в установленное время, и его подъем на определенную высоту. В зависимости от конструкции газораспределительного механизма кулачок взаимодействует либо с толкателем, либо с коромыслом.

При работе распределительного вала кулачки вынуждены преодолевать усилия возвратных пружин клапанов и силы трения от взаимодействия с толкателями. На все это расходуется полезная мощность двигателя. Указанных недостатков лишена беспружинная система, реализованная в десмодромном механизме. Для уменьшения силы трения между кулачком и толкателем плоская поверхность толкателя может заменяться роликом. В отдаленной перспективе использование магнитной системы для управления клапанами, обеспечивающей полный отказ от распределительного вала.

Распределительный вал изготавливается из чугуна (литьем) или стали (ковкой). Распредвал вращается в опорах, которые представляют собой подшипники скольжения. Число опор на одно превышает число цилиндров. Опоры, в основном, разъемные, реже – неразъемные (выполнены как одно целое с головкой блока). В опорах, выполненных в чугунной головке, используются тонкостенные вкладыши, которые при изнашивании заменяются.

От продольного перемещения распредвал удерживают упорные подшипники, располагающиеся около приводной шестерни (звездочки). Распределительный вал смазывается под давлением. Предпочтительным является индивидуальный подвод масла к каждому подшипнику. Значительно повышается эффективность газораспределительного механизма с использованием различных систем изменения фаз газораспределения, которые позволяют добиться повышения мощности, топливной экономичности, снижения токсичности отработавших газов. Различают несколько подходов к изменению фаз газораспределения:

  • поворот распределительного вала на различных режимах работы;
  • использования нескольких кулачков с различным профилем на один клапан;
  • изменение положения оси коромысла.

Привод распределительного вала

Распределительный вал приводится в действие от коленчатого вала двигателя. В четырехтактном двигателе внутреннего сгорания привод обеспечивает вращение коленчатого вала со скоростью в два раза медленнее коленчатого вала.

На двигателях легковых автомобилей привод распределительного вала осуществляется с помощью цепной или ременной передачи. Данные виды привода на равных используются как в бензиновых двигателях, так и дизелях. Ранее для привода использовалась шестеренная передача, но ввиду громоздкости и повышенного шума перестала применяться.

Цепной привод объединяет металлическую цепь, которая обегает звездочки на коленчатом и распределительном валу. Помимо этого в приводе используются натяжитель и успокоитель. Цепь состоит из звеньев, соединенных шарнирами. Одна цепь может обслуживать два распределительных вала.

Цепной привод распределительного вала достаточно надежный, компактный, может использоваться на больших межосевых расстояниях. Вместе с тем, износ шарниров при эксплуатации, приводит к растяжению цепи, последствия которого могут быть самые печальные для ГРМ. Не спасают даже натяжитель с успокоителем. Поэтому цепной привод требует регулярного контроля состояния.

В ременном приводе распределительного вала используется зубчатый ремень, который охватывает соответствующие зубчатые шкивы на валах. Приводной ремень оборудуется натяжным роликом. Ременный привод компактный, почти бесшумный, достаточно надежный, что делает его популярным у производителей. Современные зубчатые ремни имеют значительный ресурс - до 100 тыс. км пробега и более.

Привод распределительного вала может использоваться для привода и других устройств – масляного насоса, топливного насоса высокого давления, распределителя зажигания.

 

 

Распределительный вал двигателя внутреннего сгорания: назначение, устройство, принцип действия - Autodromo

Основной функцией распределительного вала (распредвала) является обеспечение открытия/закрытия впускных и выпускных клапанов, при помощи которых осуществляется подача  ТВС (топливовоздушной смеси) и вывод образовавшихся газов. Распредвал является главной деталью ГРМ (газораспределительного механизма), принимающей участие в сложном процессе газообмена в автомобильном двигателе.

Современный ГРМ может оснащаться одним или двумя распредвалами. В механизме с одним валом сразу обслуживаются все клапаны впуска и выпуска (по 1 клапану впуска и выпуска на цилиндр). В механизме, оснащенном двумя валами, один распредвал запускает клапаны впуска, другой вал – клапаны выпуска (по 2 клапана впуска и выпуска на цилиндр).

