Тайните на разпределителния вал
Работата на един изправен и добре настроен двигател е като музика. Всичко в него е подчинено на строга хармония на циклите, а самият двигател донякъде напомня на добре координиран оркестър. Сред стотиците части, които изграждат системите и механизмите на съвременния четиритактов двигател, има "изпълняващи части", но има и "проводници". Един от "проводниците" е разпределителният вал, който контролира най-важните работни процеси - пълнене и почистване на цилиндрите.
Разбира се, ролята на разпределителния вал може да се сравни с тази на диригент в оркестър. Но може би по-точно от инженерна гледна точка би било да го наречем софтуерен механизъм на бутален двигател с вътрешно горене.
Качеството на работните процеси в двигателя се осигурява от стриктното съотношение на неговите части, техните размери и последователност на действие. Абсолютно всичко се взема предвид: и формата на горивната камера, и диаметрите на клапаните, и дължината на всмукателния тракт, и моментът на запалване на горимата смес, с една дума, няма нито един параметър в двигателя, който да не влияе на съседа. Голяма част от частите се произвеждат веднъж фабрично по чертежите, дадени от проектанта, сглобяват се в единици и до самото разглобяване за ремонт остават недостъпни. И само разпределителният вал сред всички механизми изисква редовно внимание.
Тук отново идва на ум сравнението на двигател с музикален механизъм. Спомнете си популярните в миналото часовници, ковчежета, варели, които свиреха различни мелодии. Принципът на проектиране на техните задвижващи валове е подобен на този, използван при изчисленията на разпределителните валове. Набор от стоманени плочи, звучащи на различни ноти, които в определена последователност се придържат към издатините-щифтове на ролката - това е цялата мъдрост. Направи, настрои и механизмът "пее" сто години и на баби, и на внуци.
Условияработата на разпределителния вал е несравнимо по-лоша. Той трябва да издържа на "мелодията" на двигателя при различни обороти на коляновия вал, при плюс 1000 ° C в цилиндрите и минус 50 ° C навън, с часове, а понякога и с дни, непрекъснато, почти без почивка. В този случай валът трябва не само да кара свързаните с него клапани да се движат, но и да ги предпазва от претоварване.
Най-важният елемент на разпределителния вал е гърбицата. Има толкова гърбици, колкото и клапани в газоразпределителния механизъм. Обикновено по два на цилиндър. Броят на цилиндрите за различните двигатели, всеки знае, е различен. От едно до шестнадесет. Всичко, което се случва в един цилиндър, се осигурява от чифт гърбици, които контролират всмукателните и изпускателните клапани. Последователността на работа на отделните цилиндри зависи от положението на гърбичните двойки на вала. Освен това, разбира се, се отчита техният брой и разположение (редови, V-образни, боксерни), като редът на работа на всеки винаги е строго обвързан с точно определен и еднакъв ъгъл на завъртане на коляновия вал за всички. Задължително е работните процеси във всеки цилиндър да са възможно най-близки до еднаквост. Но първо, за юмрука.
Дебелата, или широката му част е предназначена за релакс, тънката е най-натоварена. За него са важни абсолютно всички части на повърхността, които са показани на фиг. 1. Освен това важността и тънкостта на изчисляването на профила на всяка част от гърбицата непрекъснато нараства с увеличаването на максималния брой обороти на двигателите. След като приехме разделянето на профила на гърбицата на сектори, ще ни бъде по-лесно да си представим тяхното значение. Да започнем от момента, в който вентилът е затворен и, притиснат към седалката, изстива.Това е особено важно за изпускателния клапан, който се измива само от горещи газове. По това време гърбицата също е свободна след триене в тласкача ("Волга", стари "москвичи"), кобилицата ("Москвич - 412") или лоста ("Лада") на задвижването на клапана и обърната към него с сектор за почивка. Бих искал да направя този период възможно най-дълъг. Но конструктивните характеристики на двигателите го ограничават в рамките на 140-160 градуса.
Завъртайки се заедно с вала, гърбицата трябва да избере термичната междина в работещата с нея фрикционна двойка и да започне да повдига клапана от седалката, подготвяйки го за пълно отваряне. Тук се намесва секторът на ускорението. Профилът на тази секция на гърбицата определя скоростта на повдигане на клапана и естеството на увеличаването на натоварванията върху гърбицата от пружината на клапана. В крайна сметка, дори в свободно състояние, пружината притиска клапана към седалката със сила до 15 кг. Когато клапанът е напълно отворен, съпротивлението на пружината добавя още 30 кг.И ако вземем предвид, че съотношението на рамената на лоста в задвижващия механизъм на клапана не е в полза на гърбицата, се оказва, че натоварването върху него се увеличава още повече и при максимална стойност може да достигне 50 кг. Разпределя се само на тънка линия по цялата ширина на гърбицата, чиято площ по правило не надвишава 0,2 mm2. Разбира се, всички тези цифри са приблизителни, но техните стойности са близки до реалните за повечето пътнически двигатели и благодарение на тях е възможно да се изчислят специфичните натоварвания върху работната зона на повърхността на гърбицата. Грубо изчисление ще даде стойност от 200 kg / mm2, което, образно казано, е равно на теглото на преобърната пирамида от 35 жигули, въз основа на площта на монета на стойност 1 копейка. Само специални стомани или охладен чугун, от които са направени разпределителните валове на съвременните двигатели, могат да издържат на такива огромни натоварвания и дори тогава, при условиезакаляване на термичната им обработка, добро смазване и точно спазване на времето за работа и почивка на гърбиците, което се определя от известните на всички луфтове. Зависи от размера на "хлабините във вентилите" как - с удар или постепенно - клапанът започва да се отваря и как - меко или с отскок - сяда обратно в седлото. Но повече за това по-късно.
