Регистрация

НА КУЛАЧКАХ

НА КУЛАЧКАХ

Без процесса газообмена работа двигателя внутреннего сгорания невозможна. В зависимости от порядка работы цилиндров двигателя в строго определенные моменты времени должны открываться впускные клапаны, пропуская внутрь цилиндров горючую смесь либо воздух, если наш мотор - дизель или с непосредственным впрыском бензина.


Далее впускной клапан обязан закрыться, чтобы в условиях полной герметичности в цилиндре произошло сгорание. Затем из цилиндра необходимо удалить отработавшие газы, а для этого опять-таки в определенный момент времени требуется открыть выпускной клапан. Наконец, когда отработавшие газы "вылетели в трубу", надо вернуть выпускной клапан в закрытое положение. И так по кругу, пока двигатель не будет заглушен.

Фазы, зоны, сектора

Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала, называются фазами газораспределения. Однако управляет осуществлением фаз газораспределения вовсе не коленчатый, а распределительный вал.

При этом взаимное угловое расположение кулачков на распредвале зависит от порядка работы цилиндров и общей диаграммы фаз газораспределения двигателя. А вот выполнение фаз газораспределения каждым отдельно взятым клапаном обеспечивается геометрическим профилем кулачка. Существует также прямая взаимосвязь между профилем, высотой и скоростью подъема клапана над седлом, от которых зависит величина проходного сечения соответствующего отверстия в головке цилиндров и объем потока свежего заряда и отработавших газов.

В сечении кулачок напоминает грушу. Или, если хотите, яйцо - имеется округлый затылок и заостренная оконечность. Но наука выделяет на профиле кулачка четыре основные зоны. Первая - тот самый округлый затылок, который называется сектором отдыха. Что делает клапан, когда против его толкателя проходит сектор отдыха кулачка? Разумеется, "отдыхает", а именно: закрыт и охлаждается, отдавая головке цилиндров тепло через прижатую к седлу тарелку. Особенно важна продолжительность отдыха для выпускных клапанов, тарелки которых омываются раскаленными отработавшими газами.

Следующая зона на кулачке - сектор ускорения. От его профиля зависит, как быстро клапан поднимается. Чем скорее это происходит, например с впускным клапаном, тем лучше для наполнения цилиндра свежим зарядом. Означает же это, что, изменяя профиль сектора ускорения впускного клапана, можно влиять на мощностные показатели двигателя, чем, к слову, и пользуются при проектировании так называемых спортивных распредвалов. Однако заимообразно со скоростью подъема клапана на кулачок нарастают нагрузки от сжимающейся клапанной пружины. А нагрузки эти, надо сказать, немалые - 2000 Н/кв. мм и выше. Поэтому профиль сектора ускорения - это всегда компромисс между желанием получить больше мощности и необходимостью не навредить долговечности.

Третья зона называется вершиной. Когда кулачок работает вершиной, клапан открыт полностью. Вот только долго держать его в таком положении нежелательно. Клапан должен еще успеть закрыться в срок, и необходимо, чтобы посадка тарелки клапана в седло была мягкой. Многократно же повторяющиеся удары ведут к появлению микротрещин на фаске клапана и седле. Да и силы, действующие на кулачок со стороны толкателя, в зоне вершины становятся максимальными. Поэтому форма вершины кулачка, впрочем, как и зоны посадки - последней из четырех частей профиля, также является результатом некоего компромисса с долговечностью.

Сочетание компромиссов - кулачок с профилем, обеспечивающим наибольшую пропускную способность клапана при наименьших из возможных ускорений его подъема и посадки. Распредвалы с такими кулачками, называемыми безударными, используются в большинстве автомобильных двигателей. Правда, в действительности кулачок работает без ударов, только когда его поверхность постоянно скользит, не отрываясь от поверхности толкателя.

Что их губит

Поскольку по условиям работы четырехтактного двигателя требуется, чтобы за каждые два оборота коленчатого вала клапаны только один раз открывались и закрывались, распредвал кинематически связан с коленвалом так, что вращается с частотой в два раза меньше, чем частота вращения коленвала. С точки зрения уменьшения износа это хорошо.

Тем не менее износ кулачков остается основной причиной выхода распредвалов из строя. Способствуют же износу увеличенные контактные напряжения, которые приходится испытывать кулачку. Но с какой стати величина контактных напряжений может оказаться выше расчетной?

