Mecanismul de distribuție a gazelor (GRM) este un mecanism care asigură admisia de aer curat și eliberarea gazelor de evacuare din cilindri . Poate avea atât sincronizare fixă a supapelor, cât și reglabilă, în funcție de viteza arborelui cotit și de alți factori.
Cel mai frecvent constă dintr- un arbore cu came sau mai mulți arbori de antrenare, culbutori , arcuri , supape, pistoane și un arbore cotit. În unele modele, sistemul de distribuție este reprezentat de manșoane sau bobine de distribuție rotative sau oscilante.
Sistemul de antrenare a arborelui cu came al unui motor în patru timpi asigură în orice caz rotirea acestuia cu o viteză unghiulară egală cu 1/2 din viteza unghiulară a arborelui cotit [1] .
Clasificarea mecanismelor de distribuție a gazelor se face în funcție de modul în care acestea controlează admisia și evacuarea. Există de obicei patru tipuri de mecanisme de control de admisie și evacuare:
Mecanismul de distribuție a gazului cu admisie și evacuare controlate de piston (cunoscut și ca mecanism de distribuție a gazului de fereastră) este utilizat la motoarele în doi timpi cu o curățare a manivelei. În acesta, fazele de distribuție a gazelor sunt stabilite datorită deschiderii și închiderii ferestrelor din peretele cilindrului efectuată direct de piston.
Fereastra de admisie se deschide de obicei în poziția arborelui cotit, în care pistonul nu ajunge la 40-60 ° până la punctul mort inferior (în funcție de unghiul de rotație al arborelui cotit), dar se închide la 40-60 ° după ce a trecut. , care oferă o fază de admisie destul de îngustă - nu mai mult de 130 -140 °. La motoarele sport foarte accelerate, fereastra de admisie poate fi deschisă cu 65-70 ° înainte de BDC, ceea ce extinde faza de admisie, dar, în același timp, funcționarea motorului la turații mici și medii devine instabilă, iar consumul de combustibil neproductiv crește semnificativ datorită emisia inversă a amestecului de combustibil în atmosferă.
Fereastra de evacuare se deschide cu aproximativ 80-85° înainte ca pistonul să atingă punctul mort inferior și se închide la 80-85° după trecerea sa, ceea ce dă durata fazei de evacuare de aproximativ 160-165°. Faza de purjare are o durată de aproximativ 110-125°.
Simetria distribuției supapelor cu controlul pistonului de admisie și evacuare se datorează faptului că poziția relativă a pistonului și ferestrelor în peretele cilindrului este aceeași atât în timpul cursei în sus, cât și în timpul cursei în jos. Acesta este un dezavantaj, deoarece pentru o performanță optimă a motorului, cel puțin faza de admisie trebuie să fie asimetrică, ceea ce nu este realizabil cu distribuția pură a supapelor cu piston. Pentru a obține această performanță, motoarele mici în doi timpi cu cameră de manivelă folosesc o supapă cu bobină sau o supapă lamelă pe admisie (vezi mai jos) .
În motoarele în doi timpi de volum mare (diesel, marine, aviație, rezervor), fie două pistoane pe cilindru care se deplasează unul spre celălalt , dintre care unul deschide geamurile de admisie, iar al doilea - evacuare (curgere directă), fie prin ferestrele din peretele cilindrului, doar admisia și evacuarea sunt controlate de o supapă în chiulasă (curățare supapă-slot), care realizează și o curățare mai optimă.
În motoarele cu piston rotativ , de regulă, controlul distribuției gazului este utilizat și de un piston (rotor), care în acest caz joacă rolul unei bobine [5] .
Distribuirea supapelor de bobină a fost folosită și pe motorul Lenoir pe gaz în doi timpi , care este considerat primul motor cu ardere internă de succes comercial din lume (1859). Mecanismul său de distribuție a gazelor cu două bobine în formă de cutie a fost copiat complet din mecanismul de distribuție a aburului al motoarelor cu abur, iar cu ajutorul bobinelor s-a admis atât amestecul de lucru gaz-aer, cât și gazele de eșapament. Cu toate acestea, ulterior, dezvoltarea motoarelor în doi timpi a urmat calea utilizării pistonului (la motoarele ușoare) sau a distribuției de gaz prin supapă.
Utilizarea sincronizarii supapelor cu bobină la motoarele ușoare în doi timpi de tip modern (cu curățarea camerei manivelei) a fost urmărită cel puțin din anii 1920, cu toate acestea, o implementare cu adevărat reușită a acestui principiu a fost realizată abia la începutul anilor 1950 de către Inginerul est-german Daniel Zimmerman pe motociclete sportive și de curse MZ , iar apoi în anii 1960 - 70, soluții similare au început să apară pe unele motociclete în serie ale mărcilor Jawa , Yamaha , Suzuki , Kawasaki și altele.
La motoarele în doi timpi cu control al supapei cu bobină, admisia este controlată de o bobină antrenată de arborele cotit - un disc rotativ sau cilindric (macara) sau tip placă alternativă. Bobina într-un fel sau altul realizează deschiderea și închiderea canalului de admisie a motorului, controlând astfel durata admisiei. Datorită acestui fapt, este posibil să faceți faza de admisie asimetrică față de BDC (de regulă, începe cu 130–140° înainte de BDC și se termină cu 40–50° după) și crește durata acesteia la 180–200°, îmbunătățind astfel umplerea cilindrului. Unele implementări ale controlului sincronizarii supapelor vă permit chiar să schimbați sincronizarea supapelor direct în timpul funcționării motorului. De regulă, pistonul continuă să controleze eliberarea, deschizând fereastra (ferestrele) de evacuare.
Într-un scop similar, în tractul de admisie al motorului poate fi instalată o supapă de tip petală sau membrană (Yamaha etc.) declanșată automat de o cădere de presiune.
La începutul anilor 1950, la Uzina de motoare din Perm nr. 19 , sub conducerea lui V.V. Polyakov, au fost dezvoltate și produse motoare de avioane în doi timpi, în cinci cilindri, în formă de stea, VP-760, VP-1300 și VP-2650. serie cu distribuție de gaz instalată în carter printr-o bobină rotativă și purjare prin pistoane în două trepte în formă de T inversat (partea îngustă funcționează, partea largă este injecție), care au fost destinate utilizării la aeronavele ușoare [6] ] .
Experimentele cu distribuția gazului printr-o bobină rotativă au fost efectuate la începutul anilor 1990 de către Lotus în legătură cu un motor de automobile în doi timpi cu purjare de la un compresor de antrenare și, spre deosebire de un motor convențional în doi timpi cu purjare cu fantă de supapă, proaspăt aerul a fost furnizat în partea superioară a cilindrului printr-o bobină, iar gazele de eșapament au fost îndepărtate prin ferestre din partea inferioară a cilindrului (într-un motor convențional cu eliminarea fantei supapei, aerul este furnizat prin ferestre din partea mijlocie a cilindrului , iar gazele sunt îndepărtate printr-o supapă din capul blocului). Bobina avea forma unui cilindru gol care se rotește constant în jurul axei sale - un rotor - cu ferestre în pereți, în interiorul căruia se afla și un stator cu un despărțitor longitudinal care arăta ca un cilindru gol, a cărui rotație față de rotorul, realizat printr-un sistem electronic, controla fazele de distribuție a gazelor. Un astfel de dispozitiv de distribuție a gazului a făcut posibilă, în locul injecției directe utilizate de obicei la motoarele diesel cu evacuare a fantei supapei, utilizarea unei versiuni mai ieftine a sistemului de alimentare, cu o duză de joasă presiune care pulverizează combustibil în bobină, de unde amestecul de lucru a fost suflat în cilindru prin fereastra de admisie. Aceste lucrări au fost finalizate în zadar, unul dintre motivele pentru care a fost înăsprirea bruscă a standardelor de mediu la mijlocul anilor 1990 ( Euro-1 , Euro-2 etc.), care a pus capăt utilizării motorului în doi timpi. motoare în transportul rutier.
Supapa de bobină cu bobine în formă de cutie, piston sau rotative (macara), conectată într-un fel sau altul cu arborele cu came și deschiderea și închiderea ferestrelor de admisie și evacuare, a fost folosită la unele motoare în patru timpi, dar nu a fost utilizat pe scară largă datorită unei număr de dificultăți în modul de implementare practică a acestui principiu, în special, probleme cu etanșarea bobinelor, în special cele care lucrează pentru evacuare și, prin urmare, gazele de evacuare fierbinți la presiune ridicată.
Distribuția de gaz cu o bobină în formă de cutie, similară cu bobinele motoarelor cu abur , a fost folosită la primul motor cu ardere internă în patru timpi din lume, proiectat de N. Otto (1861) și a fost utilizat pe scară largă la motoarele staționare cu turație joasă din secolul al XIX-lea. - chiar începutul secolului al XX-lea.
Controlul distribuției gazului cu bobine cu piston alternativ este de fapt standard la motoarele cu abur și la pompele puternice cu piston, unii designeri au încercat să-l adapteze la un motor cu ardere internă, dar fără prea mult succes - mutarea bobinei s-a dovedit a fi foarte dificilă din cauza gazului ridicat. presiune, care a creat o forță de frecare uriașă între bobină și pereții cutiei de bobină, ca să nu mai vorbim de problemele cu străpungerea gazelor prin garnituri.
Un succes ceva mai mare a căzut în ponderea mecanismelor de distribuție a gazelor cu bobină rotativă (macara). Această variantă de distribuție a gazului a atras proiectanții datorită funcționării sale silențioase în comparație cu supapele convenționale cu clapetă (a căror detonare în timpul funcționării temporizării a fost o mare problemă pentru motoarele de la începutul secolului al XX-lea), capacitatea de a obține un randament potențial mai mare în comparație cu sincronizarea supapelor și pentru a simplifica sincronizarea datorită utilizării unei singure bobine pe un cilindru care funcționează atât pentru admisie, cât și pentru evacuare, sau chiar unul pentru fiecare pereche de cilindri și, de asemenea, pentru a elimina unul dintre cele mai periculoase centre de detonare din camera de ardere - evacuarea supapă (care, din nou, era foarte importantă la începutul secolului al XX-lea, când combustibilul disponibil avea un octan foarte scăzut ).
Primul brevet pentru distribuția gazului printr-o bobină rotativă a fost obținut de firma britanică Crossley la mijlocul anilor 1880. Motoarele cu gaz de turație mică bazate pe acesta au fost populare ca motoare staționare și au fost produse de această companie din 1886 până în 1902.
Apogeul popularității acestui design în motoarele de automobile a venit la începutul anilor 1910, când, după ultima modă, o serie de companii producătoare de mașini scumpe, precum Itala (Italia, 1911), Darraq (Franța, 1912) și-au prezentat opțiuni pentru sincronizarea supapelor cu bobină., ulterior Minerva (Belgia, 1925).