Връщайки се към сектора за ускорение на гърбицата, можем също да кажем, че той съдържа мощностните характеристики на двигателя. Регулира времето за отваряне на клапана и влияе на пълненето на бутилката в по-голяма степен, отколкото на отвора за газове, отварян от клапана. Подобно на останалия сектор, искам да направя сектора на ускорението възможно най-голям.
Горната част на гърбицата определя времето, когато вентилът е напълно отворен. Естествено е да искате да го разширите и за това е необходимо да удължите повърхността, с други думи, да направите горната част тъп, разбира се, на същата височина, тъй като тя определя височината на повдигане на клапана.
От всичко казано за профила на гърбицата е очевидно, че дизайнерът винаги е изправен пред намирането на компромис, който да удовлетворява определени условия на работа на двигателя. Удължихме секторите за почивка и ускорение - дължината на върха намаля. В резултат на това получаваме клапанен механизъм, който работи в тих режим, с голям ресурс, но мощността на двигателя ще бъде ниска. Те направиха страничната повърхност по-стръмна и по-тъп (по-дълъг) връх - механизмът се натовари, времето му за почивка намаля, но изходната мощност на двигателя (производна на пълнене на цилиндъра) се увеличи.
След като създадете желания профил на камерата,проектантът избира оптималните условия за съвместна работа на клапаните - фазата на пълнене следва непосредствено след почистването на цилиндъра, като е важно да не се задържате нито с едното, нито с другото. Времето за това винаги е по-малко, отколкото бихме искали. Представете си един от най-често използваните режими на работа на двигателя – 2400 об./мин. Разпределителният вал ще се върти наполовина по-бързо и всеки от четирите всмукателни или изпускателни клапана на всяка от нашите отделни коли ще се отвори 1200 пъти за това време. 20 пъти в секунда, разпределителният вал ще трябва да отвори изпускателния клапан, да го затвори, да отвори всмукателния клапан, да го затвори и да остави клапаните да починат малко преди следващия цикъл. Липсата на време и естеството на газодинамичните процеси, протичащи в цилиндъра, позволяват да се комбинира началото на входа на свежа работна смес с края на изхода на отработените газове. В същото време те дори се припокриват донякъде, което в характеристиката на двигателя се нарича ъгъл на припокриване на газоразпределението (фиг. 2). За всеки двигател ъгълът на припокриване е различен и зависи от много параметри - от обема на цилиндъра, площта на потока на отворите под клапаните, промяната в дебита на газовете, изпускани от цилиндъра и съответната промяна на налягането в него и т.н. И се поддържа в необходимите граници чрез същата настройка на "хлабините на клапаните". Той определя и условията, при които трябва да работят клапите, които са буквално в самия ад.
Зоната за почивка на гърбицата позволява на клапана да се охлади поне една трета от времето от едно завъртане. Нещо му пада от зоните на ускорение, където е профилът на гърбицатазапочва да се отдалечава от кръга до стойността на общата хлабина в задвижването на клапана. Всички заедно могат да осигурят почивка на клапана за около половината от времето, през което валът се върти. И колкото по-висока е скоростта на разпределителния вал, толкова по-значима е за клапана тази разлика между третата и половината от работното време на гърбицата, която му е дадена за почивка.
Тук започва чистата практика, въпросите за правилното регулиране на хлабините в клапанния механизъм, които вълнуват всеки автомобилист. Тук може да има само две грешки, но има много повече последствия.
Разликата е малка. Това означава, че гърбицата, след като едва седна, но леко, клапанът в седлото, веднага, без да му позволява да почива и да се охлади, го повдига отново. При много малки пролуки, клапан, който се е удължил от нагряване, може дори да виси над седалката. В резултат на това температурата на плочата на клапана ще се повиши, краищата й ще започнат да се прегряват и изгарят, компресията в цилиндъра ще падне, а с нея и мощността. Понякога се стига до "прострелване" на карбуратора или ауспуха. С тези знаци ремонтът вече не може да бъде избегнат. Самата камера не остава без вредни последици. Той се трие в задвижващия механизъм на клапана повече време, смазва по-малко и в крайна сметка се износва преди време, което прави целия разпределителен вал напълно неизползваем.
Трябва да се отбележи, че всяко отклонение в размера на празнините води до промяна в ъглите на припокриване на фазите на газоразпределение, което също винаги е неподходящо.
Случва се, че след най-внимателното регулиране на пролуките остават удари от "хлабави" клапани. Причината е неравномерното износване на триещите се двойки. Възможно е да има чипове и неравномерни вдлъбнатини на лостовете и гърбиците. Най-често възникват повреди в регулирането на двигатели с долен разпределителен вал и горни клапани (Волга, московчани)средно поколение, "казаци"). Голям брой фрикционни двойки в тези задвижвания (фиг. 3, а) изисква повишено внимание и допълнителни грижи при ремонт и грижа за двигателя. По-модерните "Москвичи" и "Жигули" (фиг. 3, б) имат само три от тях и е много по-лесно да ги поддържате.