Skirstomasis velenas yra gyvybiškai svarbus vidaus degimo variklio komponentas, atsakingas už įsiurbimo ir išmetimo vožtuvų laiko kontrolę. Jis užtikrina, kad vožtuvai atsidarytų ir užsidarytų tinkamu laiku, optimizuodamas degimo procesą variklyje. Beveik visi keturtakčiai stūmokliniai vidaus degimo varikliai turi skirstomojo veleno pagrindu veikiantį dujų paskirstymo mechanizmą (DSM).
Skirstomasis velenas yra stūmoklinio variklio komponentas. Nors keturtakčio variklio skirstomojo veleno apsisukimų dažnis yra perpus mažesnis už alkūninio veleno greitį, tačiau dažniausiai jo apsisukimų dažnis vis tiek yra labai didelis, ir jis turi atlaikyti didelį sukimo momentą. Todėl skirstomojo veleno konstrukcijai keliami aukšti stiprumo ir atramos reikalavimai, o jo medžiaga dažniausiai yra specialus ketus, kartais naudojami kaltiniai. Kadangi vožtuvo judėjimo dėsnis yra susijęs su variklio galia ir veikimo charakteristikomis, skirstomojo veleno konstrukcija užima labai svarbią vietą variklio projektavimo procese.
Skirstomojo veleno sandara ir veikimo principai
Skirstomojo veleno korpusas yra cilindrinis strypas, tokio pat ilgio kaip cilindro blokas. Ant jo yra keli kumšteliai, kuriais varomi vožtuvai. Vienas skirstomojo veleno galas yra guolio atramos taškas, o kitas galas yra prijungtas prie varančiojo rato. Pagrindiniai skirstomojo veleno elementai yra kumšteliai, kurių skaičius variklyje be fazių keitimo mechanizmo atitinka bendrą vožtuvų skaičių (tiek prie įsiurbimo, tiek prie išmetimo).
Kumšteliai turi sudėtingą lašo formos profilį. Kai skirstomasis velenas sukasi, kumšteliai įsibėgėja ir nubėga nuo stūmoklių, taip užtikrinant vožtuvo pavarą. Kumštelio konstrukcijos tikslas - užtikrinti pakankamą cilindro įsiurbimą ir išmetimą, konkrečiai, kad vožtuvas atsidarytų ir užsidarytų per trumpiausią įmanomą laiką. Be to, atsižvelgiant į variklio ilgaamžiškumą ir veikimo sklandumą, vožtuvas neturėtų turėti per daug įtakos dėl pagreičio ir lėtėjimo proceso atidarymo ir uždarymo metu, nes priešingu atveju tai sukels rimtą vožtuvo susidėvėjimą, padidins triukšmą ar kitas rimtas pasekmes. Dėl to yra tiesioginis ryšys tarp kumštelio ir variklio galios, išėjimo sukimo momento bei veikimo sklandumo.
Paprastai tariant, eiliniame variklyje vienas kumštelis atitinka vieną vožtuvą, o V tipo variklis arba horizontaliai priešingas variklis turi po kumštelį kiekvienam dviem vožtuvams. Rotaciniam varikliui ir varikliui be vožtuvų nereikia kumštelių dėl jų ypatingos struktūros. Skirstomojo veleno ilgis paprastai svyruoja nuo 10 iki 32 colių, o jo skersmuo - nuo 1 iki 2 colių.
Skirstomojo veleno tipai pagal montavimą ir konstrukciją
Skirstomieji velenai skirstomi į kelias grupes pagal montavimo būdą ir kiekį viename variklyje, pavaros tipą, pritaikymą įvairiems laiko dydžiams ir kai kurias konstrukcijos ypatybes.
- Viršutinis paskirstymo velenas (OHC): Šioje konstrukcijoje skirstomasis velenas yra virš cilindro galvutės ir tiesiogiai valdo vožtuvus. Tai dažniausiai pasitaikantis tipas šiuolaikiniuose varikliuose.
- Dvigubas viršutinis paskirstymo velenas (DOHC): Šioje konstrukcijoje kiekvienam cilindrų blokui yra du paskirstymo velenai - vienas įsiurbimo vožtuvams, o kitas - išmetimo vožtuvams. Tai leidžia tiksliau nustatyti vožtuvų laiką ir pagerinti variklio našumą.
- Stūmiklis arba droselis (OHV): Šioje konfigūracijoje skirstomasis velenas yra variklio bloke, po cilindrais, ir valdo vožtuvus per stūmiklius ir svirteles. Ši konstrukcija rečiau naudojama šiuolaikiniuose varikliuose.