Modele relativ reușite ale motoarelor cu distribuție a gazului printr-o bobină rotativă conică au fost create de britanicii R. Cross și F. Aspin în anii 1930 - 1950, au fost folosite pe mașinile de curse, dar nu au intrat niciodată în producția de masă, inclusiv din cauza unor probleme nerezolvate. cu etanșarea și lubrifierea bobinei. În aceiași ani, inginerul german F. Wankel a experimentat distribuția gazului pe supape în colaborare cu BMW , DVL, Daimler-Benz , Lilienthal și Junkers , însă, fără a obține un succes decisiv, a trecut să lucreze la un proiect de motor cu piston rotativ , care este foarte reusit.
În anii 1950, în URSS au fost construite motoare pilot cu sincronizare a ventilului, bazate pe motoarele de serie Moskvich-400 (4 cilindri) și ZIS-120 (6 cilindri), care aveau bobine de supapă instalate în capul blocului și rotindu-se în jurul unei axe paralele cu axa arborelui cotit. În comparație cu supapele inferioare, motoarele cu distribuție a gazului cu supapă cu bobină aveau o umplere mai bună a cilindrului și, în consecință, o putere specifică mai mare - de exemplu, la motorul Moskvich, creșterea puterii față de cel de serie a fost de 8%. Cu toate acestea, în același timp, consumul de ulei a crescut semnificativ din cauza problemelor cu etanșarea bobinei, motorul a funcționat cu fum vizibil. În plus, la sfârșitul cursei de compresie și în timpul cursei pistonului, bobina a suferit multă frecare din cauza presiunii sabotului de etanșare sub presiunea gazelor de eșapament, ceea ce a crescut semnificativ pierderile prin frecare, iar pe o motorul cu șase cilindri a dus chiar la o rupere a lanțului de transmisie cu trei rânduri. Timpul în timpul testării. Nu a fost posibil să se furnizeze resursele de motor necesare pentru motoarele cu distribuție a ventilului [5] .
Aproximativ în același timp, compania britanică Norton a produs o serie de motociclete de curse cu sincronizare cu bobină, dar în 1954 a oprit complet lucrările în această direcție. Distribuția de gaz cu manșon, considerată separat mai jos în text, este uneori considerată un fel de supapă cu bobină.
Distribuția gazului este controlată de supape cu clapete , de obicei antrenate de un arbore cu came . Acest sistem este cel mai comun la motoarele moderne în patru timpi, precum și la cele puternice în doi timpi (cu eliminarea fantelor de supapă, există doar supape de evacuare).
În acest proiect de sincronizare, se folosește o supapă, constând dintr-o placă (cap) și o tijă (tijă), care servește la deschiderea și închiderea canalelor de intrare și de evacuare. Principalul avantaj al supapei cu clapetă, care i-a permis să-și atingă distribuția predominantă în această zonă, este ușurința asigurării etanșeității: sub influența presiunii din camera de ardere, clapeta sa este apăsată strâns pe scaun, prin urmare, pentru a preveni scurgeri de gaz, este suficient să frecați cu atenție aceste părți împreună, iar forța generată de presiune în camera de ardere este îndreptată de-a lungul axei tijei supapei și nu o împiedică să se deplaseze de-a lungul ghidajului. Când supapa este deschisă, aceasta este deplasată față de scaun cu o distanță numită ridicare a supapei. În acest caz, se deschide o anumită secțiune de curgere, determinată de înălțimea liftului, dimensiunea și forma supapei. În cele mai multe cazuri, supapele de admisie au o suprafață de curgere mai mare decât supapele de evacuare, datorită presiunii ridicate a gazelor de evacuare și vitezei de evacuare mai mari în supapele de evacuare.
Anterior, până în anii 1950, supapele erau de obicei fabricate din oțel de scule obișnuit cu carbon sau slab aliat (de exemplu, crom 40X), dar pe măsură ce motoarele s-au îmbunătățit și gradul lor de forță a crescut, a devenit necesar să se utilizeze cel puțin supapele de evacuare, temperatura dintre care pot ajunge la 600 -850 ° C, oțeluri speciale aliate rezistente la căldură, de exemplu, silcrom (40X10S2M / EI107, 40X9S2 / ESH8), X45CrNiW189, X53CrMNi219, etc. Supapele de admisie au, de obicei, o temperatură mai mare decât 400300. °C și sunt fabricate din oțeluri crom, crom-vanadiu sau crom-nichel.
Uneori, pentru a reduce costul, doar placa supapei (capul) este realizată din oțel rezistent la căldură, iar tija este realizată din instrumentar obișnuit; de asemenea, pe plăcile supapelor de evacuare, o suprafață suplimentară a unui strat de Uneori se poate realiza aliaj dur rezistent la căldură, ceea ce crește durata de viață a supapei. La motoarele cu un stres termic ridicat al camerei de ardere, pot fi utilizate supape cu tije goale umplute cu sodiu - când motorul este în funcțiune, sodiul se topește și, amestecând, îmbunătățește îndepărtarea căldurii din supapă.
Recent, pot fi utilizate supape din aliaj de titan, combinând rezistența la căldură cu ușurința, ceea ce poate reduce inerția pieselor de sincronizare.
O altă metodă de a trata tensiunea termică a supapelor de evacuare este aplicarea unui spray ceramic, cum ar fi oxid de zirconiu , pe placă . Efectul reducerii temperaturii de funcționare poate fi de câteva sute de grade.
Supapele se realizează prin captarea la cald (ștanțare volumetrică) a unei bare de oțel, după care sunt supuse unui tratament mecanic și termic [5] [7] [8] .
Placa (capul) supapei poate avea o formă plată (în formă de T), convexă sau în formă de lalea (raționalizată, cu o tranziție lină la tulpină). Supapele cu cap bombat sunt uneori folosite ca supape de evacuare datorită rigidității lor ridicate și raționalizării mai bune din partea laterală a cilindrului, ceea ce este deosebit de important la un motor cu supapă inferioară. Supapele de lalele erau instalate anterior adesea pe orificiul de admisie cu un diametru mare de supapă, deoarece se credea că forma raționalizată a capului reduce rezistența la fluxul de aer, dar ulterior, din aproximativ anii 1980, utilizarea lor a fost abandonată, deoarece nu dădeau un efect semnificativ. , sau chiar cu aceeași ridicare, umplerea cilindrilor s-a înrăutățit față de cele convenționale, cu o complexitate mai mare de fabricație.
Capul supapei are o suprafață de lucru conică - o teșitură de blocare , strâns lipită de teșitul de îmbinare a scaunului supapei (priză). Teșirea de pe capul supapei este realizată la un unghi de 30° sau 45°. O teșitură de 45 ° oferă o zonă de curgere mai mică pentru aceeași ridicare decât o teșitură de 30 °, cu toate acestea, facilitează centrarea supapei în scaun și crește rigiditatea acesteia, prin urmare o teșitură de 30 de grade este utilizată într-o măsură limitată, de obicei pe supapele de admisie de motoare de mare putere și sport. În unele cazuri, poate fi utilizată o teșitură dublă. Teșirea este șlefuită și apoi frecată strâns de scaun (priză). La capătul inferior (coada) al tijei supapei, sunt realizate șanțuri inelare pentru fixarea plăcilor arcului supapei, de obicei efectuate cu ajutorul crackerelor conice (mai rar, cu un știft transversal sau filet). Uneori, pentru a crește durata de viață a supapei, discul arcului supapei este echipat cu un lagăr axial care permite supapei să se rotească liber în jurul axei sale atunci când motorul funcționează. Anterior, pe partea de coadă a tijei supapei, era uneori făcută și o locașă inelară pentru un inel de siguranță, care împiedică supapa să cadă în cilindru dacă arcul ei sparge sau sparge accidental în timpul funcționării motorului [7] [8] .
Șaua (cuibele) supapelor sunt realizate fie direct în materialul blocului de cilindri (pentru motoarele cu supape inferioare) sau chiulasa, fie sub formă de piese individuale presate în ele din fontă aliată, bronz sau oțel rezistent la căldură. (numai supape de evacuare, sau atât de admisie, cât și de evacuare), uneori cu suprafață dintr-un aliaj de cobalt rezistent la uzură de tip sormit [7] . De obicei, scaunul are o teșitură cu un unghi de 45 ° sau două teșituri - cea superioară cu un unghi de 30 °, care servește ca o tranziție de la teșirea principală la peretele camerei de ardere, iar teșirea principală la 45 °. Uneori există și o teșitură inferioară cu un unghi de aproximativ 60°, a cărei utilizare reduce rezistența scaunului la fluxul de aer. De o importanță deosebită este studiul formei teșiturii scaunelor supapelor de admisie, prin care se umple cilindrii cu amestecul de lucru [8] .
Bucsele de ghidare ale supapelor sunt folosite pentru a asigura potrivirea lor exactă în șei, sunt realizate din fontă, bronz aluminiu sau compoziții antifricțiune ceramică-metal (bronz-grafit și altele). Pentru a reduce consumul de ulei prin spațiul dintre ghidajul supapei și tija acesteia, fie se pune un capac rezistent la ulei din cauciuc rezistent la ulei pe tija supapei în sine, fie este instalat un etanșare de ulei cu un arc inelar (capac răzuitor de ulei) . pe ghidajul său [7] [8] .
Arcurile supapei asigură închiderea supapei și potrivirea ei strânsă în scaun, percepe forțele care decurg din funcționarea sincronizarii. La asamblarea mecanismului supapei, arcul primește o preîncărcare, a cărei valoare este un parametru important care afectează calitatea motorului. Dacă arcul în stare uscată nu dezvoltă forța corespunzătoare specificată în documentația tehnică, există o întârziere („atârnată”) și un salt de supapă atunci când este închis, perturbând fazele de distribuție a gazului și înrăutățind umplerea buteliilor cu un amestec combustibil, datorită căruia motorul nu va dezvolta puterea maximă și nu va oferi caracteristicile dinamice ale pașaportului mașinii. Când supapa este complet închisă, forța reziduală a arcului ar trebui să fie suficientă pentru a menține contactul între came arborelui cu came și partea de distribuție în contact cu aceasta (împingător, culbutor, culbutor), ceea ce vă permite să mențineți timpul de deschidere al supapei specificat. de către proiectanți și elimină sarcinile de șoc din antrenamentul supapei care îl îndepărtează rapid din clădire.
De regulă, arcurile supapelor sunt fabricate din oțel aliat cu conținut ridicat de carbon (mangan, siliciu-mangan, crom-nichel-vanadiu) înfășurat la rece, urmat de tratament termic și de peening pentru a crește durata de viață. Pot fi cilindrice sau conice, au pas de înfășurare constant sau variabil. Dedesubt sunt plasate șaibe de presiune din oțel [5] [7] [8] [9] pentru a preveni uzura suprafeței de sprijin a chiulasei și pentru a fixa arcul .