Вспомним, что в клапанном механизме существует так называемый тепловой зазор. Он призван компенсировать удлинение стержня клапана из-за нагрева. Если тепловой зазор давно не регулировался и поэтому велик, то между сектором отдыха кулачка и толкателем отсутствует контакт, из-за чего при дальнейшем вращении кулачок не плавно нажимает на толкатель, а с силой бьет по нему боковой поверхностью. Внешнее проявление таких повторяющихся ударов - характерный шум, слышимый из-под клапанной крышки. Участок перехода сектора отдыха в сектор ускорения - второй после вершины из наиболее уязвимых на кулачке. При увеличенном тепловом зазоре первые микроразрушения на кулачке могут появиться в этом месте, а затем процесс прогрессирует.

Гидрокомпенсаторы тепловых зазоров, представляющие собой, по сути, два поршенька, раздвигаемых давлением масла, решают эту проблему, но только до тех пор, пока сами остаются исправными. А подклинивать гидротолкатели могут при засорении системы смазки и наличии в масле посторонних включений. При заклинивании гидротолкателя больше всего достается вершине кулачка.

Случается, что распредвалы просто ломаются на части, иногда без видимых на то причин. Однако чаще всего поломка распредвала бывает связана с разрывом зубчатого ремня или цепи привода ГРМ. Более всего подвержены поломкам длинные, а потому не отличающиеся жесткостью распредвалы шестицилиндровых рядных двигателей. Но если постараться, то можно сломать распредвал и на "четверке". Для этого надо попробовать запустить с буксира двигатель, в котором зубчатый ремень нуждается в замене. Одно дело, когда ремень рвется на работающем двигателе, и тогда мотор, как правило, останавливается после удара поршня о не успевший спрятаться в седло клапан. Совсем по другому сценарию ситуация разворачивается, когда буксировка заставляет коленвал в двигателе принудительно вращаться, а клапаны из-за оборвавшегося ремня остановились в каком-то положении. Вот тут распредвалу приходится туго.

Если разломанному распредвалу путь один - в утиль, то при износе кулачков предпринимаются попытки восстановления. Для этого кулачки наваривают, а затем обтачивают или шлифуют по копиру. Как показывает опыт, толку от такой "реанимации" нет - долго восстановленные кулачки не служат. Однако если серьезные фирмы от практики наварки давно отказались, то кустари этим еще продолжают заниматься. Как правило, чтобы помочь клиенту избавиться от проблемной машины. При покупке обязательно взгляните на распредвал хотя бы через отверстие маслозаливной горловины клапанной крышки. А вдруг?

В перспективе

Когда-нибудь, открыв клапанную крышку, кулачковый вал мы под ней не обнаружим. Вместо него будут видны индивидуальные для каждого клапана электромагнитные или гидравлические приводы - так обещают конструкторы.

Электромагниты либо управляемые электроникой гидроцилиндры могут за доли секунды поднимать клапаны на рассчитанную процессором высоту и так же быстро, но мягко возвращать их в седло. И все это в точном соответствии с условиями движения. Станут ненужными встречающиеся сегодня сложные механизмы регулирования фаз газораспределения вроде VANOS и VTEC. Появится возможность в зависимости от нагрузки на двигатель выборочно отключать отдельные цилиндры и тем самым экономить топливо.

Но вопрос, когда распредвал получит отставку, остается открытым. О создании опытных образцов безраспредвальных двигателей сообщалось еще 10 лет тому назад, однако воз и ныне там - на стадии испытания прототипов.

Вердикт "АБw"

Качественная смазка - главное условие долговечности кулачков и опор распредвала. Важно своевременно регулировать тепловые зазоры в клапанах, если это предусмотрено конструкцией клапанного механизма, и менять зубчатый ремень привода ГРМ. Цепной привод, как правило, гораздо надежнее и долговечнее, но его наличие в двигателе также не повод, чтобы расслабиться. Изношенная цепь не менее опасна, чем исчерпавший ресурс ремень. В большинстве случаев распредвал из передряги, связанной с разрывом ремня или цепи, выходит невредимым, но и вероятность его поломки реально существует.

Сергей БОЯРСКИХ. Фото автора.

16 июля 2007 в 12:06
Просмотров - 20499
Пожалуйста, подождите...
Перейти к последним новостям

Пишите нам

Стали очевидцем ДТП?
Есть история для статьи?

  • (29) 689-88-93
  • Ждем эксклюзивные фото и видео, отблагодарим материально

Полезные ссылки

ОПРОС