Vidaus degimo variklis veikia tik tada, kai visi jo mechaniniai komponentai juda griežtai suderintu ritmu. Stūmoklių judėjimas, vožtuvų atsidarymas ir degimo momentas turi vykti tiksliai nustatyta seka.
Paskirstymo velenėlio konstrukcija ir funkcijos
Paskirstymo velenas yra gyvybiškai svarbus vidaus degimo variklio komponentas, atsakingas už įsiurbimo ir išmetimo vožtuvų laiko kontrolę. Skirstomojo veleno serija turi kiaušinio formos kumštelių skilteles, kurios sukimosi judesius paverčia linijiniu. Skirstomojo veleno ilgis paprastai svyruoja nuo 10 iki 32 colių, o skersmuo - nuo 1 iki 2 colių.
Skirstomasis velenas nustato, kada įsiurbimo ir išmetimo vožtuvai atsidaro ir užsidaro alkūninio veleno padėties atžvilgiu. Stūmiklio ir svirties rankos sąveika: stūmiklio varikliuose, tokiuose kaip nedidelis Chevrolet blokas, kumštelių skiltys stumia stūmoklius, kurie valdo vožtuvus per svirties svirtis - paprastai po vieną kiekvienam vožtuvui. Šios sistemos užtikrina, kad abu komponentai suktųsi sinchroniškai, o tai būtina norint tinkamai parinkti vožtuvą.
Skirstomojo veleno išdėstymas skiriasi priklausomai nuo variklio konstrukcijos. Daugelis šiuolaikinių variklių naudoja kintamo vožtuvo laiko nustatymo (VVT) sistemas, kurios reguliuoja vožtuvo laiką, trukmę ir pakėlimą pagal variklio sąlygas realiuoju laiku. Skirstomasis velenas yra esminis vidaus degimo variklių komponentas, turintis įtakos įvairiems veikimo, efektyvumo ir išmetamųjų teršalų aspektams.
Skirstomasis velenas užtikrina tikslų vožtuvų atidarymo ir uždarymo laiką, išlaikant įsiurbimo ir išmetimo vožtuvus sinchroniškai su stūmoklio judėjimu. Paprastai skirstomasis velenas sukasi perpus mažesniu greičiu nei alkūninis velenas. Skirstomojo veleno specifikacijos, įskaitant trukmę, pakėlimą ir skilties atskyrimo kampą (LSA), daro didelę įtaką variklio sklandumui ir efektyvumui. Dideliam našumui sukurtas skirstomasis velenas gali paaukoti žemą sukimo momentą, kad būtų padidinta galia. Skirstomasis velenas atlieka pagrindinį vaidmenį nustatant variklio galios diapazoną - apsukų diapazoną, kuriame variklis veikia efektyviausiai. Problemos, susijusios su skirstomuoju velenu arba jo jutikliais, gali sukelti didelių variklio veikimo problemų.
Paskirstymo velenėlių tipai
Pagal skaičių skirstomuosius velenus galima suskirstyti į dviejų tipų: vieną viršutinį skirstomąjį veleną (SOHC) ir dvigubą viršutinį skirstomąjį veleną (DOHC).
- Vienas viršutinis skirstomasis velenas (SOHC) reiškia tik vieną skirstomąjį veleną ant cilindro galvutės, kuris tiesiogiai varo įsiurbimo ir išmetimo vožtuvus, yra paprastos konstrukcijos ir tinka greitaeigiams varikliams.
- Dvigubas viršutinis skirstomasis velenas (DOHC) - tai du skirstomieji velenai, sumontuoti ant cilindro galvutės, vienas skirtas varyti įsiurbimo vožtuvui, o kitas - išmetimo vožtuvui.
Anksčiau buvo bendrai naudojamas šoninis skirstomasis velenas, t.y. skirstomasis velenas cilindro šone, kurį tiesiogiai varo paskirstymo pavara. Kad skirstomojo veleno sukimąsi paverstų vožtuvo slenkamuoju judesiu, galiai perduoti reikia naudoti vožtuvo svirtis. Tokiu būdu yra daug slankiojančių dalių ir didelė inercinė masė, kuri nėra palanki greitam variklio judėjimui. Be to, ploni srieginiai sriegiai turi tam tikrą elastingumo laipsnį, kuris gali lengvai sukelti vibraciją, pagreitinti dalių susidėvėjimą ir netgi padaryti vožtuvą nekontroliuojamą.
