Dujų skirstymo mechanizmas (DSM) yra esminė vidaus degimo variklio dalis, kurios paskirtis - tiekti į cilindrus dujų mišinį (arba orą) ir šalinti deginius. Varikliui dirbant, būtina užtikrinti didžiausiąją galią, ekonomiškumą ir kuo mažesnį kenksmingųjų medžiagų kiekį išmetamosiose dujose. DSM gabaritai, konstrukcija ir pavara turi lemiamos reikšmės sprendžiant šias užduotis.
Beveik visi keturtakčiai stūmokliniai vidaus degimo varikliai turi skirstomojo veleno pagrindu veikiantį dujų paskirstymo mechanizmą. Skirstomasis velenas (arba RV - rus. распредвал) yra stūmoklinių keturtakčių vidaus degimo variklių dujų paskirstymo mechanizmo komponentas, valdantis dujų mainų procesą.
Tai metalinis velenas su suformuotais specialaus profilio kumšteliais, užtikrinančiais vožtuvų atsidarymą ir uždarymą, kad į cilindrą patektų degus mišinys ar oras ir būtų išleistos išmetamosios dujos pagal stūmoklių judėjimą ir visų cilindrų veikimą. Dujų mainai vykdomi kiekviename cilindre įmontuotais vožtuvais, o jų pavarą ir darbo sinchronizavimą su alkūniniu mechanizmu bei kitomis jėgos agregato sistemomis atlieka skirstomasis velenas.
Pagrindinis RV vaidmuo yra valdyti paskirstymo vožtuvų veikimą pagal konkretaus jėgos agregato projektines vožtuvų paskirstymo fazes. Variklio alkūninis velenas per pavarą suka skirstymo veleną, kuris sukasi du kartus lėčiau negu alkūninis velenas. Dėl ypatingos konstrukcijos skirstomasis velenas užtikrina visų vožtuvų atsidarymą ir užsidarymą tik reikiamu laiku, nustato jų persidengimo kampus tam tikrais judesiais.
Dujų Skirstymo Velenų Funkcijos
Skirstomajam velenui patikėta keletas pagrindinių funkcijų, kurios užtikrina efektyvų variklio darbą:
- Įsiurbimo ir išmetimo vožtuvų pavara (tiesioginė arba netiesioginė per tarpines dalis).
- Užtikrinti sinchroninį laiko skaičiavimo veikimą su kitomis jėgos agregato sistemomis.
- Įsiurbimo ir išmetimo vožtuvų atsidarymo ir uždarymo užtikrinimas pagal nurodytą vožtuvo laiką (dujų įsiurbimui ir išmetimui tam tikru alkūninio veleno sukimosi kampu VGT atžvilgiu ir taktų pradžiai/pabaigai).
- Nustatyti šviežio mišinio ar oro įleidimo pradžią ir pabaigą.
- Nustatyti sudegusių dujų išleidimo pradžią ir pabaigą.
- Kai kuriais atvejais - įvairių mechanizmų ir komponentų, veikiančių sinchroniškai su laiku (pvz., uždegimo pertraukiklis-skirstytuvas, alyvos siurblys), pavara.
Dujų Skirstymo Mechanizmų Tipai ir Velenų Montavimas
Pagal montavimo būdą skirstomieji velenai skirstomi į dvi pagrindines grupes:
- Montavimas tiesiai į variklio bloką (varikliai su apatiniu velenu, dažniausiai OHV tipo - overhead valves - vožtuvai virš galvutės, skirstymo velenas apačioje). Tokios konstrukcijos privalumas yra paprastumas. Trūkumas - didelės judančių DSM dalių masės ir sunkumai garantuojant tikslų vožtuvų atidarymą ir uždarymą. Jėgai, veikenčiai vožtuvus, perduoti naudojamos dalys plečiasi kylant variklio temperatūrai, todėl sudėtinga užtikrinti reguliavimų tikslumą. Varikliai su šoniniais vožtuvais (kai vožtuvo uždarymo kryptis sutampa su stūmoklio judėjimo link AGT kryptimi) taip pat turi veleną variklio bloke.
