กลไกการจ่ายแก๊สของเครื่องยนต์ การออกแบบ และหลักการทำงาน
Содержание
กลไกการจ่ายก๊าซ (GRM) คือชุดของชิ้นส่วนและส่วนประกอบต่างๆ ที่เปิดและปิดวาล์วไอดีและไอเสียของเครื่องยนต์ ณ เวลาที่กำหนด งานหลักของกลไกการจ่ายก๊าซคือการจัดหาอากาศเชื้อเพลิงหรือเชื้อเพลิง (ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องยนต์) ไปยังห้องเผาไหม้และการปล่อยก๊าซไอเสียในเวลาที่เหมาะสม เพื่อแก้ปัญหานี้ กลไกที่ซับซ้อนทั้งหมดจึงทำงานได้อย่างราบรื่น ซึ่งบางส่วนถูกควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์
เวลาเป็นอย่างไร
ในเครื่องยนต์สมัยใหม่ กลไกการจ่ายแก๊สจะอยู่ที่ฝาสูบของเครื่องยนต์ ประกอบด้วยองค์ประกอบหลักดังต่อไปนี้:
- เพลาลูกเบี้ยว. เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีการออกแบบที่ซับซ้อน ทำจากเหล็กทนทานหรือเหล็กหล่อที่มีความเที่ยงตรงสูง เพลาลูกเบี้ยวสามารถติดตั้งในฝาสูบหรือในเพลาข้อเหวี่ยงทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบของจังหวะเวลา (ขณะนี้ไม่ได้ใช้การจัดเรียงนี้) นี่คือส่วนหลักที่รับผิดชอบในการเปิดและปิดวาล์วตามลำดับ
เพลามีวารสารแบริ่งและลูกเบี้ยวที่ดันก้านวาล์วหรือโยก รูปร่างของลูกเบี้ยวมีรูปทรงที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด เนื่องจากระยะเวลาและระดับการเปิดวาล์วขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ นอกจากนี้ กล้องยังได้รับการออกแบบในทิศทางต่างๆ เพื่อให้แน่ใจว่ามีการทำงานสำรองของกระบอกสูบ
- ขับรถ. แรงบิดจากเพลาข้อเหวี่ยงจะถูกส่งผ่านไดรฟ์ไปยังเพลาลูกเบี้ยว ไดรฟ์จะแตกต่างกันไปตามโซลูชันการออกแบบ เฟืองเพลาข้อเหวี่ยงมีขนาดครึ่งหนึ่งของเฟืองเพลาลูกเบี้ยว ดังนั้นเพลาข้อเหวี่ยงจึงหมุนเร็วขึ้นสองเท่า ขึ้นอยู่กับประเภทของไดรฟ์ ประกอบด้วย:
- โซ่หรือเข็มขัด
- เกียร์เพลา;
- ตัวปรับความตึง (ลูกกลิ้งปรับความตึง);
- แดมเปอร์และรองเท้า
- วาล์วไอดีและไอเสีย. พวกมันอยู่บนหัวกระบอกสูบและเป็นแท่งที่มีหัวแบนที่ปลายด้านหนึ่งเรียกว่าก้านสูบ วาล์วทางเข้าและทางออกแตกต่างกันในการออกแบบ ทางเข้าทำในชิ้นเดียว นอกจากนี้ยังมีจานที่ใหญ่กว่าเพื่อเติมกระบอกสูบด้วยประจุใหม่ได้ดีขึ้น เต้าเสียบมักจะทำจากเหล็กทนความร้อนและมีก้านกลวงเพื่อการระบายความร้อนที่ดีขึ้น เนื่องจากต้องสัมผัสกับอุณหภูมิที่สูงขึ้นระหว่างการทำงาน ภายในโพรงมีสารโซเดียมที่ละลายได้ง่ายและขจัดความร้อนบางส่วนออกจากจานไปยังแกน
หัววาล์วถูกเอียงเพื่อให้พอดีกับรูในหัวถังมากขึ้น สถานที่นี้เรียกว่าอานม้า นอกจากตัววาล์วเองแล้วยังมีองค์ประกอบเพิ่มเติมในกลไกเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานที่เหมาะสม:
- สปริง. กลับวาล์วไปยังตำแหน่งเดิมหลังจากกด
- ซีลก้านวาล์ว. เหล่านี้เป็นซีลพิเศษที่ป้องกันไม่ให้น้ำมันเข้าสู่ห้องเผาไหม้ตามก้านวาล์ว
- คู่มือบูช ติดตั้งในตัวเรือนฝาสูบและให้การเคลื่อนที่ของวาล์วที่แม่นยำ
