Газоразпределителен вал

Газоразпределителният механизъм (съкратено наименование – RM) е предназначен да осигури своевременна доставка на въздушна или гориво-въздушна смес към цилиндрите на двигателя (в зависимост от типа на двигателя) и отработените газове от бутилките. Тези функции се изпълняват чрез своевременно отваряне и затваряне на клапаните.

Механизмите за разпределение на клапаните за газ се използват на най-често използваните четиритактови бутални двигатели с вътрешно горене, следователно устройството за отчитане на времето се разглежда на неговия пример.

Газоразпределителният механизъм комбинира клапани с изпълнителен механизъм и разпределителен вал с задвижващ механизъм.

Схема за разпределение на газ
Клапаните директно подават въздух към бутилките (гориво / въздушна смес) и отработени газове. Клапанът се състои от плоча и пръчка. На съвременните двигатели, клапаните се намират в главата на цилиндъра, а точката на контакт на вентила с нея се нарича седалка. Има всмукателни и изпускателни клапани. За по-добро пълнене на цилиндрите диаметърът на плочата на входящия клапан обикновено е по-голям от изходния.

Клапанът се задържа в затворено състояние с помощта на пружина и се отваря при натискане на пръта. Пролетта се фиксира върху пръчката с помощта на пружинна плоча и бисквити. Пружините на клапаните имат определена твърдост, която гарантира, че вентилът се затваря по време на работа. За предотвратяване на резонансни трептения на клапаните могат да бъдат монтирани две пружини с по-малка твърдост, с противоположна намотка.

Клапаните са изработени от метални сплави. Работният ръб на клапанния диск е подсилен. Стълбът на входящия клапан обикновено е плътен, а изходният вентил е кух, с натриево пълнене за по-добро охлаждане.

Повечето съвременни двигатели с вътрешно горене имат два всмукателни и два изпускателни клапана за всеки цилиндър. В допълнение към тази схема се използва: схема с два клапана (един всмукателен, един изпускателен), схема с три клапана (два всмукателни, един изпускателен), схема с пет клапана (три всмукателни, две изпускателни). Използването на по-голям брой клапани е ограничено от размера на горивната камера и от сложността на задвижването.

Клапанът се отваря с помощта на задвижващ механизъм, който предава силата от разпределителния вал към клапана. В момента има две главни схеми за задвижване на клапаните: хидравлични тласкачи и ролкови лостове.

Ролковите лостове като задвижващи механизми на клапаните са по-предпочитани, тъй като имат по-малко загуба на триене и по-малко тегло. Валяк лост (други имена – рокер, рокер, от английски „рокер“) с една страна лежи на стъблото на вентила, а другият – на хидравличния компенсатор (в някои проекти на шарнирното съединение). За да се намалят загубите от триене, интерфейсът между лоста и кула на разпределителния вал е направен във формата на валяк.

С помощта на хидрокомпенсатори в задвижващия механизъм на клапана, във всички положения се реализира нулева топлинна хлабина, осигуряват се по-малко шум и мекота на работа. Конструктивно хидравличният компенсатор се състои от цилиндър, бутало с пружина, възвратен клапан и канали за подаване на масло. Хидравличният компенсатор, разположен директно върху спирачния кран на клапана, се нарича хидравличен тласкач (хидравличен тласкач).

Разпределителният вал осигурява функционирането на газоразпределителния механизъм в съответствие с работната процедура на цилиндъра и времето на разпределителния вал, приет за този двигател. Това е вал с раздалечени гърбици. Формата на гърбиците определя времето на вентила , а именно моментите на отваряне и затваряне на клапаните и продължителността на тяхната работа. Значително увеличаване на ефективността на синхронизирането и следователно подобрение в работата на двигателя се дава от различни системи с променлива синхронизация на клапаните .

При съвременните двигатели разпределителният вал се намира в главата на цилиндъра. Тя се върти в лагерите, направени под формата на подпори. Използват се както подвижни опори, така и еднокомпонентни (валът се поставя от края). В някои двигатели в опорите се използват тънкостенни облицовки. От движение в надлъжна посока, разпределителният вал се държи от упорния лагер, който е разположен отстрани на задвижващия вал. Към лагерите на разпределителния вал, чрез отделни канали и под налягане, от системата за смазване се подава масло.

Има две схеми за подреждане на разпределителния вал в главата на цилиндъра:

единичен вал – SOHC (еднополюсен разпределителен вал);
Двуосен вал – DOHC (двойна надлъжна клапа).
Във връзка с широкото използване на четири клапана на цилиндър, предпочитание се дава на схемата за двутактова синхронизация (единият разпределителен вал осигурява задвижването на всмукателните клапани, а другият – на отработените газове). В V-двигателя има четири разпределителни вала – по два за всеки ред цилиндри.