- Montavimas bloko galvutėje (varikliai su viršutiniu velenu, pvz., OHC - overhead camshaft - skirstymo velenas virš cilindrų galvutės, arba CIH - camshaft in head - skirstymo velenas cilindrų galvutėje). Varikliai su kabančiais vožtuvais (kai vožtuvų uždarymo kryptis sutampa su stūmoklio judėjimo link VGT kryptimi) dažnai naudoja šį montavimo būdą.
Variklis gali turėti vieną arba du skirstomuosius velenus. Pirmuoju atveju, vienas velenas suteikia pavarą visiems vožtuvams. Antruoju atveju (pvz., DOHC - double overhead camshaft - du skirstymo velenai virš cilindrų galvutės), vienas velenas suteikia pavarą tik įsiurbimo vožtuvams, o antrasis - tik išmetimo vožtuvams. Atitinkamai, bendrame RV kumštelių skaičius atitinka visų vožtuvų skaičių, o kiekviename iš atskirų RV kumštelių skaičius yra pusė bendro vožtuvų skaičiaus.
Dujų Skirstymo Velenų Konstrukcija ir Elementai
Apskritai, skirstomasis velenas yra pagamintas iš mažo skersmens metalinio veleno, ant kurio suformuoti keli elementai:
- Kumšteliai (kameros).
- Atraminiai kakliukai.
- Įvairių mechanizmų pavara ir/arba ekscentrinė pavara.
- Kojinė pavaros skriemulio / krumpliaračio tvirtinimui.
Kumštelių Formos ir Veikimas
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 RV sukasi, kumšteliai įsibėga ir nubėga nuo stūmoklių, taip užtikrindami vožtuvo pavarą. Dėl kumštelio profilio ypatumų pasiekiamas ne tik vožtuvų atidarymas ir uždarymas, bet ir jų išlaikymas atidarytais tam tikrą laiką, persidengimas pagal fazes.
Visų kumštelių viršūnės pasislenka vienas kito atžvilgiu, o tai užtikrina nuoseklų visų cilindrų veikimą pagal konkrečiam jėgos agregatui nustatytą tvarką. Pavyzdžiui, keturių cilindrų varikliams skirtuose RV vieno cilindro kumštelių viršūnės pasislenka 90 laipsnių, šešių cilindrų varikliams - 60 laipsnių, aštuonių cilindrų V formos varikliams - 45 laipsnių.
Yra keli kumštelių formų tipai:
- Išgaubtos formos kumšteliai greitai atidaro ir uždaro vožtuvus, bet daugiau apkraunama vožtuvų pavara, didėja reikalavimai jos kokybei. Jų pagrindinis privalumas - jie gali dirbti su įvairių tipų stūmikliais.
- Tangeniniai kumšteliai suteikia vožtuvui mažesnį pagreitį. Jie gali dirbti su išgaubtais arba ritininiais stūmikliais.
- Įgaubtos formos kumšteliai naudojami tik su ritininiais stūmikliais.
- Kartais naudojami asimetrinės formos kumšteliai. Tokie kumšteliai mažiau apkrauna vožtuvų pavaros detales ir gerina variklio darbo efektyvumą.
Atraminiai Kakliukai ir Tepimas
Skirstomasis velenas montuojamas variklio bloke arba galvutėje naudojant atraminius kakliukus specialiai tam skirtose skylėse ar lovose. RV remiasi į nuimamus (įdėklus) arba vientisus (įvorės) riedėjimo guolius, pagamintus iš specialių lydinių su mažu trinties koeficientu. Guolių guoliuose padarytos skylės variklio alyvai tiekti į kakliukus iš bendros variklio tepimo sistemos.
Vieno iš kakliukų (dažniausiai priekinio arba galinio) guolyje yra padarytas traukos žiedas arba kitas fiksavimo įtaisas, kad būtų išvengta ašinių RV judesių. 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.