Paprastai apatiniuose velenuose papildomų elementų nėra, jų tepimas atliekamas dėl karteryje esančios alyvos dulksnos ir slėginės alyvos tiekimo į atraminius kakliukus per įvores. Viršutiniuose velenuose dažnai yra išilginis kanalas, o atraminiuose kakliuose atliekamas skersinis gręžimas - tai užtikrina, kad kakliukai yra sutepti tepant alyvą slėgiu.
Kintamasis vožtuvo laikas (VVT)
Daugelis šiuolaikinių variklių naudoja kintamo vožtuvo laiko nustatymo (VVT) sistemas, kurios reguliuoja vožtuvo laiką, trukmę ir pakėlimą pagal variklio sąlygas realiuoju laiku. Šios sistemos, apimančios skirstomojo veleno reguliatorių ir skirstomojo veleno fazatorius, leidžia varikliams prisitaikyti prie skirtingų važiavimo sąlygų, optimizuojant našumą, degalų ekonomiją ir išmetamųjų teršalų kiekį. VVT sistemos prisideda prie geresnio variklio našumo, degalų sąnaudų ir mažesnių išmetamųjų teršalų.
Skirstomojo veleno reguliatorius yra komponentas, dažnai naudojamas su VVT sistemomis, leidžiantis reguliuoti skirstomąjį veleną, šiek tiek jį pasukti, kad būtų galima paspartinti arba sulėtinti vožtuvų paskirstymą. Dažniausiai naudojami alyva valdomi reguliatoriai, kurie naudoja variklio alyvos slėgį tiksliam skirstomojo veleno padėties sureguliavimui. Pažangiose sistemose reguliatorius gali būti valdomas elektroniniu būdu, suteikiant didesnį tikslumą. Skirstomojo veleno reguliavimo valdymo vožtuvas ir centrinis vožtuvas kontroliuoja alyvos slėgį, turintį įtakos skirstomojo veleno paskirstymo laikui.
Skirstomojo veleno komponentai
Kumštelio skiltys (Cam Lobes)
Skirstomojo veleno serija turi kiaušinio formos kumštelių skilteles, kurios sukimosi judesius paverčia linijiniu. Paprastai vienas kumštelis atitinka vieną vožtuvą. Dėl kumštelio profilio ypatumų pasiekiamas ne tik vožtuvų atidarymas ir uždarymas, bet ir jų išlaikymas atidarytu tam tikrą laiką, persidengimas pagal fazes ir kt.
Skirstomojo veleno padėties jutiklis
Skirstomojo veleno padėties jutiklis (arba CMP) atlieka svarbų vaidmenį šiuolaikiniuose varikliuose, teikdamas informaciją variklio valdymo blokui (ECU) apie skirstomojo veleno padėtį. Tai leidžia varikliui reguliuoti degalų įpurškimą ir uždegimo laiką. Jutiklis stebi skirstomojo veleno sukimąsi ir padėtį, siųsdamas signalus į ECU. Jei jutiklis sugenda, tai gali sukelti prastą variklio darbą, uždegimo pertrūkius ar net variklio gedimą.
Skirstomojo veleno krumpliaratis/žvaigždutė
Skirstomojo veleno krumpliaratis arba žvaigždutė yra dalis, jungianti skirstomąjį veleną su paskirstymo grandine arba diržu. Ji yra atsakinga už sukimosi jėgos perdavimą iš alkūninio veleno į paskirstymo veleną, užtikrindama, kad skirstomasis velenas suktųsi sinchroniškai su alkūniniu velenu. Sistemos tikslumas yra labai svarbus norint išlaikyti teisingą vožtuvų paskirstymo laiką.
Skirstomojo veleno sandariklis
Skirstomojo veleno sandariklis yra svarbi dalis, kuri neleidžia alyvai nutekėti iš skirstomojo veleno srities ir užtikrina tinkamą variklio tepimą. Jis yra skirstomojo veleno priekyje arba gale, kur jis eina per variklio bloką arba cilindro galvutę. Pagrindinė jo funkcija yra užsandarinti tarpą tarp skirstomojo veleno ir variklio, kad būtų išvengta alyvos nutekėjimo ir teršalų patekimo.
Skirstomojo veleno guolis
Skirstomojo veleno guoliai užtikrina sklandų, mažos trinties sukimąsi, padėdami išvengti per didelio susidėvėjimo ir užtikrindami ilgalaikį patikimumą. Jie palaiko skirstomojo veleno sukimąsi, sumažina trintį ir nusidėvėjimą, prailgindami variklio tarnavimo laiką. Guoliuose padarytos skylės variklio alyvai tiekti į kakliukus iš bendros variklio tepimo sistemos.
