Предметы:
- Общий
- Верхний распределительный вал
- Нижний распределительный вал
- Быстрые распредвалы
- Перекрытие клапанов
- Изменение фаз газораспределения и подъема клапанов
- смазывание
в целом:
Распределительный вал – важная часть двигателя. Распределительный вал обеспечивает клапаны открываются и закрываются, позволяя воздуху поступать в цилиндр и выходить из него. Распределительный вал вращается так, что кулачок открывает клапан против силы пружины клапанной пружины. Пружина клапана обеспечивает закрытие открытого клапана, когда кулачок продолжает вращаться.
Распределительный вал расположен вверху или внизу головки блока цилиндров или внизу блока двигателя. Распределительный вал приводится в движение ремнем ГРМ, цепью или звездочками. Подробнее об этом смотрите в главе распределение.
Верхний распределительный вал:
Верхний распределительный вал используется только в настоящее время. Затем распределительный вал помещается в головку блока цилиндров. Преимущество двигателей с верхним распредвалом заключается в том, что они могут работать на более высоких скоростях, чем двигатели с нижним распредвалом.
На левом изображении вы можете видеть, что клапан закрыт, потому что пружина клапана прижимает клапан к закрытию, а распределительный вал вращается по часовой стрелке. На правом изображении распределительный вал перекручен, в результате чего кулачок толкает клапан вниз. Пружина теперь сжата, толкая клапан вниз. При дальнейшем повороте распределительного вала пружина клапана снова подтолкнет клапан вверх. Пружина клапана оказывает противодавление примерно 20 кг.
Клапаны четырехтактного двигателя открываются посредством 1 или 2 распределительных валов. В версии с 1 распределительным валом он управляет как впускными, так и выпускными клапанами.
В версии с двумя распределительными валами один распределительный вал управляет впускным клапаном(ами), а другой - выпускным клапаном(ами). Два распределительных вала могут приводиться друг за другом одним ремнем ГРМ, но существуют также системы, в которых один распределительный вал приводит в движение другой с помощью отдельного ремня или цепи (см. изображения ниже).
На изображениях ниже приведены лишь примеры конструкции ремня ГРМ. Принцип тот же, что и с цепью ГРМ.
На изображении выше слева изображен двигатель, оснащенный одним распределительным валом. При этом управляются как впускные, так и выпускные клапаны. Обычно это применяется, например, к четырехцилиндровым двигателям с 8 или 12 клапанами (т.е. с 2 или 3 клапанами на цилиндр).
На среднем изображении изображен двигатель с двойным распределительным валом, который приводится в движение двумя ремнями ГРМ. Звездочка распределительного вала (1) приводится посредством большого ремня непосредственно от коленчатого вала. В задней части шкива первой передачи находится небольшая шестерня, по которой проходит задний ремень. Этот задний (малый) ремень приводит в движение звездочку распределительного вала (1). Маленький ремень требует отдельного натяжителя. Обычно это применяется к четырехцилиндровым двигателям с 2 и более клапанами. (то есть 16 или более клапанов на цилиндр)
Справа — двигатель мотоцикла с двумя распределительными валами. Распредвалы приводятся в движение как ремнем, так и цепью. Распределительный вал 1 приводится в движение ремнем ГРМ, который приводится в движение коленчатым валом. Распределительный вал 2 приводится в движение цепью, которая приводится в движение распределительным валом 1. Эта цепь крепится под клапанной крышкой с помощью натяжителя или механизма регулировки. Обычно это применяется, например, к четырехцилиндровым двигателям с 16 и более клапанами. (четыре и более клапана на цилиндр)
Нижний распределительный вал:
Раньше двигатели оснащались расположенным под ним распределительным валом. В настоящее время двигатели легковых автомобилей оснащаются только верхним распределительным валом. Конструкция с нижележащим распределительным валом отпадает. Недостатком этой конструкции является то, что эти двигатели не могут работать на высоких оборотах, поскольку между распределительным валом и клапаном находится большая масса. На высоких скоростях будет возникать слишком большой люфт, и клапан больше не будет открываться и закрываться в нужное время.
Коленчатый вал приводится в движение посредством небольшая цепь или ремень ГРМ к нижнему распределительному валу (см. изображение ниже). Распределительный вал толкает толкатель клапана и толкатель прямо вверх. Правая сторона коромысел поднимается вверх. Коромысло «кувыркается» вокруг оси коромысла, толкая левую сторону вниз. Это заставляет клапан опускаться вниз против силы пружины клапана. При дальнейшем вращении распределительного вала пружина клапана прижимает клапан к закрытию, и коромысло возвращается в исходное положение.