Pavaros ir Ekscentrikai Pagalbiniams Agregatams
Bet kurioje patogioje RV vietoje galima suformuoti sraigtinę pavarą arba ekscentriką įvairiems agregatams varyti. Pavaros pagalba dažniausiai realizuojama alyvos siurblio arba skirstytuvo pavara, o ekscentriko pagalba - alyvos siurblio pavara. Kai kuriuose RV tipuose abu šie elementai yra, o šiuolaikiniuose varikliuose, priešingai, šių elementų visai nėra.
Priešais veleną yra pirštas, ant kurio rakto ir varžto pagalba pritvirtinamas varomasis skriemulys arba krumpliaratis. Čia taip pat gali būti nuimamas atsvaras, kuris užtikrina paskirstymo veleno balansavimą, kai ant jo yra siurblio pavaros ekscentrikas ar kitos asimetrinės dalys.
Dujų Skirstymo Velenų Pavaros Tipai
Kad nekistų dujų skirstymo fazės, skirstymo velenas turi būti sukamas be praslydimo. Šiandien dažniausiai naudojamos diržinės ir grandininės pavaros, nes krumplinė pavara yra mažiau patikima ir ją sunku reguliuoti. Pagrindiniai pavarų tipai:
- Krumplinė pavara. Skirstymo veleną suka krumpliaratis, sujungtas su alkūninio veleno krumpliaračiu. Triukšmui sumažinti sukibimo dantys daromi įstriži. Tarp alkūninio veleno ir skirstymo velenų jėga perduodama įstrižakrumpliais cilindriniais krumpliaračiais.
- Grandininė pavara. Jėga perduodama žvaigždutėmis ir vienaeile arba dvieile ritinine grandine. Grandininės pavaros privalumai lyginant su krumpline pavara: nesunku perduoti sukimo momentą, kai atstumas tarp alkūninio ir skirstymo velenų didelis; ta pačia grandine galima sukti du skirstymo velenus ir pagalbinius agregatus.
- Krumplinio diržo pavara. Krumplinio diržo pavarai būdingi ir grandinės, ir diržinės pavaros privalumai: maža masė, tylus darbas, pigi gamyba, nereikalingas tepimas. Krumplinis diržas turi būti mažai tąsus, atsparus tempimui, lankstus, atsparus tepimo priemonių ir drėgmės poveikiui.
- Karališkasis velenas. Jei skirstymo veleno pavarai keliami didžiausi reikalavimai (pvz., maža masė ir tikslus vožtuvų darinėjimas esant dideliam sūkių dažniui), skirstymo velenas sukamas dviem kūginių krumpliaračių poromis ir velenu (vadinamuoju karališkuoju velenu).
Dujų Skirstymo Mechanizmo Komponentai, Susiję su Velenėliu
Skirstomajam velenui sukantis, jo kumštelis per stūmiklį ir svirtį atidaro vožtuvą. Velenui prasisukus, spyruoklės vožtuvą sugrąžina atgal.
Stūmikliai
Mechaniniai stūmikliai perduoda dujų skirstymo veleno kumštelių jėgą vožtuvams. Atsižvelgiant į DSM konstrukciją, stūmikliai būna skirtingi. Labiausiai paplitę grybo formos su plokščiu arba sferiniu paviršiumi ir cilindriniai su sferiniu atraminiu paviršiumi arba ritinėliu.
Ritininiai stūmikliai lengviau perduoda jėgas, mažina nuostolius, bet yra sudėtingesni ir brangesni. Kad neprasisuktų, jie fiksuojami kreipiamosiose įvorėse. Kai variklis šaltas, tarp vožtuvo ir svirtelės arba tarp vožtuvo ir stūmiklio paliekamas šiluminis tarpelis, siekiantis 0,1-0,5 mm, užtikrinantis stabilų ir efektyvų variklio darbą. Vietoj atraminio sraigto kartais naudojami hidrauliniai šiluminių tarpelių kompensatoriai, kurie veikia ir kaip stūmikliai.