Paskirstymo diržas ir jo reikšmė
Paskirstymo diržas sujungia alkūninį veleną su paskirstymo velenu ir palaiko tikslų jų tarpusavio santykį. Kitaip tariant, jis suderina stūmoklių judėjimą su vožtuvų darbu. Pagrindinė paskirstymo diržo funkcija yra perduoti sukamąjį judesį iš alkūninio veleno į paskirstymo veleną taip, kad būtų išlaikytas tikslus fazių santykis. Keturtakčiame variklyje alkūninis velenas per du apsisukimus atlieka pilną darbo ciklą, o paskirstymo velenas tuo metu apsisuka vieną kartą. Diržo konstrukcija yra dantyta, tai leidžia išvengti slydimo ir užtikrina mechaninį tikslumą. Kiekvienas dantis turi atitikti skriemulio profilį. Techniniu požiūriu paskirstymo diržas yra sinchroninis perdavimo elementas, palaikantis nustatytą kampinį santykį tarp alkūninio ir paskirstymo velenų.
Paskirstymo diržas gaminamas iš sustiprintos sintetinės gumos su armuojančiu sluoksniu. Šiuolaikiniai paskirstymo diržai gaminami iš kelių sluoksnių. Išorinis sluoksnis atsparus temperatūrai ir aplinkos poveikiui. Dantų profilis suprojektuotas taip, kad tiksliai atitiktų skriemulius. Diržas veikia nuolatinėje dinaminėje apkrovoje, todėl jo konstrukcija turi išlaikyti formą ir elastingumą per visą eksploatacijos laikotarpį. Paskirstymo grandinė yra metalinė ir dažniausiai dirba alyvoje. Pasirinkimą lemia variklio konstrukcija. Nei viena sistema savaime nėra universaliai pranašesnė.
Daugelyje variklių paskirstymo diržas suka ir vandens siurblį. Vandens siurblys cirkuliuoja aušinimo skystį per variklio bloką ir cilindrų galvutę, palaikydamas darbinę temperatūrą. Dėl to paskirstymo sistema turi būti vertinama kaip vientisas mechaninis mazgas.
Fazių tikslumas ir jo svarba
Keturtaktis variklis veikia pagal keturias fazes: įsiurbimą, suspaudimą, degimą ir išmetimą. Įsiurbimo metu atsidaro įsiurbimo vožtuvas ir į cilindrą patenka oro bei kuro mišinys. Suspaudimo fazėje visi vožtuvai turi būti uždaryti. Visą šį procesą koordinuoja paskirstymo diržas. Dauguma šiuolaikinių variklių yra interferenciniai. Tokio tipo varikliuose fazių tikslumas yra kritiškai svarbus.
Fazių nuokrypis gali pasireikšti sumažėjusia trauka, netolygiu darbu ar padidėjusiomis degalų sąnaudomis. Moderniuose automobiliuose galimi ir diagnostiniai klaidų kodai, susiję su paskirstymo fazėmis. Vis dėlto ne visais atvejais simptomai būna aiškūs. Kadangi vožtuvo judėjimo dėsnis yra susijęs su variklio galia ir veikimo charakteristikomis, skirstomojo veleno konstrukcija vaidina labai svarbų vaidmenį variklio projektavimo procese.
Alkūninio ir paskirstymo velenų sąveika
Alkūninio veleno ir skirstomojo veleno sukimosi greitis ir būdas skiriasi, todėl tiesioginio ryšio tarp jų apsisukimų skaičiaus nėra. Tačiau vidaus degimo variklių darbo procese alkūninio veleno ir skirstomojo veleno sukimasis yra glaudžiai susiję. Paprastai kiekvienas vidaus degimo variklio alkūninio veleno apsisukimas sukelia paskirstymo veleną pusę apsisukimo, o tai reiškia, kad skirstomojo veleno sukimosi greitis yra pusė alkūninio veleno sukimosi greičio. Taip yra todėl, kad vidaus degimo variklio keturių taktų cikle alkūninis velenas turi suktis du ciklus, kad būtų atlikta viena operacija, o paskirstymo velenui tereikia vieno ciklo, todėl jo sukimosi greitis yra perpus mažesnis nei alkūninio veleno.
Skirstomojo veleno sukimasis yra susijęs su alkūninio veleno sukimu, o apsisukimų skaičius priklauso nuo skirstomojo veleno kumštelių skaičiaus ir formos, taip pat nuo alkūninio veleno tipo ir sukimosi greičio. Paprastai pasukus vieną alkūninį veleną, skirstomasis velenas pasisuks tam tikrą skaičių kartų, ir šis santykis vadinamas skirstomojo veleno lėtėjimo koeficientu. Alkūninis velenas yra pagrindinis judantis variklio komponentas, atsakingas už linijinio stūmoklio judėjimo pavertimą sukamuoju judesiu ir galios perdavimą ratams per švaistiklį; skirstomasis velenas yra svarbus komponentas, valdantis variklio įsiurbimą ir išmetimą.