- รัสค์ ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขาทำให้สปริงติดกับก้านวาล์ว
- ผู้ผลัก. แรงจะถูกส่งผ่านจากลูกเบี้ยวไปยังก้านสูบผ่านตัวผลัก ผลิตจากเหล็กที่มีความแข็งแรงสูง มีหลายประเภท:
- เครื่องกล - แว่นตา;
- ลูกกลิ้ง;
- ตัวชดเชยไฮดรอลิก
ช่องว่างทางความร้อนระหว่างตัวผลักแบบกลไกและแฉกเพลาลูกเบี้ยวจะถูกปรับด้วยตนเอง ตัวชดเชยไฮดรอลิกหรือก้านต่อไฮดรอลิกจะรักษาระยะห่างที่ต้องการโดยอัตโนมัติและไม่ต้องปรับแต่ง
- แขนโยกหรือคันโยก. โยกแบบธรรมดาคือคันโยกสองแขนที่ทำการเคลื่อนไหวแบบโยก ในเลย์เอาต์ที่แตกต่างกัน แขนโยกสามารถทำงานต่างกันไป
- ระบบจับเวลาวาล์วแปรผัน. ระบบเหล่านี้ไม่ได้ติดตั้งในเครื่องยนต์ทั้งหมด รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับอุปกรณ์และหลักการทำงานของ CVVT สามารถพบได้ในบทความแยกต่างหากในเว็บไซต์ของเรา
คำอธิบายของเวลา
การทำงานของกลไกการจ่ายก๊าซนั้นแยกจากวงจรการทำงานของเครื่องยนต์ได้ยาก งานหลักคือการเปิดและปิดวาล์วในช่วงเวลาหนึ่ง ดังนั้นในจังหวะไอดี ไอดีจะเปิด และในจังหวะไอเสีย ไอเสียจะเปิดขึ้น อันที่จริงแล้วกลไกต้องใช้ระยะเวลาวาล์วที่คำนวณได้
ในทางเทคนิคจะเป็นดังนี้:
- เพลาข้อเหวี่ยงส่งแรงบิดผ่านไดรฟ์ไปยังเพลาลูกเบี้ยว
- ลูกเบี้ยวเพลาลูกเบี้ยวกดบนตัวผลักหรือตัวโยก
- วาล์วจะเคลื่อนที่ภายในห้องเผาไหม้ ทำให้สามารถเข้าถึงประจุใหม่หรือก๊าซไอเสียได้
- หลังจากที่ลูกเบี้ยวผ่านระยะแอกทีฟของการกระทำ วาล์วจะกลับสู่ตำแหน่งเดิมภายใต้การกระทำของสปริง
ควรสังเกตด้วยว่าสำหรับรอบเต็ม เพลาลูกเบี้ยวจะทำ 2 รอบ โดยสลับกันเปิดวาล์วในแต่ละกระบอกสูบ ขึ้นอยู่กับลำดับการทำงาน ตัวอย่างเช่น ด้วยรูปแบบการทำงาน 1-3-4-2 วาล์วไอดีบนกระบอกสูบแรกและวาล์วไอเสียในอันที่สี่จะเปิดพร้อมกัน ในวาล์วที่สองและสามจะปิด
ประเภทของกลไกการจ่ายก๊าซ
เครื่องยนต์อาจมีรูปแบบเวลาที่แตกต่างกัน พิจารณาการจำแนกประเภทต่อไปนี้
ตามตำแหน่งเพลาลูกเบี้ยว
ตำแหน่งเพลาลูกเบี้ยวมีสองประเภท:
- ล่าง;
- สูงสุด.
ในตำแหน่งด้านล่าง เพลาลูกเบี้ยวจะอยู่ที่บล็อกกระบอกสูบถัดจากเพลาข้อเหวี่ยง แรงกระแทกจากลูกเบี้ยวผ่านตัวผลักจะถูกส่งไปยังแขนโยกโดยใช้แท่งพิเศษ เหล่านี้เป็นแท่งยาวที่เชื่อมต่อก้านกระทุ้งที่ด้านล่างกับแขนโยกที่ด้านบน ตำแหน่งล่างไม่ถือว่าประสบความสำเร็จมากที่สุด แต่มีข้อดี โดยเฉพาะการเชื่อมต่อระหว่างเพลาลูกเบี้ยวกับเพลาข้อเหวี่ยงที่เชื่อถือได้มากขึ้น อุปกรณ์ประเภทนี้ไม่ได้ใช้ในเครื่องยนต์สมัยใหม่
ในตำแหน่งบนสุด เพลาลูกเบี้ยวจะอยู่ที่หัวกระบอกสูบ เหนือวาล์ว ในตำแหน่งนี้ สามารถใช้ตัวเลือกต่างๆ ในการมีอิทธิพลต่อวาล์วได้: โดยใช้ตัวผลักหรือคันโยกโยก การออกแบบนี้ง่ายกว่า เชื่อถือได้มากกว่า และกะทัดรัดกว่า ตำแหน่งบนของเพลาลูกเบี้ยวได้กลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น
ตามจำนวนเพลาลูกเบี้ยว