Svirtys
Kai skirstymo velenas įtaisomas virš vožtuvų, dažniausiai naudojamos vienpetės svirtys. Jos saugo vožtuvų kotus nuo veleno kumštelių smūgių ir šoninės jėgos poveikio. Vienpetės svirtys, veikiamos skirstymo veleno, tiesiogiai kontakuoja su vožtuvu arba stūmikliu plokščiu arba sferiniu darbiniu paviršiumi. Jos tvirtinamos ant nejudamos ašies arba ant individualių atramų ir fiksuojamos sferinėje atramoje specialiomis spyruoklėmis. Vienpečių svirčių atraminis galas tvirtinamas prie atraminio sraigto galvutės, o kitas galas remiamas į vožtuvą.
Dvipetės svirtys tvirtinamos ant ašies, stovuose, pritvirtintuose prie cilindrų bloko galvutės. Svirčių ašinį poslinkį riboja skečiamosios spyruoklės, uždėtos ant tos pačios ašies. Svirtys gaminamos iš plieno, o darbiniai paviršiai grūdinami arba cementuojami, vėliau šlifuojami ir poliruojami.
Dujų Skirstymo Velenų Gamyba ir Savybės
Skirstymo velenai liejami arba štampuojami. Štampuoti skirstymo velenai gaminami iš legiruoto plieno, o lieti - iš kaliojo baltojo ketaus arba ketaus su rutuliniu grafitu. Visų tipų ir konstrukcijų RV gaminami iš plieno arba ketaus. Plieninių RV kumštelių paviršiai papildomai termiškai apdorojami (gesinami aukšto dažnio srovėmis), ketaus RV 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.
Kintamasis Vožtuvų Paskirstymas
Šiuolaikiniai varikliai vis dažniau naudoja kintamojo vožtuvų paskirstymo sistemas. Antrojo tipo skirstomuosiuose velenuose gali būti papildomų kumštelių, paslinktų nedideliu kampu pagrindinio kumštelio atžvilgiu - jų pagalba vožtuvai varomi pasikeitus fazei. Taip pat šie velenai gali turėti specialius elementus, skirtus sukti ar perstumti visą detalę išilgai ašies, siekiant optimizuoti dujų mainų procesą įvairiais variklio darbo režimais.
Sudariau mokestinės paskolos sutartį. Ką turiu žinoti?
Dujų Skirstymo Velenų Parinkimas, Priežiūra ir Skaitmeninis Modeliavimas
Susidėvėjęs, deformuotas ar pažeistas skirstomasis velenas sutrikdo jėgos agregato funkcionavimą arba visiškai jį išjungia. Laikui bėgant skirstomasis velenas susidėvi, ant jo kumštelių susidaro drožlių ir sukietėjimų, o tam tikromis sąlygomis dalis iš dalies arba visiškai sunaikinama. Visais šiais atvejais veleną reikia nedelsiant pakeisti nauju.
Šiems darbams atlikti reikia gerokai išardyti variklį ir atlikti papildomas reguliavimo operacijas, todėl geriau juos patikėti specialistui ar autoservisui. Tinkamai pasirinkus ir pakeitus skirstomąjį veleną, visas variklio laikas veiks patikimai ir užtikrintai, užtikrinant jėgos agregato veikimą visais režimais.
Dujų paskirstymo velenų parinkimas (Camshaft Selection) yra svarbus inžinerinis uždavinys. Šiuolaikinės technologijos leidžia atlikti išsamius skaičiavimus ir modeliavimą. Pavyzdžiui, Solidworks Simulation programa gali būti naudojama paskirstymo velenėlio sukimui modeliuoti ir velenėlio lenkimui skaičiuoti, padedant optimizuoti jo konstrukciją ir ilgaamžiškumą.
tags: #duju #skirstymo #veleno