Расположение газораспределительного механизма напрямую зависит от типа автомобильного двигателя. Различают ГРМ с верхним клапанным расположением (в цилиндровом блоке) и с нижним клапанным расположением (в головке цилиндрового блока).

Наиболее распространенным вариантом является верхнее расположение, благодаря чему возможно осуществить эффективную настройку и обслуживание распределительного вала.

Принцип действия и устройство распредвала

Распределительный вал соединяется с коленвалом при помощи цепи или ремня, надетого на шкив распредвала и звездочку коленчатого вала. Вращательные движения вала в опорах обеспечивают специальные подшипники скольжения, благодаря этому вал воздействует на клапана, запускающие работу клапанов цилиндров. Этот процесс происходит в соответствии с фазами образования и распределения газов, а также рабочим циклом двигателя.

Установка фаз распределения газов происходит согласно установочным меткам, которые имеются на шестернях или шкиве. Правильная установка обеспечивает соблюдение последовательности наступления рабочих циклов двигателя.

Основной деталью распредвала являются кулачки. При этом количество кулачков, которыми оснащается распредвал, зависит от количества клапанов. Основное назначение кулачков – осуществление регулировки фаз процесса газообразования. В зависимости от типа конструкции ГРМ кулачки могут взаимодействовать с коромыслом или толкателем.

«Nockenwelle ani». Под лицензией Public domain с сайта Викисклада — https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nockenwelle_ani.gif#mediaviewer/File:Nockenwelle_ani. gif

Кулачки устанавливаются между опорными шейками, по два на каждый цилиндр двигателя. Распредвалу во время работы приходится преодолевать сопротивление пружин клапанов, которые служат возвратным механизмом, приводя клапана в исходное (закрытое) положение.

На преодоление этих усилий расходуется полезная мощность двигателя, поэтому конструкторы постоянно думают, как можно уменьшить потери мощности.

Для того чтобы уменьшить трение между толкателем и кулачком, толкатель может оснащаться специальным роликом.

Помимо этого, разработан специальный десмодромный механизм, в котором реализована беспружинная система.

Опоры распределительных валов оснащены крышками, при этом передняя крышка является общей. Она имеет упорные фланцы, которые соединяются с шейками валов.

Распредвал изготавливается одним из двух способов – ковкой из стали или литьем из чугуна.

Системы фаз газораспределения

Как уже было сказано выше, количество распредвалов соответствует типу двигателя.

В рядных двигателях с одной парой клапанов (по одному клапану впуска и выпуска) цилиндр оснащается только одним валом. В рядных двигателях с двумя парами клапанов установлено два вала.

В двигателях оппозитных и V-образных может быть установлен один  вал (в развале), либо два в каждой головке блока цилиндров.

В настоящее время современные двигатели могут быть оснащены различными системами фаз газораспределения:

  • VVT-i. В подобной технологии фазы регулируются поворотом распределительного вала по отношению к звездочке на приводе
  • Valvetronic. Технология позволяет регулировать высоту подъема клапанов за счет смещения оси вращения коромысла
  • VTEC. Данная технология предполагает регулирование фаз распределения газов за счет использования кулачков на регулируемом клапане

Итак, подытожим… распредвал, являясь основным звеном газораспределительного механизма, обеспечивает своевременное и точное открытие клапанов двигателя. Это обеспечивается точной подгонкой формы кулачков, которые надавливая на толкатели, заставляют клапана двигаться.

Распределительный вал — обучение энергетике

Обучение энергетике

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рис. 1. Вращающийся кулачок. [1]

Распределительный вал представляет собой стержень, который вращается и скользит по механизму для преобразования вращательного движения в поступательное. Это изменение движения достигается за счет того, что распределительный вал перемещается все дальше и ближе от оси вращения по мере того, как механизм толкает распределительный вал. [2] Эти движущиеся части вала представляют собой кулачки. Пройденное линейное расстояние называется «броском», и его можно увидеть на рисунке 1.


