Mechanizm dystrybucji gazu w silniku, budowa i zasada działania

Mechanizm dystrybucji gazu (GRM) to zestaw części i zespołów, które otwierają i zamykają zawory dolotowe i wydechowe silnika w określonym momencie. Głównym zadaniem mechanizmu dystrybucji gazu jest terminowe dostarczanie powietrzno-paliwa lub paliwa (w zależności od typu silnika) do komory spalania i uwalnianie spalin. Aby rozwiązać ten problem, cały kompleks mechanizmów działa płynnie, niektóre z nich są sterowane elektronicznie.

Jak jest czas?

W nowoczesnych silnikach mechanizm dystrybucji gazu znajduje się w głowicy cylindrów silnika. Składa się z następujących głównych elementów:

• Wał rozrządczy. Jest to produkt o złożonej konstrukcji, wykonany z wytrzymałej stali lub żeliwa z dużą precyzją. W zależności od konstrukcji rozrządu wałek rozrządu można zamontować w głowicy cylindrów lub w skrzyni korbowej (obecnie ten układ nie jest stosowany). Jest to główna część odpowiedzialna za sekwencyjne otwieranie i zamykanie zaworów.

Wał ma czopy łożyskowe i krzywki, które popychają trzpień zaworu lub wahacz. Kształt krzywki ma ściśle określoną geometrię, ponieważ od tego zależy czas trwania i stopień otwarcia zaworu. Ponadto krzywki są zaprojektowane w różnych kierunkach, aby zapewnić naprzemienną pracę cylindrów.

• Jednostka napędu. Moment obrotowy z wału korbowego jest przenoszony przez napęd na wałek rozrządu. Napęd różni się w zależności od rozwiązania konstrukcyjnego. Koło zębate wału korbowego jest o połowę mniejsze niż koło zębate wałka rozrządu. W ten sposób wał korbowy obraca się dwa razy szybciej. W zależności od typu napędu obejmuje:

1. łańcuch lub pasek;
2. koła zębate wału;
3. napinacz (rolka napinająca);
4. amortyzator i but.

• Zawory dolotowe i wydechowe. Znajdują się na głowicy cylindra i są prętami z płaską główką na jednym końcu, zwanym grzybkiem. Zawory wlotowe i wylotowe różnią się konstrukcją. Wlot wykonany jest w jednym kawałku. Posiada również większy talerz, aby lepiej napełnić cylinder świeżym ładunkiem. Wylot jest zwykle wykonany ze stali żaroodpornej i ma wydrążony trzpień dla lepszego chłodzenia, ponieważ podczas pracy jest narażony na wyższe temperatury. Wewnątrz wnęki znajduje się wypełniacz sodowy, który łatwo topi się i odprowadza część ciepła z płyty do pręta.

Głowice zaworów są skośne, aby zapewnić ciaśniejsze dopasowanie do otworów w głowicy cylindrów. To miejsce nazywa się siodłem. Oprócz samych zaworów w mechanizmie znajdują się dodatkowe elementy zapewniające ich prawidłowe działanie:

1. Sprężyny. Po wciśnięciu przywróć zawory do ich pierwotnego położenia.
2. Uszczelki trzonków zaworów. Są to specjalne uszczelnienia, które zapobiegają przedostawaniu się oleju do komory spalania wzdłuż trzonka zaworu.
3. Tuleja prowadząca. Zainstalowany w obudowie głowicy cylindrów i zapewnia precyzyjny ruch zaworu.
4. Sucharki. Z ich pomocą do trzpienia zaworu przymocowana jest sprężyna.

• Popychacze. Poprzez popychacze siła przenoszona jest z wałka rozrządu na pręt. Wykonany ze stali o wysokiej wytrzymałości. Są różnego rodzaju:

1. mechaniczne - okulary;
2. wałek;
3. kompensatory hydrauliczne.

Szczelina termiczna pomiędzy mechanicznymi popychaczami a krzywkami wałka rozrządu jest regulowana ręcznie. Kompensatory hydrauliczne lub popychacze hydrauliczne automatycznie utrzymują wymagany luz i nie wymagają regulacji.

