Предмети:
- Загальний
- Верхній розподільний вал
- Нижній розподільний вал
- Швидкісні розподільні вали
- Перекриття клапана
- Змінні фази газорозподілу та підйом клапана
- Змащення
Загальне:
Розподільний вал є важливою частиною двигуна. Розподільний вал гарантує, що клапани відкриваються і закриваються, дозволяючи повітрю надходити в циліндр і виходити з нього. Розподільний вал обертається так, що кулачок відкриває клапан проти сили пружини пружини клапана. Пружина клапана забезпечує закритість відкритого клапана, коли кулачок продовжує обертатися.
Розподільний вал розташований у верхній або нижній частині головки блоку циліндрів, або в нижній частині блоку двигуна. Розподільний вал приводиться в рух ременем ГРМ, ланцюгом або зірочками. Детальніше про це дивіться в розділі розподіл.
Верхній розподільний вал:
Верхній розподільний вал використовується тільки в наш час. Потім розподільний вал поміщається в головку блоку циліндрів. Перевага двигунів із верхнім розподільним валом полягає в тому, що вони можуть витримувати більш високі швидкості, ніж двигуни з розташованим нижче розподільним валом.
На лівому зображенні ви бачите, що клапан закрито, тому що пружина клапана тисне на клапан, а розподільний вал обертається за годинниковою стрілкою. На правому зображенні розподільний вал скручений, змушуючи кулачок штовхати клапан вниз. Тепер пружина стиснута, штовхаючи клапан вниз. Коли розподільний вал повертається далі, пружина клапана знову штовхне клапан вгору. Пружина клапана чинить протитиск приблизно 20 кг.
Клапани чотиритактного двигуна відкриваються 1 або 2 розподільними валами. У версії з 1 розподільним валом він керує як впускними, так і випускними клапанами.
У версії з 2 розподільними валами один розподільний вал керує впускними клапанами, а інший випускними клапанами. 2 розподільні вали можуть приводитися один за одним за допомогою 1 зубчастого ременя, але існують також системи, в яких один розподільний вал приводить в дію інший за допомогою окремого ременя або ланцюга (див. зображення нижче).
Зображення нижче є лише прикладами конструкції зубчастого ременя. Принцип той же, що і з ланцюгом ГРМ.
На зображенні вгорі ліворуч показано двигун, оснащений одним розподільним валом. Це приводить в дію як впускний, так і випускний клапани. Зазвичай це стосується, наприклад, чотирициліндрових двигунів з 8 або 12 клапанами (тобто з 2 або 3 клапанами на циліндр).
На середньому зображенні зображено двигун із подвійним розподільним валом, який приводиться в рух двома зубчастими пасами. Зірочка розподільного вала (1) приводиться в рух безпосередньо від колінчастого вала за допомогою великого ременя. На задній частині шківа шестерні 1 розташована мала шестерня, над якою проходить задній ремінь. Цей задній (малий) ремінь приводить в рух зірочку розподільного вала (2). Маленький ремінь вимагає окремого натягувача. Зазвичай це стосується чотирициліндрових двигунів з 16 або більше клапанами. (тому 4 або більше клапанів на циліндр)
На правому зображенні двигун мотоцикла з двома розподільними валами. Розподільні вали приводяться в рух як ременем, так і ланцюгом. Розподільний вал 1 приводиться в рух ременем ГРМ, який приводиться в рух колінчастим валом. Розподільний вал 2 приводиться в рух ланцюгом, який приводиться в рух розподільним валом 1. Даний ланцюг монтується під кришкою клапана за допомогою натяжителя або механізму регулювання. Зазвичай це стосується, наприклад, чотирициліндрових двигунів з 16 і більше клапанами. (чотири або більше клапанів на циліндр)
Нижній розподільний вал:
У минулому двигуни оснащувалися розташованим нижче розподільним валом. В даний час двигуни легкових автомобілів оснащені тільки верхнім розподільним валом. Конструкція з розташованим нижче розподільним валом зникає. Недоліком такої конструкції є те, що ці двигуни не можуть працювати на високих швидкостях, оскільки між розподільним валом і клапаном є велика маса. На високих швидкостях буде надто великий люфт, і клапан більше не відкриватиметься та закриватиметься в правильний час.
Колінчастий вал приводиться в рух за допомогою невеликий ланцюг ГРМ або ремінь до нижнього розподільного вала (див. зображення нижче). Розподільний вал штовхає штовхач клапана та штовхач прямо вгору. Права сторона коромисла висувається вгору. Коромисло «перекидається» навколо осі коромисла, штовхаючи ліву сторону вниз. Це змушує клапан опускатися вниз проти сили пружини клапана. Коли розподільний вал повертається далі, пружина клапана притискає клапан, і коромисло повертається у вихідне положення.