Распределительный вал теплового двигателя внутреннего сгорания представляет собой устройство, которое регулирует как подачу топлива, так и выброс выхлопных газов. Он состоит из нескольких радиальных кулачков, каждый из которых смещает впускные или выпускные клапаны. Этот распределительный вал соединен с коленчатым валом через ремень, цепь или шестерни. Это обеспечивает постоянную синхронизацию клапанов по отношению к движению поршней. [3]

Рис. 2. Схема 4-тактного двигателя внутреннего сгорания. Кулачки вверху рисунка 2, обратите внимание, как они превращают свое вращательное движение в линейное движение клапанов. [4]


Работа распределительного вала зависит от того, как работает клапан, и от функции самого кулачка. Клапан на головке блока цилиндров состоит из двух основных частей: штока и головки (см. рис. 2). Головка закрывает форсунку, которая обеспечивает впуск топлива или выпускной поток и требует линейного движения. [5] Кулачок, в его простейшем определении, представляет собой механическое звено, которое преобразует вращательное движение в поступательное или наоборот. [2] Кулачки на распределительном валу достигают этого смещения за счет вращения радиальной схемы и толкателя, который перемещается перпендикулярно оси вращения. Рисунок кулачка на распределительном валу некруглый с одним кулачком. Толкатель соответствует смещению кулачка при его вращении. Затем это смещение передается штоку клапана, позволяя головке подниматься, когда выступы кулачка проходят через толкатель. [5]

Поскольку автомобильный двигатель имеет несколько поршней, таких как поршень на рис. 2, одного кулачка недостаточно для всех этих поршней. Необходимо использовать весь стержень, покрытый кулачками. Это распределительный вал, показанный на рис. 3. Обратите внимание, что точное расположение кулачков вдоль вала обеспечивает точную синхронизацию открытия и закрытия соответствующих клапанов. Это точное время необходимо, поскольку двигатель автомобиля работает на тысячах оборотов в минуту. [3] Обеспечение правильного газораспределения в двигателе автомобиля — один из самых простых способов сэкономить деньги и энергию.

Рис. 3. Распределительный вал рядного четырехцилиндрового двигателя. Обратите внимание, как каждый набор из четырех кулачков разделен, что делает это для 16-клапанного двигателя. [6]

Для дальнейшего чтения

  • Кулачок
  • Поршневой двигатель
  • Двигатель внутреннего сгорания
  • Энергия вращения
  • Бензиновый двигатель
  • Или просмотрите случайную страницу

Ссылки

  1. ↑ MsC Technology. (2011). Эксцентриковый кулачок [Онлайн]. Доступно: http://msc-technology.wikispaces.com/Mechanical+Design#Cams
  2. ↑ 2.0 2.1 MsC Technology. (2011). Механический дизайн [Онлайн]. Доступно на http://msc-technology.wikispaces.com/Mechanical+Design#Cams
  3. ↑ 3.0 3.1 Основы двигателя. (2009). Общие сведения о распределительных валах [онлайн]. Доступно: http://www.enginebasics.com/Engine%20Basics%20Root%20Folder/Basic%20Camshaft%20Understanding.html
  4. ↑ Зефирис. (2010). 4-тактный двигатель [Онлайн]. Доступно: http://en.wikipedia.org/wiki/Internal_combustion_engine#mediaviewer/File:4StrokeEngine_Ortho_3D_Small.gif
  5. ↑ 5.0 5.1 Д. Фюллер. (2014). Часто задаваемые вопросы о распределительном валу: что такое разделение лепестков? Что такое осевые линии впуска и выпуска? (и многое другое) [онлайн]. Доступно: http://www.onallcylinders.com/2014/02/07/camshaft-faqs-lobe-separation-intake-exhaust-centerlines/
  6. ↑ Д. Фуллер. (2014). Распределительный вал [Онлайн]. Доступно: http://www.onallcylinders.com/2014/02/07/camshaft-faqs-lobe-separation-intake-exhaust-centerlines/

как работает распределительный вал (часть 1) — Mighty Car Mods

перейти к содержанию

Хотя мы любим наши чу-чу-чу-чу-шпули и визгливые винты, когда придет время попробовать жизнь толкателя большой емкости V8, нам действительно нужно начать изучать распределительные валы и то, как они сделай свой двигатель крутым. Это будет серия из нескольких частей, в которой мы рассмотрим процесс модернизации распредвала в современном уличном двигателе V8 с толкателем, начиная с основ того, что такое распределительный вал и как он работает.