Uneori se folosesc două arcuri pentru fiecare supapă, situate unul în celălalt, iar arcul exterior și interior au o direcție diferită de rotație pentru a preveni blocarea arcului interior cu bobinele exterioare. Utilizarea unor astfel de arcuri duble face posibilă reducerea oarecum a dimensiunilor totale ale unității datorită înălțimii totale mai mici a celor două arcuri în comparație cu un singur arc cu aceeași forță și, de asemenea, servește ca asigurare în cazul ruperii unuia dintre arcuri. arcurile, crescând astfel fiabilitatea și funcționarea fără probleme a motorului. De asemenea, uneori arcul supapei poate fi instalat nu pe supapa în sine, ci în împingător (exemplu - diesel YaAZ-204 ) [7] .
În cele mai multe cazuri, în mecanismul supapei , pentru controlul supapelor se folosește un arbore cu came din fontă sau oțel aliat , având rulmenți care servesc la instalarea arborelui în rulmenții patului său și came cu un profil diferit care determină sincronizarea supapelor motorului. De obicei, există doi lobi de arbore cu came pe cilindru (unul de admisie și unul de evacuare), dar există și alte opțiuni. În plus, pot exista mai mult de un arbore cu came. Acționarea arborelui cu came este efectuată de la arborele cotit al motorului, iar pentru motoarele în patru timpi frecvența sa de rotație este egală cu jumătate din frecvența de rotație a arborelui cotit, iar pentru motoarele în doi timpi este egală cu aceasta. Arborele se rotește în lagăre, și este de obicei ferit de deplasarea axială prin semi-inele de tracțiune din oțel, uneori cu un strat de aluminiu pe suprafața de lucru, bronz, cermet anti-fricțiune sau plastic.
La motoarele mai vechi, arborele cu came era adesea folosit pentru a antrena alte unități de motor - pompele de ulei și combustibil, distribuitorul de aprindere și uneori chiar ștergătorul de parbriz. La motoarele moderne, pompa de combustibil este acţionată electric, întrerupătorul-distribuitorul este absent şi a fost complet înlocuit de un sistem de control electronic, iar pompa de ulei este de obicei antrenată direct de la arborele cotit de un lanţ sau un angrenaj.
Motoarele de la începutul secolului al XX-lea puteau folosi uneori supape de admisie cu funcționare automată, declanșate de o diferență de presiune între atmosferă și vid în galeria de admisie, dar nu funcționau satisfăcător la turații mari și în curând au căzut din uz (supapele de evacuare au păstrat antrenare de la arborele cu came) [10] .
Legăturile de transmisie sunt instalate între camele arborelui cu came și tijele supapelor pentru a transmite forța, al cărei design depinde de tipul mecanismului de sincronizare a motorului.
La motoarele cu arbore cu came inferior, tachetele sunt utilizate pentru a elibera forța din camele sale, instalate în găurile din blocul cilindrilor, realizate deasupra patului arborelui cu came. De la împingător, forța poate fi transmisă direct la tija supapei (la motoarele cu supapă inferioară) sau printr-o tijă de antrenare la un culbutor care acționează tija supapei, care schimbă direcția forței în sens opus (în supapa superioară). motoare cu antrenare a tijei supapei) [8] .
Distingeți împingătoarele cilindrice, în formă de placă (ciupercă) și role. Pentru primele două tipuri, suprafața lagărului în contact cu came arborelui cu came este plană sau sferică, în timp ce pentru tachetele cu role, o rolă din oțel dur cu proprietăți anti-uzură ridicate este în contact cu came arborelui cu came, ceea ce poate crește semnificativ durabilitatea asamblarea și reducerea cerințelor pentru proprietățile de presiune extremă ale lubrifiantului.uleiuri - acest design a fost utilizat anterior în principal pe motoarele diesel, dar din anii 1980 a devenit larg răspândit. Pentru a preveni uzura prematură, un împingător cu o suprafață de lagăr plană sau sferică trebuie să se rotească în jurul axei sale verticale în timpul funcționării, ceea ce, cu o suprafață de sprijin plană, se realizează prin deplasarea sa față de axa camei, iar cu una sferică, prin utilizarea came cu suprafața teșită [8] .
La motoarele diesel de cilindree mare, se folosesc uneori împingătoare cu role basculante, care sunt o pârghie de balansare cu un orificiu pentru ax la un capăt și o rolă în contact cu came arborelui cu came la celălalt, forța este îndepărtată din călcâiul de oțel situat pe pârghie deasupra, pe care se sprijină culbutorul, care permite, datorită prezenței unui anumit raport de transmisie într-un astfel de împingător, obținerea unei forțe mari necesare antrenării mecanismului de distribuție a gazului unui astfel de motor [8] .
La motoarele moderne, compensatoarele hidraulice ale jocului supapelor sunt adesea plasate în împingătoare, caz în care împingătoarele sunt uneori numite hidraulice. Acestea asigură un contact constant, fără joc între părțile trenului de supape, ceea ce elimină zgomotul motorului și reduce uzura prin eliminarea sarcinilor de șoc. Uneori, ridicătorii hidraulici pot fi instalați în interiorul culbutoarelor [8] .
La motoarele cu arbore cu came deasupra capului, pentru a antrena supapele se folosesc fie pârghii (cu braț dublu sau cu un singur braț), care, în funcție de designul specific, se numesc culbutori sau culbutori (împingătoare de pârghii), fie tachete cilindrice scurte situate sub arborele cu came, direct între camele sale și tijele supapei [8] .
Când motorul funcționează, în special la sarcini mari, tija supapei se alungește la o lungime mai mare decât alte părți ale chiulasei, deoarece supapa suferă o sarcină termică suplimentară din cauza spălării plăcii sale care iese în camera de ardere cu gaze fierbinți, în timp ce restul cilindrilor de cap sunt de obicei răcite cu lichid, iar temperatura acestuia nu depășește 100 ... 120 ° C (la motoarele cu sistem de răcire cu lichid). În acest caz, se selectează decalajul termic dintre supapă și piesa care o conduce, stabilit în timpul ajustării motorului, drept urmare, după încălzirea motorului, sincronizarea începe să funcționeze aproape silențios. Dacă spațiul termic este reglat incorect, supapa se supraîncălzește, teșirea capului sau scaunului său este uzată, spațiul termic prevăzut de proiectarea motorului în servomotorul supapei poate fi absent, ca urmare a faptului că supapele se pierd. etanșeitatea lor și încep să se ardă [5] .
În prezent, majoritatea motoarelor sunt echipate cu un sistem de control automat al jocului termic în antrenarea supapelor, realizat prin utilizarea compensatoarelor hidraulice de joc ale supapelor (la motoarele cu împingătoare de supape) sau opritoare hidraulice (la motoarele cu acţionarea supapelor cu pârghie). Datorită presiunii uleiului care umple cavitatea internă a elementului hidraulic, cama arborelui cu came este în permanență în contact cu legăturile angrenajului de sincronizare, ceea ce elimină necesitatea ajustării și, de asemenea, crește fiabilitatea motorului prin prevenirea posibilității de ardere a supapei din cauza uzura teşirii sau a scaunului acestuia. După oprirea motorului pentru o perioadă lungă de timp, uleiul este stors din elementul hidraulic, drept urmare, după repornire, unele supape pot produce bătăi timp de câteva minute. Durata de funcționare a motorului cu ciocănirea supapelor crește pe măsură ce perechile de piston ale compensatoarelor hidraulice sau etanșările hidraulice se uzează. În plus, aceste dispozitive sunt sensibile la spumarea uleiului, deoarece atunci când perechea piston de ulei cu aer intră înăuntru, își pierde performanța [5] .
Clasificarea mecanismelor de distribuție a gazelor la motoarele cu distribuție a gazului prin supapă se realizează în funcție de poziția relativă a supapelor în sine și a arborelui cu came care le antrenează, precum și de proiectarea legăturilor de transmisie dintre ele.
În funcție de locația supapelor , motoarele se disting:
În funcție de locația arborelui cu came , motoarele se disting:
În funcție de numărul de arbori cu came :
Pentru managementul distribuției gazelor:
Conform acestor caracteristici, mecanismele supapelor motoarelor cu ardere internă în patru timpi sunt împărțite într-un număr de subtipuri.
Motoare cu un arbore cu came în blocul de cilindri Supape inferioareMotor cu supapă inferioară (cu supape laterale, în engleză L-Head, Flathead, SV - Side-Valve ) - un motor în care supapele sunt situate în blocul cilindrilor, plăcile în sus și sunt antrenate de la arborele cu came situat sub ele prin mijloace de împingători. La motoarele cu supapă inferioară în formă de V, arborele cu came este de obicei situat în prăbușirea blocului de cilindri, supapele divergând de acesta sub forma literei V.
Toate piesele de sincronizare de acest tip sunt situate în interiorul blocului, ceea ce vă permite să obțineți un motor foarte compact. Arborele cu came este amplasat într-un carter comun cu arborele cotit, ceea ce simplifică sistemul de lubrifiere și crește fiabilitatea, nu există legături intermediare de transmisie între camele arborelui cu came și supape (culbutori, culbutori, pârghii etc.), nu este nevoie de garnituri complexe ale tijei supapelor (etanșări ale supapelor) .
Capul blocului motor al supapelor inferioare este o placă simplă din fontă sau aluminiu, cu canale pentru lichidul de răcire, este ușor demontat, deschizând un acces convenabil la supape și pistoane, ceea ce era foarte important în anii când pistoanele aveau nevoie. să fie curățate în mod regulat de depunerile de carbon, iar supapele trebuiau să fie măcinate periodic până la șei, pentru care în plăcile lor erau realizate fante speciale pentru o mașină de leupat.
Principalul dezavantaj al dispoziției supapelor inferioare este configurația specifică a căilor de admisie și evacuare din cauza aranjamentului inversat al supapelor, ceea ce duce la o scădere a caracteristicilor specifice ale motorului. Datorită traseului complex al amestecului aer-combustibil asociat cu acesta, al cărui flux își schimbă brusc direcția la intrarea în cilindru, rezistența la admisie crește, iar umplerea cilindrilor se deteriorează semnificativ, în special la viteze mari. Ca urmare, în cele mai multe cazuri, motorul cu supapă inferioară se dovedește a fi cu turație mică și neeconomic, cu densitate de putere scăzută [5] .