• Wahacz lub dźwignie. Prosty rocker to dwuramienna dźwignia, która wykonuje ruchy kołysania. W różnych układach wahacze mogą działać inaczej.
• Układy zmiennych faz rozrządu. Te systemy nie są instalowane we wszystkich silnikach. Więcej szczegółów na temat urządzenia i zasady działania CVVT można znaleźć w osobnym artykule na naszej stronie internetowej.

Opis czasu

Działanie mechanizmu dystrybucji gazu trudno rozpatrywać w oderwaniu od cyklu pracy silnika. Jego głównym zadaniem jest otwieranie i zamykanie zaworów na czas przez określony czas. Dlatego w suwie ssania wlot otwiera się, a w suwie wydechu wydech się otwiera. Oznacza to, że w rzeczywistości mechanizm musi realizować obliczone fazy dystrybucji gazu.

Technicznie wygląda to tak:

1. Wał korbowy przenosi moment obrotowy poprzez napęd na wałek rozrządu.
2. Krzywka wałka rozrządu naciska na popychacz lub wahacz.
3. Zawór porusza się wewnątrz komory spalania, umożliwiając dostęp do świeżego wsadu lub spalin.
4. Po przejściu przez krzywkę aktywnej fazy działania, zawór powraca na swoje miejsce pod działaniem sprężyny.

Należy również zauważyć, że przez pełny cykl wałek rozrządu wykonuje 2 obroty, naprzemiennie otwierając zawory na każdym cylindrze, w zależności od kolejności ich pracy. Oznacza to, że na przykład przy schemacie działania 1-3-4-2 zawory dolotowe na pierwszym cylindrze i zawory wydechowe na czwartym otworzą się jednocześnie. W drugim i trzecim zawory zostaną zamknięte.

Rodzaje mechanizmu dystrybucji gazu

Silniki mogą mieć różne schematy rozrządu. Rozważ następującą klasyfikację.

Według pozycji wałka rozrządu

Istnieją dwa rodzaje pozycji wałka rozrządu:

• na dole;
• Top.

W dolnym położeniu wałek rozrządu znajduje się na bloku cylindrów obok wału korbowego. Uderzenie z krzywek przez popychacze przenoszone jest na wahacze za pomocą specjalnych prętów. Są to długie pręty, które łączą popychacze na dole z wahaczami na górze. Niższa lokalizacja nie jest uważana za najbardziej udaną, ale ma swoje zalety. W szczególności bardziej niezawodne połączenie między wałkiem rozrządu a wałem korbowym. W nowoczesnych silnikach tego typu urządzenie nie jest używane.

W górnym położeniu wałek rozrządu znajduje się w głowicy cylindrów, tuż nad zaworami. W tej pozycji można zaimplementować kilka opcji wpływania na zawory: za pomocą popychaczy kołyskowych lub dźwigni. Ta konstrukcja jest prostsza, bardziej niezawodna i bardziej kompaktowa. Górna pozycja wałka rozrządu stała się bardziej powszechna.

Według liczby wałków rozrządu

Silniki rzędowe mogą być wyposażone w jeden lub dwa wałki rozrządu. Silniki z pojedynczym wałkiem rozrządu są oznaczone skrótem SOHC(pojedynczy wałek rozrządu w głowicy) oraz z dwoma - DOHC(Podwójny wałek rozrządu w głowicy). Jeden wał odpowiada za otwieranie zaworów dolotowych, a drugi za wydech. Silniki widlaste wykorzystują cztery wałki rozrządu, po dwa na każdy zespół cylindrów.

Według liczby zaworów

Kształt wałka rozrządu i liczba krzywek będzie zależeć od liczby zaworów na cylinder. Mogą być dwa, trzy, cztery lub pięć zaworów.