Когда General Motors выпустила LS V8 в 1997 году, это открыло новую эру плавности хода и улучшений, которых не было в традиционных старых конструкциях толкателей, и была одна область, прежде всего, которая оказалась секретом для открытия новой эры. Потенциал малоблочного двигателя V8 с толкателем: распределительный вал.

 

Во-первых, давайте посмотрим, как работает эта «технология динозавров». В традиционном толкателе V8 кулачок фактически находится в блоке двигателя, прямо над коленчатым валом и под долиной.

 

При вращении распределительного вала цепь ГРМ, которая соединяет его с коленчатым валом (см. изображение A ниже), выступы кулачковых толкателей (см. изображение B ниже) и толкатели (см. изображение C ниже ), которые открывают и закрывают впускной и выпускной клапаны. Толкатели делают это, поскольку они прикреплены к коромыслам, которые воздействуют на пружины клапанов, которые пытаются удерживать клапаны закрытыми.

Изображение A: верхняя звездочка прикручена к концу кулачка, а цепь спускается к звездочке коленчатого вала. Когда кривошип вращается, он поворачивает кулачок.

Изображение B: гидравлические подъемники, которые перемещаются вверх и вниз с помощью выступов на распределительном валу коромысла (серебристые рычаги вверху) и открытые впускные или выпускные клапаны

Заводские кулачки должны быть гладкими и тонкими, чтобы соблюдать законы о выбросах и быть приятными для вождения для самых разных людей, покупающих новый автомобиль . Более агрессивные кулачки типа «чопсилла», подобные тем, которые устанавливаются на гоночные автомобили, имеют агрессивные формы лепестков, чтобы обеспечить более высокий подъем и продолжительность, а также изменить, насколько далеко и как долго открываются клапаны. Да, вы можете переборщить с кулачком и открыть клапан слишком далеко, что приведет к тому, что этот клапан погрузится в поршень и вызовет крайнюю печаль, поскольку вы только что превратили свой двигатель в пресс-папье.

Существуют сотни вариантов модернизации распредвалов LS для уличных автомобилей, и, хотя всем хочется, чтобы в их V8 звучал самый сердитый, но неправильный распредвал может сделать машину медленнее, потому что мощность поступает слишком узко. диапазон оборотов, слишком высокий диапазон оборотов, не работает на холостом ходу или десятки других проблем.

Большинство показанных характеристик кулачка включают подъемную силу, продолжительность и угол разделения лепестков (LSA). Подъем относится к тому, насколько впускной и выпускной клапан открывается (поднимается) от своего седла, и увеличение этого значения может увеличить мощность, а продолжительность относится к тому, как долго кулачок удерживает клапаны открытыми, что показано в градусах вращения коленчатого вала (хотя кулачок вращается при половина скорости кривошипа).

 

Удерживание клапанов открытыми дольше позволяет большему количеству воздуха и топлива поступать в камеру сгорания и выходить из нее, но также увеличивает мощность в диапазоне оборотов по мере увеличения продолжительности, жертвуя крутящим моментом на низких оборотах.

Производители кулачков, как правило, указывают продолжительность как «как заявлено», так и «при подъеме на 0,050 дюйма», которая измеряется от точки, в которой кулачок перемещает подъемник вверх на 0,050 дюйма, до 0,050 дюйма, пока подъемник полностью не опустится. Производители кулачков часто отличаются диапазоном, который они показывают для рекламируемой продолжительности, поэтому лучше всего использовать цифры «при подъеме 0,050 дюйма», поскольку они являются универсальным измерением.

Когда вы видите 228/232, это кулачок с продолжительностью 228 градусов на впускных лепестках и 232 градуса на выпуске. Обычно выхлопные лепестки имеют большую продолжительность и подъемную силу, чем впускные, но есть также кулачки с «обратной схемой», которые имеют большую продолжительность впуска для заполнения камеры, что особенно удобно в приложениях с наддувом.

Learn more