În plus, caracteristicile de proiectare ale motorului cu supapă inferioară limitează sever posibilitatea de a crește raportul de compresie prin reducerea volumului camerei de ardere , care este de obicei cea mai simplă și eficientă modalitate de a crește densitatea de putere a unui motor cu ardere internă. [5]
Reducerea înălțimii bolții camerei de ardere în scopul reducerii volumului acesteia în motorul cu supapă inferioară duce la scăderea secțiunilor de curgere ale căilor de admisie și evacuare, în plus, în partea lor cea mai critică, direct adiacentă camerei de ardere, care este cauzată de scăderea spațiului dintre peretele camerei de ardere și discul supapei. Ca urmare, pe măsură ce volumul camerei de ardere scade și, în consecință, crește raportul de compresie, umplerea cilindrilor se deteriorează, ceea ce reduce semnificativ eficacitatea acestei măsuri de forțare a motorului. Acest dezavantaj este parțial eliminat prin utilizarea pistoanelor cu un deplasator care iese în camera de ardere, amplasarea scaunelor supapelor în adâncituri de pe suprafața blocului și utilizarea unui orificiu în partea inferioară a pistonului îndreptată spre supape. Cu toate acestea, chiar și cu aceste măsuri luate în considerare, la un raport de compresie de aproximativ 8: 1 și mai mare, umplerea cilindrilor motorului cu supapă inferioară se deteriorează din cauza efectului de clapete într-o asemenea măsură încât face o creștere suplimentară a raportul de compresie fără rost - creșterea eficienței fluxului de lucru al motorului obținut datorită acestuia este nivelată de deteriorarea cilindrilor de umplere. În plus, forma camerei de ardere a unui motor cu supapă inferioară în sine împiedică creșterea diametrului plăcilor și ridicarea supapelor datorită poziționării apropiate a acestora în camera de ardere și, cu atât mai mult, cu atât raportul de compresie este mai mare. a motorului și, în consecință, cu atât mai compactă camera de ardere a cilindrilor săi. [9] [11]
Din același motiv, nu are sens să creăm un motor diesel cu supapă inferioară, deoarece motoarele diesel necesită rapoarte de compresie de ordinul 16:1 și mai mari pentru a asigura un flux de lucru eficient.
Necesitatea de a asigura, pe de o parte, distanța minimă determinată structural între axele cilindrului și arborele cu came și, pe de altă parte, spațiul necesar între placa supapei și pereții camerei de ardere, obligă proiectanții să dea camera de ardere a unui motor cu supapă inferioară o formă foarte alungită. Prin urmare, o reducere a volumului camerei de ardere prin reducerea lungimii acesteia nu realizează un efect semnificativ. Forma neoptimală a camerei de ardere, la rândul său, crește semnificativ transferul de căldură prin pereți, provocând pierderi de căldură și o scădere a eficienței, crește timpul de ardere a amestecului, ceea ce limitează turația motorului și, de asemenea, contribuie la dezvoltarea detonației , motiv pentru care un motor cu supapă inferioară la același raport de compresie necesită combustibil octanic mai mare decât supapa deasupra capului.
Într-o mică măsură, aceste neajunsuri pot fi eliminate prin înclinarea axelor supapei în raport cu axa cilindrului, ceea ce reduce lungimea camerei de ardere, îmbunătățind astfel condițiile de ardere ale amestecului și reducând tendința motorului de a detona și, de asemenea, reduce rezistența la curgerea amestecului de lucru aspirat în cilindru (de exemplu, într-un motor al mașinii Moskvich-400 , unghiul de înclinare a supapei a fost puțin mai mare de 8 °), cu toate acestea, în același timp, dimensiunile de motorul se dezvoltă rapid, limitând posibilitățile acestei abordări în motoarele în linie [12] .
Într-un motor cu supapă inferioară în formă de V, este posibil să se mărească unghiul de înclinare al supapelor fără o creștere excesivă a dimensiunilor exterioare într-o măsură mult mai mare decât într-unul în linie. Încercând să depășească deficiențele circuitului inferior supapelor, proiectanții au plasat uneori supapele în blocul cilindrilor unui motor cu supapă inferioară în formă de V la un unghi foarte mare față de axa cilindrului, orizontal sau aproape orizontal, pentru care arborele cu came trebuia să să fie plasate sus în prăbușirea blocului, iar în acționarea supapei trebuiau introduse legături suplimentare - împingătoare basculante lungi (pârghii cu un singur braț) sau brațe culbutoare (pârghii cu două brațe). În special, motorul Lycoming FB cu 8 cilindri în formă de V din anii 1930 avea un astfel de design de sincronizare, în care supapele erau instalate la un unghi de 35 ° față de axa cilindrului și erau acționate prin pârghii cu un singur braț. Cu un astfel de aranjament de supape, canalele de intrare și ieșire se învecinau cu camera de ardere mai ușor, fără o întoarcere de 90 de grade, ceea ce a făcut posibilă eliminarea practic a problemelor asociate cu o schimbare bruscă a direcției de mișcare a încărcăturii. amestecul de lucru la intrare, în plus, camera de ardere s-a dovedit a fi relativ scurtă.
De asemenea, un avantaj suplimentar al acestei soluții de proiectare a fost că canalele de evacuare puteau fi ridicate, și nu în interiorul prăbușirii blocului, ca la multe V8-uri cu supapă inferioară, ceea ce a simplificat proiectarea sistemului de evacuare și a redus încălzirea motorului de la evacuare. gazele. Cu toate acestea, alte dezavantaje ale motoarelor cu supapă inferioară au fost pe deplin păstrate - o zonă mică de curgere a tractului de admisie și imposibilitatea creșterii raportului de compresie peste o anumită limită, iar proiectarea unui motor cu o astfel de sincronizare s-a dovedit a fi foarte complex și costisitor de fabricat, ceea ce a împiedicat distribuția acestuia. De fapt, acest aranjament de sincronizare este o „tranziție” între motoarele cu supapă inferioară și motoarele OHV cu supapă deasupra (a se vedea mai jos) . Odată cu o creștere suplimentară a unghiului de înclinare a supapelor în raport cu axa cilindrilor, acestea trebuiau deja transferate la chiulasa, făcând astfel din motor o supapă deasupra capului.
Cea mai eficientă modalitate de a crește puterea specifică a unui motor cu supapă inferioară este de a- l supraalimenta de la un compresor de antrenare sau un turbocompresor, ceea ce face posibilă o umplere bună a cilindrilor și o eficiență destul de ridicată a procesului de lucru chiar și la un nivel scăzut. rata compresiei. Cu toate acestea, datorită complexității și costului ridicat de implementare, cu un efect relativ modest în comparație cu motoarele altor scheme, a fost folosit extrem de rar, în special în SUA în anii 1930 și 40, și, de asemenea, pe scară largă - în reglarea joasă americană. supapa V8s (în special, pe hot rod ).
Camerele de ardere ale unui motor cu supapă inferioară au o formă complexă și, de regulă, nu sunt prelucrate, reținând suprafața rugoasă obținută în timpul turnării, ceea ce reduce și mai mult performanța motorului și provoacă diferențe de volum și, în consecință, de natura functionarea camerelor de ardere a unui cap . Porturile lungi de evacuare situate în blocul cilindrilor contribuie la supraîncălzirea motorului cu supapă inferioară datorită încălzirii suplimentare de la gazele de evacuare fierbinți. Acest lucru este valabil mai ales pentru V8-urile sub supapă, unde orificiile de evacuare trec de obicei drept prin blocul cilindrilor într-o direcție transversală, de la cambra spre exterior la galeriile de evacuare, iar gazele de evacuare care trec prin ele degajă multă căldură de-a lungul astfel, provocând supraîncălzirea motorului, în special în cazul unei eficiențe insuficiente a sistemului de răcire.
La unele motoare cu supape inferioare, reglarea standard a jocului supapelor nu a fost deloc asigurată ( Ford T , Ford A și derivatele acestora), în cazul unei defecțiuni grave, tijele supapelor erau modificate: dacă jocul era prea mic, acestea piliu (terminat) puțin, iar dacă era prea mare, desfaceau partea de coadă îngroșată, în timp ce prelungeau puțin tija. Ulterior, la majoritatea motoarelor, a fost introdus un mecanism de reglare a golului (un șurub cu o piuliță de blocare răsucită în împingător), cu toate acestea, accesul la acesta a fost adesea extrem de incomod (cu toate acestea, era relativ rar necesar la astfel de motoare). Această problemă este complet rezolvată de compensatoarele hidraulice de joc ale supapelor încorporate în jetoane.
Până în anii 1950, datorită simplității și costului redus, motoarele cu o astfel de sincronizare erau cele mai frecvente la mașini (cu excepția mașinilor sport) și camioane. Primele modele produse în serie cu motoare cu supape deasupra capului au apărut în anii 1920, dar în acei ani, motoarele cu supape inferioare au concurat cu ele aproape pe picior de egalitate. Abia în anii 1950, după disponibilitatea combustibilului cu cifre octanice mai mari, a cărui realizare a avantajelor cărora era nevoie de o creștere a raportului de compresie, a devenit clar că schema de supape inferioare a împiedicat dezvoltarea industriei auto, prevenind crearea de mașini mai avansate, dinamice și de mare viteză, care să corespundă condițiilor schimbătoare ale traficului rutier. Ca urmare, în prima jumătate a anilor 1950, introducerea în masă a motoarelor cu supape deasupra capului a început în mașinile de pasageri, lipsite de dezavantajele inerente schemei de supape inferioare. Pe anumite modele de mașini, totuși, motoarele cu supape inferioare au durat până la începutul anilor 1960 (toate modelele Plymouth în versiunea șase în linie, Studebaker , Rambler , Simca Vedette , ZIM GAZ-12 ), iar pe camioane această schemă a fost utilizată în general. până la șaptezeci, dacă nu mai mult - de exemplu, camioanele GAZ-52 și ZIL-157 cu un motor cu supapă inferioară au fost produse până în anii 1990. În echipamentele speciale, motoarele cu supapă inferioară sunt utilizate pe scară largă astăzi.
În plus, motoarele cu supapă inferioară păstrează o anumită popularitate în aeronavele mici cu piston , unde vitezele lor scăzute de funcționare se transformă într-un mare avantaj, deoarece permit eliminarea reductorului cu șurub din design. Așadar, putem observa motoarele de avioane boxer belgiene cu supapă inferioară D-Motor LF26 și LF39, care își oferă puterea maximă la o turație a arborelui cotit de numai 2800 ... 3000 rpm. Simplitatea designului, fiabilitatea și fiabilitatea motorului sub supapă sunt, de asemenea, mari avantaje în acest domeniu.
Supapă dublăO variație a schemei cu un aranjament inferior al supapelor au fost motoarele cu cap în formă de T (capul T în literatura engleză) sau supapa inferioară cu un aranjament cu două rânduri de supape, care au avut o anumită distribuție în prima jumătate a anului. secolul al XX-lea . La acestea, supapele de admisie erau pe o parte a blocului cilindrilor, iar supapele de evacuare erau pe cealaltă parte. Erau și doi arbori cu came. Astfel de motoare, printre altele, au fost echipate cu primele Russo-Balts.
Scopul acestui proiect este acela de a elimina supraîncălzirea supapelor de admisie și a orificiilor de admisie din bloc prin izolarea acestora de evacuarea fierbinte. Faptul este că benzina cu un octan scăzut, disponibilă la începutul secolului al XX-lea, era foarte predispusă la detonare, ceea ce a făcut ca utilizarea acestei scheme să fie oarecum benefică - un amestec mai rece benzină-aer are un număr octanic puțin mai mare ( injecția de apă a funcționat pe același principiu în cilindri care răceau amestecul de lucru - un design care era și în circulație în acei ani). În caz contrar, motorul cu un astfel de sistem de distribuție a gazului avea caracteristici mai proaste decât cele cu o sincronizare convențională mai mică a supapelor, în special, avea o densitate de putere mai mică. În plus, s-a dovedit a fi complex, voluminos, greu și costisitor de fabricat. Așadar, după Primul Război Mondial, marcat de progrese semnificative atât în domeniul construcției motoarelor, cât și în petrochimie, această schemă de cronometrare a intrat în uz.