Швидкісні розподільні вали:
Якщо кулачок більш овальний і довший, клапан довше залишатиметься відкритим. Тоді в циліндр може надходити більше повітря. Це призводить до приросту капіталу. Цей принцип використовується, в тому числі, в тюнінгу двигуна. Це називається «швидкими розподільними валами». Якщо кінець гостріший (точніше), клапан закриється швидше. Він також повинен бути злегка опуклим, інакше клапан відкинеться назад на сідло на занадто високій швидкості, що призведе до сильного зносу сідла клапана. При проектуванні двигуна це також ретельно перевіряється, щоб встановити розподільні вали, які є найбільш оптимальними за потужністю, витратою палива та значеннями викидів.
Перекриття клапанів:
Під час перекриття клапанів впускний і випускний клапани короткочасно відкриті. У кінці такту випуску, коли поршень знаходиться майже у ВМТ, впускний клапан відкривається перед тим, як закриється випускний. У цій ситуації швидкість вихлопних газів, що залишають камеру згоряння, настільки висока, що всмоктуване повітря вже втягується завдяки ефекту вакууму. Після того, як випускний клапан закриється і поршень переміститься до ОРП, впускний клапан відкривається повністю. Таким чином, всмоктуване повітря заповнить простір згоряння.
Перевага перекриття клапанів полягає в тому, що швидкість вхідного повітря збільшується, коли впускний клапан відкривається, що призводить до більш високого ступеня наповнення.
На малюнку показано ситуацію, коли впускний клапан (ліворуч) і випускний клапан (праворуч) відкриті одночасно.
На схемі показано відкриття і закриття випускних і впускних клапанів. Коли розподільний вал обертається, випускний клапан відкривається і знову закривається (сині лінії). Перекриття клапанів відбувається в середині графіка. Це показано червоним кольором. Впускний клапан (показаний зеленими лініями) тут уже трохи відкритий.
Перекриття клапана досягається кулачковою формою. На зображенні нижче ви можете побачити, що на верхньому розподільному валу найвищі кулачки розташовані на 114 градусів один від одного. У центрі малюнка перекриття клапанів відбувається тому, що кінець впускного кулачка і початок випускного кулачка знаходяться вище, ніж кругла частина розподільного вала. Це частина, де впускний і випускний клапани відкриті одночасно.
Чим ближче вушка розташовані один до одного, тим більше відбувається нахлест. Це можна побачити в різниці між верхнім і нижнім розподільними валами, при цьому кулачки в нижньому розподільному валу знаходяться на 108 градусів один від одного.
Тому перекриття клапанів відбувається завжди і не може бути змінене через фіксовану форму кулачка на розподільному валу. Величина перекриття клапанів визначається виробником двигуна.
Змінні фази газорозподілу та підйом клапана:
Потужність двигуна багато в чому залежить від розподільного вала. Якщо він має довгі та овальні кулачки, клапани залишатимуться відкритими довше. Це означає, що більше повітря може входити та виходити з двигуна, що виробляє більше потужності. Якщо кулачки коротші та загострені, клапан відкриватиметься менше і закриватиметься раніше, дозволяючи менше повітря входити та виходити, тому він також виробляє меншу потужність. Перевагою є те, що це може зменшити споживання палива.
Низькі оберти двигуна з малими навантаженнями вимагають:
- Впускні клапани відкриваються пізно і закриваються рано.
- Випускні клапани відкриваються пізно і закриваються рано.
Високі обороти двигуна з великими навантаженнями вимагають:
- Відкривайте впускні клапани рано і закривайте пізно.
- Відкривайте випускні клапани рано і закривайте пізно.
Виробники автомобілів завжди шукають золоту середину. Регулятор фаз газорозподілу регулює розподільний вал у необхідному положенні на швидкості, з якою працює двигун. Змінний підйом клапана також є технікою отримання різноманітних переваг шляхом зміни відстані, на якій відкривається клапан.
В змінна фаза газорозподілу повертає розподільний вал відносно регульованої зірочки розподільного вала (див. зображення). За допомогою цієї системи можна влаштувати, щоб клапани відкривалися раніше чи пізніше, але неможливо влаштувати, щоб клапани залишалися відкритими довше. Якщо клапан відкривається раніше, він швидше і закривається, тому що форма розподільного вала залишається незмінною. На сторінці змінна фаза газорозподілу про це буде надано більше пояснень.
Змінний підйом клапана це техніка, яка забезпечує регулювання висоти підйому клапана. Це контролює, наскільки відкривається клапан. Це вигідно як для витрати палива, так і для потужності двигуна. Зображення нижче є прикладом цього. Це Valvetronic від BMW.
Змінний підйом клапана застосовується лише до впускного розподільного вала. Існує кілька методик, які використовують різні виробники. На сторінці змінний підйом клапана докладно описані різні техніки.
Змащення:
Розподільний вал необхідно змащувати, як і всі інші рухомі компоненти двигуна. Розподільний вал подається маслом в потрібні місця по патрубках з отворами або форсунками. На сторінці описана робота всієї системи змащення система змащення.