Nors alkūninis velenas ir skirstomasis velenas yra du nepriklausomi komponentai, jų judėjimo būsena gali turėti įtakos vienas kitam. Pavyzdžiui, varikliui dirbant dideliu greičiu, alkūninis velenas sukasi greičiau, todėl reikia daugiau tepalinės alyvos plėvelės, apsaugančios alkūninio veleno paviršių nuo susidėvėjimo, o tepalinės alyvos tiekimui reikia ir skirstomojo veleno valdymo. Be to, skirstomojo veleno konstrukcija ir gamybos kokybė taip pat tiesiogiai veikia variklio veikimo būseną ir veikimo rodiklius.
Hidrauliniai vožtuvų tarpų reguliavimo sistemos
Šiuolaikiniuose automobilių variklių paskirstymo mechanizmuose dažniausiai naudojamos hidraulinės vožtuvų tarpų reguliavimo sistemos. Pagrindinis šios sistemos elementas, paprastai vadinamas hidrauliniu stūmikliu, sąveikauja su paskirstymo velenėliu tiesiogiai arba per vožtuvo svirtelę. Taip galima išvengti gana dažnai pasitaikančios situacijos, kai velenėlis dirba svyruodamas dėl lizdų ašių nesutapimo.
Hidraulinio stūmiklio veikimas yra paremtas kontroliuojamu alyvos srautu tarp aukšto ir žemo slėgio kamerų. Tipinis hidraulinis stūmiklis susideda iš korpuso (1), kurio viduje slankioja plunžeris (2), kurio veikimas paremtas atbuline spyruokle (3). Kai vožtuvo svirtelė nespaudžia plunžerio galvutės, atbulinė spyruoklė (3) pakelia jį į viršų. Variklio alyva iš žemo slėgio kameros (slėgis 2-3 atm.) per vienos krypties rutulinį vožtuvą (4) užpildo aukšto slėgio kamerą (6).
Tarpas tarp vožtuvo svirtelės ir paskirstymo velenėlio kumštelio panaikinamas. Vožtuvo svirtelė iš vienos pusės yra paremta vožtuvo stūmiklio plunžerio, o iš kitos pusės - vožtuvo koto. Paskirstymo velenėlio kumštelio nuspaudžiama svirtelė stumia variklio vožtuvą į apačią. Varikliui įkaitus, variklio vožtuvas, veikiamas temperatūros, pailgėja. Šis pailgėjimas turi būti kompensuotas pažeminant vožtuvo svirtelės atramos tašką (t. y. pakeičiant hidraulinio stūmiklio ilgį). Priešingu atveju variklio vožtuvo galvutė negulės savo lizde - vožtuvas bus ne iki galo uždarytas.
Kai vožtuvo svirtelė spaudžia plunžerio galvutę, alyva išstumiama iš hidraulinio stūmiklio aukšto slėgio kameros (6) per kalibruotą išleidimo plyšį (8). Kuro ir oro mišinio slėgis iš degimo kameros per ne iki galo uždarytą vožtuvą perkeliamas į paskirstymo velenėlio kumštelius ir veikia juos 1000 - 1500 kG jėga. Tokia jėga nuplėšia apsauginį alyvos sluoksnį, esantį tarp svirtelės (arba stūmiklio) ir paskirstymo velenėlio kumštelio. Dėl to šie elementai sąveikauja „sausai“, todėl labai staigiai kyla jų temperatūra ir abu elementai labai greitai dyla.
Paskirstymo velenėlio gedimai ir priežiūra
Tokiomis sąlygomis dirbanti sistema - paskirstymo velenėlis - hidraulinis stūmiklis / vožtuvo svirtelė - visiškai sudyla automobiliui nuvažiavus vos 100 km. Paskirstymo velenėlio kumšteliu ir su jais sąveikaujančių svirtelių / hidraulinių stūmiklių priešlaikinis sudilimas dažniausiai pasireiškia automobiliuose, kurių varikliai yra ypač jautrūs laikinai tepimo stokai. Visų pirma, tai visi „Ford“ 1,3-1,6 (CVH), 1,8 (CVH) TD varikliai bei „Opel“ 1,3 OHC arba 1,6 (16 DA) varikliai.
Skirstomojo veleno konstrukcija turi įtakos vožtuvų pavaros komponentų susidėvėjimui. Skirstomojo veleno priežiūra yra labai svarbi siekiant užtikrinti optimalų variklio darbą ir ilgaamžiškumą. Reguliarus bandymas ir techninė priežiūra gali padėti išvengti problemų, dėl kurių variklis gali sugesti.