Această schemă permite, de asemenea, utilizarea a trei sau patru supape pe cilindru într-un motor cu supapă inferioară - două supape de admisie pe o parte și una sau două supape de evacuare pe cealaltă, cu toate acestea, în cazul unui motor cu supapă inferioară, câștigul obtinut din aceasta cauza este mic.
Aranjament mixt de supape (tip IOE)De asemenea, se găsesc denumirile F-Head sau IOE ( Intake Over Exhaust - „supapă de admisie peste supapa de evacuare”). Într-un astfel de motor, supapele de admisie sunt de obicei amplasate în capul blocului, ca într-un motor cu supapă deasupra capului, și sunt acționate de tije de împingere, iar supapele de evacuare sunt în bloc, ca într-un motor sub supapă. Arborele cu came era unul și era situat în bloc, ca un motor convențional cu supapă inferioară.
Această schemă are avantajul că puterea sa este semnificativ mai mare decât cea a supapei inferioare „curate” - aranjamentul superior al supapelor de admisie poate îmbunătăți semnificativ umplerea cilindrilor cu amestecul de lucru. De regulă, astfel de motoare au fost convertite din cele cu supape inferioare ca măsură a modernizării continue, care a fost adesea mai simplă din punct de vedere tehnologic și mai rentabilă decât trecerea la un motor complet cu supape deasupra capului, bazat pe același bloc de cilindri.
Asemenea motoare au fost utilizate pe scară largă de Rolls-Royce și Rover (inclusiv SUV-urile Land Rover) datorită fiabilității lor ridicate în comparație atât cu motoarele cu supape inferioare (datorită răcirii bune a supapelor superioare), cât și în comparație cu motoarele cu supape de început (datorită jumătate din numărul de tije), precum și capacitatea de a funcționa cu benzină cu octan scăzut fără detonare.
Modificări similare cu „jumătate de supapă” bazate pe motoarele de serie au existat în URSS - acestea erau motoare sport bazate pe unități de mașini Moskvich , Pobeda și ZIM . Câștigul de putere, în combinație cu alte măsuri de forțare, a fost semnificativ - până la 20 ... 40 CP. cu., cu puterea inițială a motoarelor indicate în sine de 35, 50 și 90 de litri. s., respectiv. S-a planificat utilizarea unui motor similar pe moștenitorul lui Pobeda , dar în cele din urmă s-a făcut alegerea în favoarea unui motor complet cu supapă deasupra unei familii complet noi.
Odată cu utilizarea pe scară largă a motoarelor „adevărate” cu supape deasupra capului, această schemă a căzut aproape complet în nefolosire. Cu toate acestea, ultimul astfel de motor a fost produs de Willys în anii 1970.
În cazuri foarte rare (motocicletele Indian Four din 1936 și 1937), supapele de evacuare au fost făcute superioare, în timp ce supapele de admisie au rămas mai jos. Acest design a fost extrem de nereușit din cauza arderii constante a supapelor de evacuare și nu a fost repetat din nou.
Supape deasupra capului cu supape acționate cu tijă (tip OHV)Acest design de sincronizare a fost inventat de David Dunbar Buick chiar la începutul secolului al XX-lea. Pentru motoarele cu o astfel de sincronizare, supapele sunt situate în chiulasa, iar arborele cu came este în bloc (denumirea în engleză - OHV , Supapa OverHead ; găsit și I-Head , sau Pushrod , adică "cu tije de împingere" ) . Arborele cu came și supapele distanțate la distanță fac necesară instalarea de legături lungi de transmisie între ele - tije de împingător care transmit forța de la împingătoarele în contact cu camele arborelui cu came la culbutorii care antrenează direct supapele, care este principala caracteristică distinctivă a acestei scheme de sincronizare. .
Supapele din chiulasa sunt de obicei dispuse pe un singur rând, vertical (cu o cameră de ardere plat-ovală) sau cu o pantă ușoară (cu o cameră de ardere cu pană), aproximativ pe axa longitudinală a camerei de ardere, cu toate acestea, există și alte Opțiuni. Deci, la motoarele Chrysler HEMI V8 , camera de ardere este semisferică, canalele de admisie și evacuare se apropie de ea de-a lungul razelor emisferei - respectiv, supapele de admisie și de evacuare sunt situate în două rânduri pe părți opuse ale axei longitudinale ale camera de ardere, cu o panta mare, iar tijele care le conduc Impingatoarele se abat de la blocul arborelui cu came situat in colaps sub forma literei V (doua randuri de tije pentru fiecare cap al motorului in forma de V - randul superior actioneaza supapele de admisie, evacuarea inferioară). La motorul GM 122 / Vortec 2200 cu patru cilindri în linie și unele motoare din familia GM Big Block V8, cum ar fi Vortec 8100, cu o cameră de ardere cu pană orientată în diagonală, supapele au fost, de asemenea, amplasate pe două rânduri cu o înclinare și au fost condus tot de tijele de împingere în formă de V. În ambele cazuri, utilizarea unui layout complicat de sincronizare se explică prin dorința proiectanților de a proiecta canale de intrare și ieșire cu o configurație mai eficientă în ceea ce privește debitul.
Uneori, din motive de amenajare, arborele cu came nu se află în cavitatea carterului, lângă arborele cotit, ci mult mai sus, direct sub chiulasa, în timp ce tijele scurte de împingere care duc la culbutorii sunt reținute. Un exemplu de astfel de soluție sunt motoarele diesel în doi timpi din familia YaAZ-204 / 206 (Detroit Diesel 4-71 / 6-71), iar antrenarea arborelui cu came (precum și arborele de echilibrare situat simetric față de acesta) a fost transportată. în ele printr-un sistem complex de viteze situate pe partea volantului. În acest caz, motivul pentru această aranjare a arborelui cu came a fost că aceste motoare au fost echipate cu un compresor de antrenare, care a fost instalat direct pe peretele lateral al blocului și a purjat cilindrii prin ferestrele situate în partea de mijloc (vezi mai jos). , astfel încât canalele realizate în blocul cilindrilor pentru trecerea aerului pur și simplu nu au lăsat loc pentru arborele cu came, împingătoare și tije, motiv pentru care trebuiau amplasate mai sus.
Un design similar „semi-aeran” este folosit ocazional și pe motoarele de mașini și motociclete, de exemplu, Renault Cléon-Alu francez (Moteur A) din anii 1960 - 80 cu un singur arbore cu came „semi-aeran” înalt în bloc. , conducând supape amplasate oblic în cap , sau unele motoare de motociclete boxer BMW cu doi cilindri, inclusiv BMW R nineT , încă producătoare, care au doi arbori cu came antrenați de lanț foarte aproape de capete, dar păstrează totuși tijele de împingere foarte scurte. Avantajul aici este reducerea masei și, în consecință, a inerției mecanismului de antrenare a supapei în comparație cu sincronizarea convențională OHV, ceea ce vă permite să creșteți viteza de funcționare, apropiindu-se de caracteristicile motoarelor aeriene, menținând în același timp un arbore cu came pe interior. motor de linie. Cu toate acestea, antrenarea arborelui cu came este mai complicată și mai puțin fiabilă.
În cazuri foarte rare, supapele pot să nu fie amplasate vertical sau la o ușoară înclinare în chiulasă, ci orizontal sau aproape orizontal. În acest caz, pentru antrenarea lor de la arborele cu came (arborele cu came) situat în bloc, se folosesc direct pârghii sau culbutori, fără tije de antrenare. Deci, motoarele de aeronave Duesenberg Aero în linie cu patru supape pe cilindru, unele motoare de automobile ale aceleiași companii (cunoscute împreună și sub numele de Duesenberg Walking Beam Engines ), precum și motoarele Lanchester , pentru a acționa supapele situate pe două rânduri spre dreapta și din stânga camerei de ardere s-au folosit culbutori foarte lungi, montați pe pereții laterali ai blocului cilindric, a căror parte inferioară era în contact direct cu camele arborelui cu came, iar partea superioară acționa supapele.
Uneori se crede că acest design a fost folosit pentru prima dată pe un motor de mașină Cameron în 1906. La motoarele în formă de V, aspectul cu supape situate orizontal sau aproape orizontal în chiulasele și un arbore cu came înalt în prăbușirea blocului a fost utilizat pe motoarele de avioane din Primul Război Mondial Lancia Tipo 4 și Tipo 5 proiectate de Vincenzo Lancia , precum și motorul Lycoming BB cu 12 cilindri în formă de V [13] [14] [15] .
Partea pozitivă a temporizării de tip OHV este un design relativ simplu și fiabilitatea structurală pe care o oferă, în special, de regulă, o antrenare simplă și fiabilă a arborelui cu came este utilizată de angrenaje, ceea ce elimină însăși posibilitatea unor astfel de defecțiuni, cum ar fi sincronizarea ruptă. cureaua sau „săritura” lanțului într-un mecanism acționat cu lanț (mai rar, se folosește un lanț scurt dințit cu placă Morse, ceea ce face posibilă obținerea unei silenții complete a transmisiei, dar datorită lungimii sale scurte, riscul de a întinderea sa este mult mai mică decât în cazul unui arbore cu came deasupra capului; o transmisie prin curea este utilizată doar ca excepție, de exemplu, la unele motoare diesel japoneze). Sarcinile operaționale asupra pieselor de sincronizare se dovedesc, de asemenea, a fi relativ scăzute, ceea ce asigură o durabilitate ridicată și nesolicitantă pentru lubrifianți. Într-un motor în formă de V, această schemă de sincronizare are avantajul suplimentar că devine posibilă antrenarea supapelor ambelor capete de la un singur arbore cu came situat în colapsul blocului.
Multe motoare de sincronizare de tip OHV sunt semnificativ mai compacte decât motoarele aeriene, deoarece nu au un arbore cu came situat deasupra capului blocului, ceea ce este deosebit de important pentru motoarele fără arbori culbutori, în care fiecare culbutor se sprijină pe un suport separat. coloană sub forma unui stud semisferic segment (scaun cu bilă) , care este tipic pentru motoarele americane; pentru motoarele în linie, acest lucru se aplică în special înălțimii libere, iar pentru motoarele în V, atât înălțimea cât și lățimea totală.
Motoarele sport cu sincronizare OHV pot funcționa cu succes la 9,5 mii rpm ( NASCAR ), sau chiar 10 ... 12 mii rpm (NHRA Pro Stock), dar pentru a asigura acest lucru, soluții structurale și tehnologice speciale, foarte scumpe (foarte rigide, dar ușoare , tije de împingere din titan, arbori cu came speciali cu diametre mari ale gâtului, arcuri de supape, culbutori și așa mai departe); de exemplu, costul construirii unui motor NHRA Pro Stock este de aproximativ 100.000 USD și, în același timp, practic nu are piese în comun cu motorul serial luat ca bază. Prin urmare, de regulă, motoarele din această schemă au o viteză relativ mică, dar, în același timp, au o elasticitate bună și o caracteristică de cuplu flexibilă. .