Dujų skirstymo mechanizmo (DSM) veikimas
Vidaus degimo variklio veikimo principas neatsiejamas nuo efektyvaus dujų skirstymo mechanizmo (DSM) veikimo. Šis mechanizmas atsako už degiojo mišinio padavimą į cilindrus ir sudegusių dujų pašalinimą, užtikrinant optimalų variklio efektyvumą ir galią. Pagrindinė dujų skirstymo mechanizmo užduotis - užtikrinti tinkamą cilindrų pripildymą degiuoju mišiniu, efektyvų sudegusių dujų šalinimą ir patikimą cilindro sandarumą suspaudimo bei darbo taktų metu.
Dujų mainai vykdomi kiekviename cilindre įmontuotais vožtuvais, o jų pavarą ir darbo sinchronizavimą su alkūniniu mechanizmu bei kitomis jėgos agregato sistemomis atlieka viena dalis - skirstomasis velenas. Kiekvienai febi atsarginei daliai atliekama intensyvi ir reguliari originalių komponentų charakteristikų atitikimo patikra. Elektronikos komponentai - ne išimtis.
Vožtuvų pakėlimas ir trukmė
Skirstomojo veleno profilis, įskaitant kumštelių formą, turi įtakos vožtuvų veikimo laikui (kiek laiko jie lieka atidaryti) ir pakėlimui (kiek toli juda vožtuvai). Šios charakteristikos yra labai svarbios optimizuojant variklio darbą esant skirtingam apsukų diapazonui. Didelio našumo skirstomasis velenas gali užtikrinti didesnį oro srautą esant didesniems apsukų diapazonams, tačiau gali sumažinti sukimo momentą esant mažam sūkių skaičiui. Veleno pakėlimas nusako, kiek kiekvienas vožtuvas yra atidaromas.
Vožtuvų persidengimas
Vožtuvų „persimetimas“ (valve overlap) - tai laiko tarpas, kai baigiasi išmetimo ir prasideda įsiurbimo ciklas. Šiuo momentu abu vožtuvai yra atidaryti. Persimetimas įvyksta, kai stūmoklis juda pro viršutinį mirties tašką (VMT), baigdamas išmetimo ir pradėdamas įsiurbimo taktą. Kuo ilgesnis vožtuvų „persimetimas“, tuo didesnę reikšmę turi išmetimo sistema. Svarbu atkreipti dėmesį į vožtuvo pakėlimo aukštį, kai stūmoklis yra VMT. Jei vožtuvo atidarymas prie VMT yra didelis, atsiranda problemos dėl tarpų tarp vožtuvo su vožtuvu ir tarp vožtuvo su stūmokliu.
Skirstomojo veleno gedimai ir priežiūra
Nors skirstomasis velenas pagamintas iš grūdinto metalo ir teoriškai turėtų tarnauti tiek pat ilgai, kiek ir pats variklis, daugelio populiarių automobilių modelių realybė yra kitokia. 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.
Dažniausios gedimų priežastys
- Alyvos trūkumas arba netinkama alyva: Skirstomasis velenas yra variklio viršuje ir pirmiausia nukenčia, kai alyvos slėgis yra žemas arba alyva nepasiekia tepimo taškų. Ilgi techninės priežiūros intervalai (30 000 km) dažnai yra skirstomojo veleno mirtis, nes sena alyva praranda savo tepimo savybes ir susidaro nuosėdos. Tinkamas tepimas yra būtinas norint sumažinti susidėvėjimą. Reikia naudoti aukštos kokybės variklio alyvą, laikantis klampumo rekomendacijų, nurodytų transporto priemonės vadove.
- Medžiagos nuovargis: Kai kuriuose varikliuose gamykloje paskirstymo veleno dangos kokybė yra nepakankama.
- Susidėvėję hidrauliniai keltuvai: Jei vožtuvų tarpo kompensatoriai (hidrauliniai keltuvai) neveikia ir yra „minkšti“, jie pradeda daužyti veleną, laikui bėgant jį apversdami.
- Per didelis sūkių skaičius: Per didelis apsisukimų dažnis gali apkrauti skirstomąjį veleną, o tai gali sukelti ankstyvą nusidėvėjimą.