Kietumas ir gamybos technologijos
Šių elementų kietumas priklauso tiek nuo automobilio modelio, tiek nuo sąveikaujančios poros (velenėlis ir kumštelis) gamybos technologijos. Paskirstymo velenėlio kumšteliai, pagaminti iš tipinio pilkojo ketaus, naudojamo anksčiau išvardintuose „Opel“ arba „Ford“ varikliuose, tradiciškai grūdinami iki minimaliai 50 HRC (kumštelio snapelis) ir minimaliai iki 20 HRC įdėklų vietose. Esant vadinamajai „chilled cast iron“ (liejimas esant vietiniam aušinimui) medžiagai / technologijai, šios reikšmės gali siekti atitinkamai 44 HRC (snapelis) ir 35 HRC (cilindrinė dalis).
Labai svarbi sąlyga yra ta, kad tarpusavyje sąveikaujanti pora (kumštelis ir svirtelė / stūmiklis) būtų tinkamai parinkta. Kad ir kaip keista, bet paskirstymo velenėliai, pagaminti pagal „chilled cast“ technologiją, nepasižymi kietesniu kumštelių paviršiumi. Be to, reikia atsiminti, kad, pvz., stūmiklio galvutė, sąveikaujanti su velenėlio kumšteliu, turi sferinį paviršių, kurio minimalus spindulys yra apie 1250 mm. Tokia abiejų elementų konstrukcijos užduotis - sukurti stūmiklio plunžerio sukamąjį judesį darbo metu tam, kad jis nesiliestų su kumšteliu nuolat tuo pačiu tašku.
Prevencinės priemonės ir diagnostika
Norint išvengti priešlaikinio paskirstymo velenėlio kumštelių sudilimo, būtina laikytis šių rekomendacijų:
- Kruopščiai išanalizuoti paskirstymo velenėlio susidėvėjimo priežastis. Visų pirma, būtina patikrinti vožtuvų darbo tinkamumą (ar jie nėra sugedę) bei tepimo sistemą (kartu su alyvos siurbliu, vožtuvu ir t.t.).
- Vengti pakartotinio susidėvėjusių hidraulinių elementų montavimo.
- Sutepti paskirstymo velenėlio kumštelius specialia priemone, kurios konsistencija kaip sutirštintos alyvos.
- Patikrinti paskirstymo velenėlio sukimosi laisvumą idėklų lizduose.
- Montuojant naujus hidraulinius stūmiklius, įspausti jų plunžerius apie pusę eigos (2-3 mm).
- Laikytis tinkamos variklio paleidimo procedūros.
- Tinkamas tepimas: norint sumažinti susidėvėjimą, būtinas tinkamas tepimas. Reikia naudoti aukštos kokybės variklio alyvą, laikantis klampumo rekomendacijų, nurodytų transporto priemonės vadove.
- Venkite per didelio sūkių skaičiaus: per didelis apsisukimų dažnis gali apkrauti skirstomąjį veleną, o tai gali sukelti ankstyvą nusidėvėjimą.
- Tinkamas apšilimas ir atvėsimas: leidžiant varikliui įšilti prieš agresyvų važiavimą, sumažėja skirstomojo veleno įtampa.
Atlikę visus anksčiau nurodytus veiksmus, 90 % atvejų išvengsime pakartotinio paskirstymo velenėlio gedimo.
Simptomai, tokie kaip staigi tuščioji eiga, uždegimo pertrūkiai arba galios praradimas, gali rodyti paskirstymo veleno problemas. Dėl skirstomojo veleno sandariklio nutekėjimo gali sumažėti alyvos lygis, o tai kenkia variklio būklei. Reguliariai tikrinkite skirstomojo veleno skilteles ir kakliukus, ar nėra įbrėžimų, įdubimų ar spalvos pakitimų požymių. Magnetinių dalelių tikrinimas - šis neardomasis bandymo metodas apima skirstomojo veleno įmagnetinimą ir magnetinio tirpalo panaudojimą paviršiaus įtrūkimams ar defektams aptikti. Suspaudimo ir cilindrų nuotėkio bandymai gali padėti nustatyti veikimo problemas, susijusias su skirstomojo veleno problemomis. Jei aptinkami nusidėvėjimo simptomai arba iškyla veikimo problemų, patartina pasikonsultuoti su sertifikuotu techniku, kad būtų atlikta išsami diagnozė.
Pasaulinė automobilių skirstomųjų velenų rinka
Pasaulinė automobilių skirstomųjų velenų rinka 2023 m. buvo įvertinta 9.63 mlrd. USD. Prognozuojama, kad iki 2031 m. ji pasieks 12.88 mlrd. USD. Kiti skaičiavimai rodo, kad 2023 m. rinkos dydis sieks 2.94 mlrd. USD, o 2032 m. turėtų išaugti iki 4.26 mlrd. USD. Kita prognozė rodo, kad rinka išaugs nuo 3.9 mlrd. USD 2023 m. iki 5.99 mlrd. USD.
tags: #keturtakciai #varikliai #alkuninis #paskirstymo #velenelis