În plus, o astfel de schemă îngreunează utilizarea a mai mult de două supape pe cilindru (motoarele cu o astfel de sincronizare, având 4 supape pe cilindru, sunt mari ca dimensiuni și greutate, ceea ce le face să fie puțin utilizate în mașini, dar destul de acceptabile pentru camioane și echipamente grele - exemple în acest sens sunt motoarele KamAZ, YaMZ, TMZ, locomotiva diesel ChME3 și multe altele) și complică proiectarea orificiilor de admisie și de evacuare din chiulasa cu o configurație foarte eficientă în ceea ce privește debitul și rezistența la curgere.
În URSS , motorul Volga GAZ-21 a devenit primul motor cu supape deasupra capului produs în masă într-o mașină de pasageri ( NAMI-1 și ZIS-101 la scară mică au avut o astfel de sincronizare deja în anii 1920 și 30). Dintre mașinile sovietice, toate modelele de carburator de masă ale familiilor Volga, Moskvich din familiile M-407, M-408 și M-2138, precum și camioanele și autobuzele cu motoare cu carburator din configurația V8 (ZIL, GAZ) au avut astfel de un mecanism de distribuție a gazelor. În prezent, motoarele în linie cu patru cilindri din familia UMZ-4216 și V8 din familia ZMZ-511 sunt produse în Rusia, având o acționare a supapei și un sistem de alimentare cu injecție, ceea ce le-a permis să se încadreze în mediul Euro-5. standard. De asemenea, aproape toate motoarele diesel de mare viteză produse în serie în URSS, în special, YaAZ-204 / 206, YaMZ-236 / 238, KamAZ-740 și așa mai departe, au avut o sincronizare cu o acționare a tijei supapei și așa pornit (cu excepția motoarelor diesel din familia V-2 ).
În practica mondială a producției de mașini de pasageri, astfel de motoare au fost utilizate pe scară largă începând cu anii 1910 - 1920, însă, până la apariția combustibilului cu octan mare la sfârșitul anilor 1940 - prima jumătate a anilor 1950, ele nu au putut atinge o superioritate decisivă. peste supapele inferioare, deoarece cu o putere de ieșire comparabilă, acestea din urmă aveau avantaje în ceea ce privește simplitatea designului și costul redus de producție. Deci, în SUA, Ford și Chrysler au folosit doar motoare cu supapă inferioară pe modelele lor dinainte de război, GM a folosit atât motoare cu supapă superioară, cât și cu supapă inferioară și erau destul de comparabile în ceea ce privește puterea și alte caracteristici. În Germania de dinainte de război, motoarele cu supape deasupra capului erau mai frecvente, dar odată cu aceasta, a continuat producția de masă a celor cu supape inferioare.
Ubicuitatea motoarelor cu supape deasupra capului a început odată cu introducerea motorului Oldsmobile Rocket V8 în 1949, cu un raport de compresie proiectat pentru combustibil cu octan mare, ceea ce a provocat o „cursă de cai putere” în industria auto americană care nu s-a diminuat decât la începutul anilor 1970. În Europa, motoarele acționate cu tija de supapă nu au durat mult și, de fapt, au devenit o opțiune de tranziție de la cele cu supapă inferioară la cele cu supapă superioară - până la sfârșitul anilor 1960, această schemă a fost considerată învechită acolo și a fost rar utilizată pe noi. modele de mașini. Cu toate acestea, în Statele Unite, unde până de curând erau populare motoarele cu viteză relativ mică, cu cilindree mare, pentru care acţionarea supapei tijei este destul de adecvată, mecanismul de distribuţie a gazelor de tip OHV a fost utilizat pe scară largă până în anii 1980 şi chiar 1990 şi continuă să poate fi găsit în prezent pe motoarele de pasageri moderne - un exemplu este Chrysler 5.7 L Hemi ( Dodge Ram , Dodge Charger R / T , Jeep Grand Cherokee , Chrysler 300C ), care a fost produs din 2003, folosind tehnologia de deplasare variabilă dinamic și sincronizare variabilă dinamică a supapelor.
Uneori, astfel de motoare au fost folosite și pe mașinile europene moderne ieftine din cauza ieftinității și compactității lor. De exemplu, prima generație Ford Ka (1996–2002) a folosit o versiune cu injecție a motorului de sincronizare OHV Kent cu patru cilindri de la sfârșitul anilor 1950, care era foarte compact conform standardelor actuale pentru a se potrivi cu motorul în compartimentul mic al motorului Ka.
În motoarele camioanelor și echipamentelor grele, pentru care un număr mai mic de rotații de funcționare și inerția sincronizarii nu reprezintă un dezavantaj, iar fiabilitatea și durabilitatea sunt primordiale, sincronizarea tipului OHV este încă foarte răspândită. Schema OHV este, de asemenea, populară pe motoarele cu turație redusă în patru timpi pentru mașini de tuns iarba , centrale electrice pe benzină , tractoare cu plimbare . Motoarele de tractor moderne au și ele această schemă.
O altă aplicație pentru motoarele de acest design sunt motocicletele americane clasice, în primul rând Harley-Davidson și indian , precum și motocicletele unor producători japonezi care le imită, cum ar fi Yamaha (sub marca Star) și Kawasaki Heavy Industries . Fiabilitatea și elasticitatea unor astfel de motoare, împreună cu vibrațiile și zgomotul crescut în comparație cu alte scheme de sincronizare, au devenit de mult un semn distinctiv al motocicletelor clasice în stil american. .
Motoare cu arbore cu came în cap (OHC) SOHCMotor cu un arbore cu came deasupra capului și supape în cap ( Arbore cu came deasupra capului sau SOHC - Un singur arbore cu came deasupra capului ). Una dintre primele a fost folosită în 1910 de compania britanică Maudslay pe modelul de 32 CP.
Acționare supapă basculante
Acţionarea supapei prin pârghii (balance)
Acționarea supapei prin împingătoare
Acționare cu supapă mixtă - împingător și culbutor
În funcție de configurația specifică a acționării supapelor, motoarele cu antrenare a supapei se disting prin culbutori, pârghii (balance) sau împingătoare cilindrice.
La motoarele aeriene cu acționare a supapelor basculante , culbutorii sunt utilizate pentru a acționa supapele - pârghii cu două brațe, unul dintre capete (de obicei mai scurt) este în contact cu came arborelui cu came situat sub ea, iar al doilea (mai lung) este în contact cu tija supapei. În cele mai multe cazuri, culbutorii sunt amplasate pe o axă comună, ceea ce facilitează asamblarea și demontarea mecanismului de distribuție a gazului. Această acționare a supapelor este utilizată în mod obișnuit la motoarele emisferice sau cu cameră de cort care necesită două supape în V și unde alte tipuri de acționare a supapelor ar necesita fie pârghii foarte lungi, fie doi arbori cu came, câte unul pentru fiecare rând de supape, ceea ce este în general mai puțin preferat. . Deși, în principiu, nimic nu împiedică utilizarea unui antrenament cu supape cu culbutori și cu un aranjament cu un singur rând de supape. În plus, datorită poziționării arborelui cu came sub culbutorii, capul blocului este relativ compact în înălțime (dar are o lățime mare). Exemple de motoare deasupra capului cu supape acționate cu balansoar sunt Moskvich-412 (camera de ardere emisferică), unele modele de motoare de la BMW (emisferică) și Honda (cort), motorul Renault Logan cu 8 valve (cort).
La motoarele aeriene cu acţionare a supapelor prin pârghii (balance) , pârghiile cu un singur braţ (împingătoare de pârghie) sunt folosite ca o legătură de transmisie între camele arborelui cu came şi supape, bazate pe o axă comună sau pe stâlpi de susţinere individuali (opritori) sub formă de un șurub cu o suprafață de lucru sferică, pe care pârghia este apăsată de forța unui arc special de ac de păr. Arborele cu came este situat deasupra brațelor și le împinge aproximativ în mijloc. Această schemă este relativ simplă de implementat și ieftină, cu toate acestea, are un nivel de zgomot crescut, iar suprafața de contact a camei arborelui cu came și pârghia suferă sarcini mari, ceea ce necesită caracteristici de presiune extremă ridicată ale uleiului de lubrifiere. În plus, datorită poziționării arborelui cu came deasupra pârghiilor, chiulasa este greoaie ca înălțime (lățimea depinde de aspectul specific, dar în general este mai mare decât atunci când supapele sunt antrenate de împingătoare cilindrice). O astfel de sincronizare este tipică pentru motoarele Zhiguli VAZ-2101 ... 2107 și Niva VAZ-2121, precum și pentru o serie de alte motoare, dezvoltate în principal în anii 1960 - 70.
La motoarele aeriene cu tachete cilindrice , arborele cu came este situat direct deasupra tijei supapelor și le antrenează prin tachete cilindrice scurte. Mecanismul de antrenare este foarte simplu și cu inerție minimă a pieselor, ceea ce este benefic pentru motoarele de mare viteză, iar chiulasa este destul de compactă în toate direcțiile. Cu toate acestea, reglarea jocului supapelor cu acest design al antrenării supapelor cauzează dificultăți semnificative din cauza accesului dificil la împingătoare, astfel încât motoarele moderne cu o astfel de sincronizare au de obicei compensatoare hidraulice pentru jocul supapelor încorporate în împingătoare. Datorită avantajelor de mai sus (simplitate, compactitate, inerție minimă), acest tip de acţionare a supapelor este în prezent cel mai comun la motoarele autoturismelor (atât SOHC, cât și DOHC).
Mai multe tipuri de acţionare a supapelor pot fi utilizate simultan pe acelaşi motor - de exemplu, în motorul Triumph Dolomite Sprint cu patru supape pe cilindru, supapele de admisie erau antrenate prin împingătoare, iar supapele de evacuare prin culbutori, în plus, de la acelaşi came pe un singur arbore cu came.
În cele mai multe cazuri, schema OHC este asociată cu motoarele care au două supape pe cilindru, dar unele motoare pot folosi trei sau chiar patru supape pe cilindru acţionate de un singur arbore cu came în cap. De exemplu, pe un motor Mercedes-Benz M113 cu opt cilindri în formă de V, în fiecare chiulasă a fost instalat un arbore cu came, din ale cărui came două supape de admisie și o supapă mare de evacuare erau antrenate de culbutori (trei came pentru fiecare cilindru). ). Uneori sunt folosite culbutori în formă de Y, care permit acționarea simultană a două supape de la o came a arborelui cu came (Subaru EJ25). În prezent, astfel de motoare sunt aproape complet înlocuite cu motoare de sincronizare DOHC.
Schema OHC a fost cea mai comună în a doua jumătate a anilor șaizeci - optzeci. O serie de motoare dintr-o astfel de schemă sunt produse și în timpul nostru, în principal pentru mașini ieftine (să zicem, o serie de motoare Renault Logan ).