Gedimų simptomai
Ritmiškas tiksėjimas ar dunksėjimas, sklindantis iš po variklio gaubto, yra vienas iš tų garsų, kuris priverčia kiekvieno automobilio savininko širdį plakti greičiau. Variklio veikimo problemos: simptomai, tokie kaip staigi tuščioji eiga, uždegimo pertrūkiai arba galios praradimas, gali rodyti paskirstymo veleno problemas. Alyvos nutekėjimai: dėl skirstomojo veleno sandariklio nutekėjimo gali sumažėti alyvos lygis, o tai kenkia variklio būklei. Jei susidaro laisvumas prie skirstomojo veleno laikiklių, bus išgirstas barškėjimas ar rėkimas. Dėl to variklis gali labai smarkiai sugesti, jei jis ir toliau naudojamas.
Prevencinės priemonės ir diagnostika
Reguliari priežiūra padeda nustatyti galimas problemas, kol jos neišsiplės. Apžiūra: 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. Našumo diagnostika: suspaudimo ir cilindrų nuotėkio bandymai gali padėti nustatyti veikimo problemas, susijusias su skirstomojo veleno problemomis. Tinkamas apšilimas ir atvėsimas: leidžiant varikliui įšilti prieš agresyvų važiavimą, sumažėja skirstomojo veleno įtampa. Jei aptinkami nusidėvėjimo simptomai arba iškyla veikimo problemų, patartina pasikonsultuoti su sertifikuotu techniku, kad būtų atlikta išsami diagnozė.
Skirstomojo veleno gamyba ir medžiagos
Skirstymo velenų gamybai naudojamos įvairios medžiagos. Kaip gamintojas, visada žinome, koks plienas ir koks lydinys geriausiai atitinka konkrečius techninius reikalavimus. Šias medžiagas apdorojame gamindami skirstymo velenus: 42CrMoS4: didelio stiprumo medžiaga, pasižyminti optimaliomis eksploatacinėmis savybėmis.
Visų tipų ir konstrukcijų skirstomieji velenai gaminami iš plieno arba ketaus. Plieninių skirstomųjų velenų kumštelių paviršiai papildomai termiškai apdorojami (gesinami aukšto dažnio srovėmis), ketaus skirstomųjų velenų kumšteliai balinami (balinama didinant aušinimo greitį liejinio) - taip padidinamas dalių atsparumas dilimui. Užbaigti velenai subalansuojami, kad būtų sumažintas nutekėjimas, ir tik tada montuojami ant variklio arba siunčiami į prekybos tinklus.
Automobilių gamintojų specifinės problemos
„Volkswagen“ grupė (VW, „Audi“, „Skoda“, „Seat“) - 1,9 TDI ir 2,5 TDI
Legendiniai „VAG Group“ dyzeliniai varikliai su pompe-düse (PD) varikliu (ypač 1.9 TDI 74 kW, 85 kW, 96 kW ir 110 kW versijos) yra žinomi dėl savo patikimumo, tačiau jie turi vieną didelį trūkumą: skirstomąjį veleną. Kadangi kumštelis, be vožtuvų, turi valdyti ir aukšto slėgio purkštukus, kumšteliui tenka itin didelė apkrova. Jei naudojama netinkama alyva (neatitinkanti VW 505.01 standarto), kumštelio antgaliai greitai susidėvi. Dėl to oro filtro korpuse girdisi „dunksantis“ garsas ir sumažėja galia. Taip pat yra liūdnai pagarsėjęs senesnis 2.5 v6 tdi, kurio skirstomieji velenai smarkiai susidėvi, dažnai su svirtimis, kurios gali nulūžti ir įkristi į variklį.
BMW benzininiai ir dyzeliniai varikliai
Bavarijos automobilių gamintojas turėjo problemų tiek su senesniais, tiek su naujesniais varikliais.
- M40 variklis (senesnės 3-ios ir 5-os serijos): tai klasikinis pavyzdys, kai užsikimšęs alyvos vamzdelis lemia greitą skirstomojo veleno susidėvėjimą. Variklis nebesukinės apsukų ir skleis garsų tiksėjimą.
- N serijos varikliai: naujesniuose modeliuose problemos labiau susijusios su „vanos“ sistema ir grandinės tempimu, kurie dėl nepakankamo tepimo gali netiesiogiai pažeisti skirstomojo veleno darbinius paviršius arba jo rėmus (angas).
BMW Vanos system for BEGINNERS
„Honda“ ir VTEC sistemos
Japoniški automobiliai paprastai yra labai patvarūs, tačiau specifinių problemų gali pasitaikyti ir su VTEC sistemomis, kurios taip pat remiasi skirstomojo veleno valdymu.