Najprostsza opcja to dwa zawory: jeden do wlotu, drugi do wydechu. Silnik trzyzaworowy ma dwa zawory wlotowe i jeden wydechowy. W wersji z czterema zaworami: dwoma dolotowymi i dwoma wydechowymi. Pięć zaworów: trzy do wlotu i dwa do wydechu. Im więcej zaworów dolotowych, tym więcej mieszanki paliwowo-powietrznej dostaje się do komory spalania. W związku z tym zwiększa się moc i dynamika silnika. Wykonanie więcej niż pięciu nie pozwoli na wielkość komory spalania i kształt wałka rozrządu. Najczęściej używane cztery zawory na cylinder.

Typ napędu

Istnieją trzy rodzaje napędów wałków rozrządu:

1. bieg. Ta opcja napędu jest możliwa tylko wtedy, gdy wałek rozrządu znajduje się w dolnym położeniu bloku cylindrów. Wał korbowy i wałek rozrządu są napędzane przez koła zębate. Główną zaletą takiego urządzenia jest niezawodność. Gdy wałek rozrządu znajduje się w górnym położeniu głowicy cylindrów, używany jest zarówno napęd łańcuchowy, jak i pasowy.
2. Łańcuch. Ten dysk jest uważany za bardziej niezawodny. Ale użycie łańcucha wymaga specjalnych warunków. Aby wytłumić drgania, montowane są amortyzatory, a napięcie łańcucha regulowane jest przez napinacze. W zależności od liczby wałów można użyć kilku łańcuchów.
   

   Zasób łańcucha wystarcza na średnio 150-200 tysięcy kilometrów.

   Za główny problem napędu łańcuchowego uważa się wadliwe działanie napinaczy, amortyzatorów lub zerwanie samego łańcucha. Przy niewystarczającym napięciu łańcuch podczas pracy może ślizgać się między zębami, co prowadzi do naruszenia rozrządu zaworowego.

   Pomaga automatycznie dostosować napięcie łańcucha napinacze hydrauliczne. Są to tłoki, które naciskają na tzw. but. But jest przymocowany bezpośrednio do łańcuszka. To kawałek ze specjalną powłoką, wygięty w łuk. Wewnątrz napinacza hydraulicznego znajduje się tłok, sprężyna i wnęka robocza na olej. Olej dostaje się do napinacza i wypycha cylinder do prawidłowego poziomu. Zawór zamyka kanał olejowy, a tłok cały czas utrzymuje prawidłowe napięcie łańcucha.Na podobnej zasadzie działają kompensatory hydrauliczne w pasku rozrządu. Amortyzator łańcucha pochłania drgania szczątkowe, które nie zostały wytłumione przez but. Gwarantuje to perfekcyjną i precyzyjną pracę napędu łańcuchowego.

   Największy problem może wynikać z przerwanego obwodu.

   Wałek rozrządu przestaje się obracać, ale wał korbowy nadal się obraca i porusza tłokami. Dna tłoków docierają do tarcz zaworów, powodując ich deformację. W najcięższych przypadkach może również ulec uszkodzeniu blok cylindrów. Aby temu zapobiec, czasami stosuje się łańcuchy dwurzędowe. Jeśli jedno się zepsuje, drugie nadal działa. Kierowca będzie mógł naprawić sytuację bez konsekwencji.

3. pasekNapęd pasowy nie wymaga smarowania, w przeciwieństwie do napędu łańcuchowego.
   

   Zasoby pasa są również ograniczone i wynoszą średnio 60-80 tysięcy kilometrów.

   Dla lepszej przyczepności i niezawodności zastosowano paski zębate. Ten jest prostszy. Zerwany pasek przy pracującym silniku będzie miał takie same konsekwencje, jak zerwany łańcuch. Główne zalety napędu pasowego to łatwość obsługi i wymiany, niski koszt i cicha praca.

Od prawidłowego funkcjonowania całego mechanizmu dystrybucji gazu zależy praca silnika, jego dynamika i moc. Im większa liczba i objętość cylindrów, tym bardziej złożone będzie urządzenie do synchronizacji. Ważne jest, aby każdy kierowca zrozumiał strukturę mechanizmu, aby w porę zauważyć awarię.