DOHCMotor cu doi arbori cu came în chiulasă (Arbore cu came dublu). Există două varietăți serios diferite ale acestui mecanism, care diferă în ceea ce privește numărul de supape.
2OHC/DOHC cu două supape pe cilindruAceastă schemă este o versiune complicată a OHC obișnuit. Există doi arbori cu came în chiulasa, dintre care unul antrenează supapele de admisie, al doilea - evacuare, în timp ce fiecare cilindru are o supapă de admisie și una de evacuare. Această schemă a fost utilizată în anii 1960 - 1970 pe motoarele cu potențial ridicat ale unor mașini precum Fiat 125 , Jaguar , Alfa Romeo , precum și un motor experimental al mașinilor de curse Moskvich-412 R, Moskvich-G5 și în mașinile de pasageri, de asemenea ușoare comercial, concern Ford pentru piata europeana, pana in 1994.
Schema vă permite să creșteți semnificativ numărul de rotații ale arborelui cotit prin reducerea inerției acționării supapei, prin urmare, creșteți puterea preluată de la motor. De exemplu, puterea unei modificări sportive a motorului Moskvich-412 cu doi arbori cu came de 1,6 litri a fost de 100-130 de litri. Cu.
DOHC cu trei sau mai multe supape pe cilindruDoi arbori cu came, fiecare dintre care antrenează propria serie de supape. De obicei, un arbore cu came împinge două supape de admisie, celălalt una sau două supape de evacuare. În prezent, sunt utilizate în mod obișnuit patru supape pe cilindru, adică, de fapt, o versiune cu două rânduri a schemei OHC cu de două ori mai multe arbori cu came și supape, dar pot fi implementate alte scheme cu un total de trei până la șase supape pe cilindru. Acționarea supapei, de regulă, prin împingătoare cilindrice, ca fiind cea mai compactă. În cele mai multe cazuri, se utilizează o cameră de ardere a cortului, deși există și o variantă cu o cameră de ardere emisferică, în care toate cele patru supape sunt instalate oblic în planuri diferite - acest lucru complică foarte mult proiectarea antrenării supapei, astfel încât acest design nu a distribuite primite.
Această schemă de sincronizare vă permite să creșteți semnificativ puterea specifică a motorului datorită umplerii mai bune a cilindrului, în special la viteze mari. Utilizarea mai multor supape de admisie mici în loc de una mare permite nu numai creșterea suprafeței lor totale de curgere, ci și reducerea sarcinilor dinamice care apar în antrenarea mecanismului supapei, datorită scăderii masei fiecărei supape și a cursei sale. , și, prin urmare, reduce inerția pieselor de sincronizare și crește viteza de funcționare a motorului. La ieșire, utilizarea a două robinete mici în loc de una mare face posibilă reducerea temperaturii acestora prin îmbunătățirea disipării căldurii cu un diametru mic al discului supapei [5] .
Cu toate acestea, datorită curățării rapide a cilindrului, un astfel de motor este mai sensibil la durata fazei de suprapunere a supapelor (când supapele de admisie și de evacuare sunt deschise în același timp) - la viteză mare, durata fazei ar trebui fi mai lungă pentru o mai bună curățare a cilindrilor, dar la viteze mici acest lucru duce la pierderea încărcăturii amestecului combustibil și la reducerea eficienței muncii. Cu alte cuvinte, un motor cu o astfel de sincronizare are de obicei o tracțiune slabă „pe partea de jos” și necesită menținerea unor viteze mari pentru accelerare intensivă. O soluție radicală la această problemă este utilizarea temporizării variabile a supapelor (vezi mai jos).
Prin ea însăși, această schemă de sincronizare este cunoscută cel puțin din anii 1920, dar mult timp a fost folosită numai pe motoarele de avioane și motoarele mașinilor de curse sport, cum ar fi Duesenberg Model J. De asemenea, sincronizarea cu patru supape pe cilindru și doi arbori cu came deasupra capului au fost echipați cu unele motoare de rezervor, în special - celebrul rezervor diesel V-2 (T-34, KV, IS) și V8 Ford GAA american pe benzină ("Sherman" M4A3), ambele fiind dezvoltate inițial ca motoare de avioane. În industria auto de masă, acest aranjament a devenit solicitat abia în anii 1980, când posibilitățile schemei tradiționale de sincronizare cu un singur arbore cu came superior în ceea ce privește puterea de ieșire erau, în ciuda tuturor trucurilor designerilor, aproape de epuizare.
Motoarele cu doi arbori cu came în cap și patru supape pe cilindru sunt utilizate în majoritatea mașinilor de pasageri produse în prezent, în special în familia de motoare ZMZ-406 , ZMZ-405 și ZMZ-409 , instalate pe vehiculele Gazelle (fost) și UAZ ( până în 2008, de asemenea, Volga), sau motoarele VAZ-2112 și modificările sale instalate pe modelele VAZ moderne.
Este de remarcat faptul că există motoare cu patru supape pe cilindru care nu aparțin schemei DOHC, de exemplu, motoarele diesel Cummins cu patru supape pe cilindru (instalate pe mașinile Grupului GAZ), în care toate supapele sunt conduse de la un singur cilindru. arbore cu came prin culbutori cu cruce . În mod similar, existau motoare cu doi arbori cu came, dar doar două supape pe cilindru.
Transmisia arborelui cu cameUnitățile de cronometrare după tip sunt împărțite în:
Arborele cu came ai motoarelor realizate conform schemei SOHC sau DOHC sunt antrenate de o curea sau un lanț dințat , iar implementarea constructivă a propulsiei cu aceste scheme de distribuție a gazului este semnificativ dificilă din cauza locației superioare a arborelui cu came (arbori), la o distanță considerabilă de arborele cotit, ceea ce determină o lungime mare a legăturilor de transmisie dintre ele.
Începând cu anii 1980, acționarea arborelui cu came de către o curea dințată a devenit cea mai comună la mașinile de pasageri. Cureaua dințată se află în afara volumului spălat cu ulei, pe parcurs, cureaua antrenează pompa de apă. Scopul dinților este de a oferi o bună aderență și de a preveni alunecarea. Numărul lor este strict definit, deoarece sincronizarea arborelui cotit și a arborilor cu came depinde de acesta.
Avantajele unei transmisii prin curea dințată sunt costul redus, zgomotul, absența aproape completă a tendinței de întindere a curelei, capacitatea de a antrena ambii arbori cu came de la o singură curea (în schema DOHC) și un număr mare de unități auxiliare (răcire). pompa de sistem, generator, iar pe motoarele moderne adesea pompa de ulei, pompa de injectie diesel etc.) datorita elasticitatii sale mari.
Dezavantaje - la majoritatea motoarelor fabricate, o centură spartă va face ca plăcile supapelor să lovească pistoanele. Pentru a evita acest lucru, se recomandă să respectați cu strictețe frecvența stabilită de înlocuire a curelei dințate. Resursa variază de obicei între 50 și 150 de mii de km. Dar trebuie amintit că cauciucul îmbătrânește în timp și cu un kilometraj anual scăzut, înlocuirea curelei poate fi necesară mai devreme decât este specificat de producător. De asemenea, trebuie reținut că o funcționare defectuoasă a rolelor de tensionare poate duce și la o cureaua ruptă, deci dacă motorul este „conectat” (adică o cureaua de distribuție ruptă sau alunecată va duce la o coliziune între plăcile supapelor și pistoane), atunci mecanismul curelei de distribuție trebuie inspectat din când în când. Blocarea pompei de apă duce, de obicei, la o curea ruptă cu toate consecințele ei (o problemă tipică a motoarelor VAZ cu o curea de transmisie) [5] .
La motoarele moderne, în care curelele sunt fabricate din materiale sintetice de calitate, cu fibră de sticlă sau cabluri de sârmă, ruperea curelei de transmisie în timpul duratei de viață specificate este un eveniment rar, de obicei cauzat de factori externi - de exemplu, uleiul care intră pe curea. , ceea ce duce la deteriorarea acestuia, pătrunderea de obiecte străine în unitate (gheață, părți ale pieselor distruse ale motorului, cârpe în timpul reparațiilor etc.), defecțiuni sau execuție defectuoasă a rolelor de tensionare (înclinare, blocare), blocarea lagărelor pompei sistemului de răcire , si asa mai departe. De asemenea, ruperea curelei de distribuție sau tăierea unei părți a dinților acesteia are loc mai ales în timpul pornirii motorului iarna pe vreme geroasă (datorită creșterii forței de rotație a arborelui cu came) sau după o ralanti lungă a mașinii.
Transmisia cu lanț de distribuție este comună în segmentul superior de preț al autoturismelor, este utilizată în motoarele SUV-urilor și camioanelor, cerințele pentru care implică un nivel crescut de fiabilitate și supraviețuire. Lanțul este de obicei dublu (cu două rânduri), mai rar - cu un singur rând sau cu mai multe rânduri, rolă cu zgomot redus sau rolă de bucșă (" lanțul biliar ") sau angrenaj lamelar fără zgomot (" lanț Morse "), situat în volumul motorului, spălat cu ulei. La motoarele cu doi arbori cu came, precum și în formă de V, pot fi utilizate transmisii de sincronizare cu mai multe lanțuri. Pentru a preveni oscilarea lanțului și săritul între dinții stelelor, transmisia lanțului de distribuție este echipată cu întinzătoare de lanț și amortizoare. Întinzătoarele de lanț sunt realizate fie sub formă de rolă rotativă, fie sub formă de „pantof” din plastic. Controlul tensiunii lanțului poate fi semi-automat sau automat. La motoarele cu reglare semi-automată, reglarea se realizează fie printr-un șurub de blocare, fie printr-o clemă de prindere ("Zhiguli"). Odată reglat corect, arcul întinzător oferă lanțului tensiunea corectă. Pe motoarele moderne, de regulă, se utilizează controlul automat al tensiunii lanțului, realizat de un întinzător hidraulic. Pe secțiunile conducătoare ale lanțului sunt instalate amortizoare din plastic antifricțiune [5] .
Avantajele transmisiei cu lanț de distribuție: fără pericol de rupere bruscă - un lanț uzat începe să bată, mai ales la un motor rece, avertizând proprietarul să-l înlocuiască; resursă mai lungă - de 2-3 ori mai mult decât cea a unei curele dințate și, de fapt, comparabilă cu resursa motorului în ansamblu. Dezavantaje - cost ridicat, un nivel puțin mai ridicat de zgomot și vibrații. Întinzătorul de lanț („pantof”) se uzează mai mult decât roțile de rulare a curelei și necesită înlocuire periodică, iar proiectarea întinzătoarei de lanț în sine este mai complicată și trebuie să reziste la sarcini grele. Un lanț foarte uzat se poate întinde (chiar și o uzură foarte mică, cu câțiva microni, a verigilor individuale în total duce la o întindere semnificativă a lanțului în ansamblu) și la un moment dat să sară peste unul sau mai mulți dinți ai pinionului - acest lucru nu duce la consecințe catastrofale pentru motor, dar provoacă o schimbare în sincronizarea supapei și, în consecință, o întrerupere semnificativă a funcționării acestuia, care nu este întotdeauna diagnosticată corect imediat în timpul reparațiilor din cauza asemănării simptomelor cu alte defecțiuni.