Разпределителният вал се задвижва от коляновия вал от задвижващ механизъм, който го завърта два пъти по-бавно от коляновия вал (специфичен клапан се отваря само веднъж в един цикъл на двигателя). При използване на задвижващия ремък на разпределителния вал , веригата и зъбната предавка.

Задвижване на ремъчната и верижната трансмисия на разпределителния вал, разположен в главата на цилиндъра. Предаването се върти, като правило, на разпределителния вал в цилиндровия блок. В ежедневието предавката на разпределителния вал се нарича „китара“ (под формата на две свързани зъбни колела).

Ремъците и верижните трансмисии имат както предимства, така и недостатъци, така че се използват на равна основа в момента. Верижното задвижване е по-надеждно и съответно трайно. Но веригата е по-тежка от колана, следователно изисква допълнителни устройства за опъване (обтягащи ролки) и затихване на вибрациите (амортисьорите). Натягащите ролки осигуряват напрежение с пружина и поради налягането на маслото в смазочната система. Като верижно задвижване на разпределителния вал се използват едно- и двуредни ролкови вериги. Те постепенно се заменят с зъбни вериги , които взаимодействат със зъбни колела със специална форма. В допълнение към разпределителния вал, една маслена помпа и балансиращи валове могат да бъдат задвижвани от верига .

Задвижването на ремъка не изисква смазване, поради което се монтира открито на ролките. Въпреки това, ремъка в сравнение с веригата има ограничен ресурс. Вярно е, че този ресурс не е толкова малък. Съвременните ремъци „минават през“ 100-150 хиляди километра. Като ремъчна предавка широко се използват ремъците на предавките на разпределителния вал . Язовирите на вътрешната повърхност на зъбния ремък се захващат със зъбите на ролките (предавките), като по този начин се осигурява въртене. При TDI двигателите се използва елипсовиден механизъм на задвижването със зъбен ремък, което намалява силата на теглене и вибрациите на усукване на разпределителния вал. Заедно с разпределителния вал, зъбният ремък може да задвижва маслена помпа, помпа за охлаждане ,горивна помпа с високо налягане. Демодромичен се нарича вид газоразпределителен механизъм , който осигурява директен контрол на повдигането и спускането на клапаните, което осигурява тяхното своевременно отваряне и затваряне при всички обороти на коляновия вал на двигателя.

Десмодромичният механизъм получи името си от две гръцки думи: десмос (контрол, комуникация, контрол) и дромос (действие, движение) – „контролирано движение“ .

През 50-те години на миналия век на състезателните автомобили на Mercedes-Benz се използва схемата за разпределение на газовия де-модел. В момента десмодромният механизъм се използва в двигатели с вътрешно горене, монтирани на състезателни мотоциклети Ducati , и е отличителен белег на компанията.

Демодромичният механизъм има общоприето международно име Desmodromic .

Контролираното движение на вентила в десмодромния механизъм се извършва с помощта на специален задвижващ механизъм, който включва:

разпределителен вал със специални профилни гърбици (по друга схема – два разпределителни вала, един за затваряне, другият за отваряне на клапани);
две кобилици, които отварят и затварят всеки клапан;
елементи на свързващата (шайба) кобилица с клапан.
Схема на десмодромния механизъм
Схема на десмодромния механизъм

Използването на десмодромния механизъм позволява предотвратяване на т.нар. „Спиране на клапана“ (незавършено затваряне на клапана, преди буталото да достигне горната мъртва точка), в резултат на висока скорост на двигателя, инерция на клапана и резонанс на пружината. Замразяването на вентила може да доведе до сериозни проблеми:

сблъсък на буталото с вентила и в резултат на тяхното унищожаване;
прегряване на клапаните и в резултат на това изкривяване и разрушаване;
преждевременно запалване на гориво-въздушната смес и в резултат на това намаляване на налягането на газа, намаляване на мощността на двигателя и увеличаване на вредните емисии.
Заедно със системата Desmodromic, проблемът за затваряне на клапани на съвременните двигатели е решен по други начини:

използването на няколко (две-три) пружини, разположени един в друг и предотвратяващи резонансни колебания;
използването на нови материали и сплави за производството на клапани и пружини, намаляващи теглото им;
използване на пневматични задвижващи клапани ( във Формула 1 спортни автомобили ).
Схемата за разпределение на газ Demodrom има редица съществени недостатъци, които ограничават широкото му използване:

високата цена на строителството поради точността на частите;
трудността на поддръжката поради наличието на голям брой движещи се части, склонни към износване;
високо ниво на шума;
тромава система и като следствие от прилагането на двигатели за мотоциклети.
Системата Desmodromic не е идеално техническо решение, но въпреки това продължава да се прилага и до днес.