Быстрые распределительные валы:
Если кулачок более овальный и длинный, клапан будет оставаться открытым дольше. Тогда в цилиндр может поступать больше воздуха. Это приводит к увеличению капитала. Этот принцип используется, в том числе, при тюнинге двигателя. Это называется «быстрые распредвалы». Если конец более острый (более заостренный), клапан закроется быстрее. Он также должен быть слегка выпуклым, иначе на слишком высокой скорости клапан ударится обратно о седло, что приведет к сильному износу седел клапана. При проектировании двигателя это также тщательно проверяется, чтобы были установлены распредвалы, наиболее оптимальные по показателям мощности, расхода топлива и выбросов.
Перекрытие клапанов:
Во время перекрытия клапанов впускной и выпускной клапаны одновременно кратковременно открываются. В конце такта выпуска, когда поршень находится почти в ВМТ, впускной клапан открывается раньше, чем закрывается выпускной клапан. В этой ситуации скорость выхлопных газов, покидающих камеру сгорания, настолько высока, что всасываемый воздух уже всасывается за счет эффекта вакуума. После закрытия выпускного клапана и перемещения поршня к ОДП впускной клапан открывается полностью. Таким образом, всасываемый воздух заполняет пространство сгорания.
Преимущество перекрытия клапанов заключается в том, что скорость входящего воздуха увеличивается при открытии впускного клапана, что приводит к более высокой степени наполнения.
На рисунке показана ситуация, когда впускной клапан (слева) и выпускной клапан (справа) открыты одновременно.
На схеме показано открытие и закрытие выпускного и впускного клапанов. Когда распределительный вал вращается, выпускной клапан открывается и снова закрывается (синие линии). Перекрытие клапанов происходит в середине графика. Это показано красным. Впускной клапан (показан зелеными линиями) здесь уже слегка приоткрыт.
Перекрытие клапанов достигается формой кулачка. На изображении ниже вы можете видеть, что на верхнем распределительном валу самые высокие кулачки расположены на расстоянии 114 градусов друг от друга. В центре рисунка перекрытие клапанов происходит потому, что конец впускного кулачка и начало выпускного кулачка находятся выше круглой части распределительного вала. Это та часть, где впускной и выпускной клапаны открыты одновременно.
Чем ближе выступы расположены друг к другу, тем больше происходит перекрытие. Это видно по разнице между верхним и нижним распредвалами: кулачки нижнего распредвала расположены на расстоянии 108 градусов друг от друга.
Таким образом, перекрытие клапанов происходит всегда и не может быть изменено из-за фиксированной формы кулачка на распределительном валу. Величина перекрытия клапанов определяется производителем двигателя.
Изменение фаз газораспределения и подъема клапанов:
Мощность двигателя во многом зависит от распределительного вала. Если у него длинные овальные кулачки, клапаны будут оставаться открытыми дольше. Это означает, что больше воздуха может поступать и выходить из двигателя, что приводит к увеличению мощности. Если кулачки короче и заостренные, клапан будет меньше открываться и закрываться раньше, позволяя меньшему количеству воздуха входить и выходить, поэтому он также производит меньшую мощность. Преимущество в том, что это позволяет снизить расход топлива.
Низкие обороты двигателя при небольших нагрузках требуют:
- Впускные клапана открываются поздно и закрываются рано.
- Выпускные клапаны открываются поздно и закрываются рано.
Высокие обороты двигателя при высоких нагрузках требуют:
- Впускные клапаны открывайте раньше и закрывайте позже.
- Выпускные клапаны открывайте раньше и закрывайте позже.
Производители автомобилей всегда ищут золотую середину. Система изменения фаз газораспределения переводит распределительный вал в необходимое положение при той скорости, с которой работает двигатель. Переменный подъем клапана — это также метод, позволяющий получить различные преимущества за счет изменения расстояния, на котором открывается клапан.
В изменение фаз газораспределения поворачивает распределительный вал относительно регулируемой звездочки распределительного вала (см. изображение). С помощью этой системы можно добиться того, чтобы клапаны открывались раньше или позже, но невозможно обеспечить, чтобы клапаны оставались открытыми дольше. Если клапан откроется раньше, он и закроется раньше, потому что форма распределительного вала остается прежней. На странице изменение фаз газораспределения об этом будет дано больше объяснений.
Переменный подъем клапана это метод, обеспечивающий регулировку высоты подъема клапана. Это контролирует, насколько далеко открывается клапан. Это выгодно как для расхода топлива, так и для мощности двигателя. Изображение ниже является примером этого. Это Valvetronic от BMW.
Переменный подъем клапанов применяется только к впускному распредвалу. Существует несколько технологий, которые используют разные производители. На странице переменный подъем клапана различные методы описаны подробно.
Смазка:
Распределительный вал необходимо смазывать, как и все другие движущиеся детали двигателя. Распределительный вал подается маслом в нужные места через патрубки с отверстиями или патрубками. Работа всей системы смазки описана на стр. система смазки.