Este demn de remarcat faptul că recent, în special la motoarele din Europa de Vest, transmisia de sincronizare cu un lanț lamelar lamelar pe un rând „mai ieftin” a devenit larg răspândită. Un astfel de lanț nu are avantaje față de centură în ceea ce privește resursele, iar în comparație cu lanțul clasic cu două rânduri, este mai predispus la întindere și rupere.
Unele motoare foloseau o antrenare cu arbore cu came cu un arbore intermediar cu roți dințate conice la capete, exemple sunt motoarele companiei americane Crosley , rezervor diesel V-2 (cel din urmă are doi arbori cu came pe cap și patru supape pe cilindru).
Mecanism de distribuție a gazului desmodromicFolosește doi arbori cu came (sau unul, dar cu came complexe): unul mută supapele în jos, al doilea în sus. Lipsesc arcurile supapelor.
Motoarele cu sincronizare a supapelor desmodromice pot funcționa la viteze care sunt inaccesibile trenurilor de supape convenționale cu arcuri, care, la anumite viteze ale arborelui cotit, viteza de răspuns a arcului supapei nu va fi suficientă pentru a devia supapele de sub suflarea pistonului înainte de a ajunge la punctul mort superior („atârnarea” supapelor), ceea ce duce la defecțiunea motorului.
Mecanismul desmodromic are multe piese de precizie, este foarte laborios și costisitor de fabricat și necesită ulei de motor de cea mai bună calitate. Acest mecanism a fost folosit pe o serie de mașini de curse, de exemplu, Mercedes-Benz W196 [16] , OSCA Barchetta și Mercedes-Benz 300 SLR , iar acum pe motocicletele Ducati [17] [18] .
Ca alternativă la mecanismul desmodromic, supapele sunt închise folosind împingătoare pneumatice [19] .
Motoarele diesel în doi timpi cu cilindree mare, cu evacuare a fantelor de supapă, au de obicei numai supape de evacuare, dispuse în general similar supapelor de evacuare ale unui motor pe benzină, iar orificiile de admisie din pereții cilindrilor, deschise de un piston în jos, sunt folosite pentru a admite aer comprimat în timpul decapării. În cele mai multe cazuri, se folosește o unitate de sincronizare de tip OHV, care nu este fundamental diferită de cea de la un motor pe benzină.
Mecanismele care vă permit să schimbați durata și înălțimea deschiderii supapelor de evacuare direct în timpul funcționării motorului au fost utilizate încă de la începutul secolului al XX-lea - de exemplu, pe motorul de avion Gnome-Monosoupape din primii ani de producție ( din 1913), cu ajutorul unui astfel de mecanism, s-a efectuat controlul vitezei. Cu toate acestea, sistemele pur mecanice pentru modificarea temporizării supapelor nu au fost utilizate pe scară largă - controlul insuficient de precis al procesului a dus la faptul că, în unele moduri de funcționare, supapele s-au supraîncălzit, ducând la arderea lor. Interesul pentru ele a apărut numai după o înăsprire bruscă a cerințelor pentru eficiența și respectarea mediului înconjurător a motoarelor, precum și dezvoltarea microelectronicii de control, ceea ce a făcut posibilă implementarea pe deplin a acestei idei.
În prezent, majoritatea producătorilor de automobile de talie mondială oferă un sistem de sincronizare variabil al supapelor pe unele dintre motoarele lor, care ajustează parametrii de deschidere a supapelor în funcție de viteza de rotație și sarcina motorului, obținând astfel o utilizare mai eficientă a puterii motorului, reducând consumul de combustibil, și reducerea poluării prin evacuare. În special, există variante ale unui astfel de sistem de dezvoltare de la Honda ( VTEC ), Toyota ( VVT-i ), Mitsubishi ( MIVEC ), Nissan (VVL), BMW ( VANOS ), Ford (Ti-VCT), Subaru (AVCS) si altii.
În loc să acționeze mecanic supapele direct din lobii arborelui cu came, aceste modele folosesc acționarea supapelor electrice ( magneți sau solenoizi ), hidraulice sau pneumatice. Acest lucru promite beneficii semnificative datorită posibilității de creștere a raportului de umplere a cilindrilor, reducerea pierderilor prin schimbul de gaze prin utilizarea ciclului Miller , utilizarea unei expansiuni adiabatice a încărcăturii amestecului de lucru, care reduce temperatura acestuia și, în consecință , emisiile de oxizi de azot, precum și prevenirea proceselor de ardere anormale (ciocănire etc.). P.). Cu toate acestea, implementarea acestui principiu întâmpină dificultăți uriașe pe parcurs [5] .
Începând cu anii 1950, în multe țări au fost efectuate lucrări de proiectare experimentală pentru a echipa supapele unui motor cu ardere internă cu piston cu o acționare electromagnetică, în special în URSS, sub îndrumarea profesorului MADI Vladimir Mitrofanovich Arkhangelsky. Cu toate acestea, versiunea cea mai simplă a acționării supapei electromagnetice, în care a fost deschisă datorită influenței unui câmp electromagnetic și închisă de un arc de supapă convențional, au fost dezvăluite în curând o serie de deficiențe critice. În special, masa supapei, împreună cu placa care îi asigură atracția față de electromagnet, s-a dovedit a fi mult mai mare decât în sincronizarea tradițională, ceea ce a dus la o inerție mai mare a mecanismului de antrenare și a forțat rigiditatea supapei. arcul să fie crescut semnificativ, iar acest lucru a dus la un impact puternic al supapei asupra scaunului la închidere și la defecțiunea rapidă a acestuia. În plus, starea ingineriei electrice de la mijlocul secolului al XX-lea nu a permis încă crearea unei unități de control electronice care să vă permită să controlați închiderea și deschiderea supapelor și controlul electromecanic de sincronizare utilizat, în special, în Lucrările din Arhangelsk, cu contacte acționate de came arborelui cu came și relee de comutare , au suferit o serie de neajunsuri, în special - arderea constantă și defecțiunea contactelor releului , comutarea curenților mari necesari pentru funcționarea electromagneților.
Prin urmare, cercetătorii au trecut la o variantă în care atât deschiderea, cât și închiderea supapei au fost efectuate folosind electromagneți, fără participarea arcurilor. În special, în anii 1970, au lucrat la o schemă similară la Universitatea de Stat Togliatti sub îndrumarea profesorului V.V. Ivashin. Arborele cu came a fost complet eliminat din proiectare, iar curentul necesar pentru a acționa ventilul a scăzut cu un ordin de mărime în comparație cu designul Arkhangelsky.
În anii 1980, la NAMI , sub conducerea lui A. N. Terekhin, candidat la științe tehnice, a fost dezvoltată o versiune a motorului auto Moskvich-412 cu acţionare cu supapă electromagnetică, adusă în stadiul unui model de sincronizare de funcționare, în care electromagneți bilaterali au fost folosite pe toate cele opt supape. Încetarea finanțării în anii 1990 a dus la oprirea activității.
În 2002, BMW a început testarea la scară largă a unui motor cu 16 supape cu acţionare electromagnetică a supapelor. Lucrări similare sunt realizate de mulți alți producători.
Cu toate acestea, în ceea ce privește motoarele de automobile de mare viteză, această tehnologie nu a părăsit stadiul de dezvoltare în prezent. Firmele MAN (seria ME) și Wartsila (seria RT-flex) produc în serie motoare diesel staționare și marine cu viteză redusă, fără arbore cu came.
Acest design a fost dezvoltat pentru prima dată de inginerul american Charles Knight (Charles Yale Knight) , adesea numit „sistemul Knight” prin numele său de familie , deși Knight a dezvoltat un singur tip de distribuție a gazului cu manșon - cu două manșoane glisante situate unul în interior. celălalt și mișcându-se în direcții opuse. În acest design, căptușeala cilindrului este realizată sub forma unei piese mobile de-a lungul axei cilindrului, antrenată de un arbore cu came printr-o pereche de roți dințate elicoidale. Această antrenare asigură mișcarea în sus și în jos a manșonului, sincronizată cu mișcarea pistonului. În același timp, ferestrele din pereții manșonului la un moment dat sunt opuse ferestrelor reciproce din peretele cilindrului, apoi amestecul de lucru este admis prin ele și gazele de evacuare sunt eliberate.
Principalul avantaj al distribuției de gaz pe manșon este zgomotul complet al motorului, deoarece nu există părți care se lovesc între ele în funcționarea acestuia. În plus, se caracterizează prin durabilitate ridicată, întreținere nepretențioasă și umplere bună a cilindrilor cu un amestec benzină-aer datorită dimensiunii mari și rezistenței mai mici a ferestrelor din căptușeli în comparație cu canalele supapelor - în special în ceea ce privește motoare cu supape.
În același timp, motorul de distribuție a gazului cu manșon are un design complex, low-tech și costisitor de fabricat. În plus, dezavantajul de neeliminat al sistemului cu manșoane glisante a fost consumul mare de ulei pentru deșeuri - era practic imposibil să se asigure etanșarea fiabilă a perechii de frecare manșon-cilindru, astfel încât uleiul a pătruns în cantități semnificative în cilindru, unde a ars. afară împreună cu amestecul de lucru.
A fost folosit în principal pe mașini scumpe de pasageri - în primul rând, trebuie remarcată o serie întreagă de modele SS ( San-Soupape , francez „fără supape” ) ale companiei franceze Panhard et Levassor și mașinile Avions Voisin cu motoare Knight, ca precum și modele precum Willys -Knight și Mercedes-Knight. O listă completă de vehicule cu motoare Knight include mărci și modele precum:
Distribuția de gaz sleeve a fost folosită și pe motoarele de avioane, în special, pe motoarele de avioane britanice dezvoltate în anii treizeci, cum ar fi Bristol Perseus , Bristol Hercules . Modele similare au fost utilizate pe scară largă pe motoarele cu abur.
Pe motoarele de avioane britanice, nu a fost folosit sistemul Knight, ci sistemul McCallum, în care manșoanele (unul pe cilindru) nu alunecau de-a lungul cilindrului, ci se roteau față de acesta, ceea ce era mai ușor de implementat. Existau, de asemenea, un număr mic de motoare care aveau ferestre nu pe partea laterală a cilindrului, ci în capul blocului propriu-zis, adică mai aproape de sistemul tradițional de supape cu poppa.
Avantajele acestui sistem au fost deosebit de vizibile în comparație cu motoarele de automobile cu supapă inferioară din prima jumătate a secolului al XX-lea; după apariția compensatoarelor hidraulice pentru jocul supapelor și distribuția în masă a temporizării supapelor de tip tradițional, acestea practic au dispărut. Cu toate acestea, ulterior, până în vremea noastră, un număr de cercetători și-au exprimat opinia că în motoarele viitorului este posibil să se întoarcă la sistemul Knight sau la un alt tip de distribuție a gazului cu manșon.