เครื่องยนต์อินไลน์สามารถติดตั้งเพลาลูกเบี้ยวหนึ่งหรือสองอัน เครื่องยนต์ที่มีเพลาลูกเบี้ยวเดียวถูกกำหนดโดยตัวย่อ SOHC(Single Overhead Camshaft) และแบบสอง - DOHC(ดับเบิ้ลโอเวอร์เฮดแคมชาฟท์). เพลาหนึ่งมีหน้าที่ในการเปิดวาล์วไอดีและอีกอันสำหรับไอเสีย เครื่องยนต์วีใช้เพลาลูกเบี้ยวสี่เพลา สองเพลาสำหรับถังแต่ละถัง
ตามจำนวนวาล์ว
รูปร่างของเพลาลูกเบี้ยวและจำนวนลูกเบี้ยวจะขึ้นอยู่กับจำนวนวาล์วต่อสูบ อาจมีวาล์วสอง สาม สี่หรือห้าวาล์ว
ตัวเลือกที่ง่ายที่สุดคือใช้วาล์ว XNUMX ตัว วาล์วหนึ่งสำหรับไอดี อีกวาล์วสำหรับไอเสีย เครื่องยนต์สามวาล์วมีสองวาล์วไอดีและวาล์วไอเสียหนึ่งวาล์ว ในรุ่นที่มีสี่วาล์ว: สองไอดีและสองไอเสีย ห้าวาล์ว: สามวาล์วสำหรับไอดีและสองวาล์วสำหรับไอเสีย ยิ่งวาล์วไอดีมากเท่าไร ส่วนผสมของอากาศและเชื้อเพลิงก็จะยิ่งเข้าสู่ห้องเผาไหม้มากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นกำลังและไดนามิกของเครื่องยนต์จึงเพิ่มขึ้น เพื่อให้เกินห้าจะไม่อนุญาตให้ขนาดของห้องเผาไหม้และรูปร่างของเพลาลูกเบี้ยว ที่ใช้กันมากที่สุดสี่วาล์วต่อสูบ
ประเภทไดรฟ์
ไดรฟ์เพลาลูกเบี้ยวมีสามประเภท:
- เกียร์. ตัวเลือกการขับเคลื่อนนี้เป็นไปได้ก็ต่อเมื่อเพลาลูกเบี้ยวอยู่ที่ตำแหน่งล่างของบล็อกกระบอกสูบ เพลาข้อเหวี่ยงและเพลาลูกเบี้ยวขับเคลื่อนด้วยเกียร์ ข้อได้เปรียบหลักของหน่วยดังกล่าวคือความน่าเชื่อถือ เมื่อเพลาลูกเบี้ยวอยู่ในตำแหน่งบนสุดของฝาสูบ จะใช้ทั้งโซ่และสายพานขับเคลื่อน
- เชื่อมต่อ. ไดรฟ์นี้ถือว่ามีความน่าเชื่อถือมากกว่า แต่การใช้โซ่ต้องมีเงื่อนไขพิเศษ เพื่อรองรับแรงสั่นสะเทือน มีการติดตั้งแดมเปอร์ และความตึงของโซ่จะถูกควบคุมโดยตัวปรับความตึง สามารถใช้โซ่ได้หลายแบบขึ้นอยู่กับจำนวนเพลา
ทรัพยากรลูกโซ่เพียงพอสำหรับค่าเฉลี่ย 150-200 กิโลเมตร
ปัญหาหลักของตัวขับโซ่ถือเป็นความผิดปกติของตัวปรับความตึง แดมเปอร์ หรือการแตกหักของโซ่เอง ด้วยแรงตึงไม่เพียงพอ โซ่ระหว่างการใช้งานอาจลื่นระหว่างฟัน ซึ่งนำไปสู่การละเมิดเวลาวาล์ว
ช่วยปรับความตึงโซ่อัตโนมัติ ตัวปรับความตึงไฮดรอลิก. เหล่านี้เป็นลูกสูบที่กดบนรองเท้าที่เรียกว่า รองเท้าติดอยู่กับโซ่โดยตรง เป็นชิ้นงานที่มีการเคลือบผิวแบบพิเศษโค้งเป็นแนวโค้ง ภายในตัวปรับความตึงไฮดรอลิกมีลูกสูบ สปริง และช่องทำงานสำหรับน้ำมัน น้ำมันเข้าสู่ตัวปรับความตึงและดันกระบอกสูบไปยังระดับที่ถูกต้อง วาล์วจะปิดทางผ่านของน้ำมันและลูกสูบจะรักษาความตึงของโซ่ไว้ตลอดเวลา ตัวชดเชยไฮดรอลิกในสายพานราวลิ้นทำงานบนหลักการเดียวกัน แดมเปอร์โซ่ดูดซับแรงสั่นสะเทือนที่เหลือซึ่งรองเท้าไม่ได้ชุบ สิ่งนี้รับประกันการทำงานที่สมบูรณ์แบบและแม่นยำของตัวขับโซ่
ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดอาจมาจากวงจรเปิด
เพลาลูกเบี้ยวหยุดหมุน แต่เพลาข้อเหวี่ยงยังคงหมุนและขยับลูกสูบ ส่วนล่างของลูกสูบไปถึงแผ่นวาล์วทำให้เสียรูป ในกรณีที่รุนแรงที่สุด บล็อกกระบอกสูบอาจเสียหายได้เช่นกัน เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น บางครั้งใช้โซ่สองแถว ถ้าตัวหนึ่งเสีย อีกตัวหนึ่งยังคงทำงานต่อไป ผู้ขับขี่จะสามารถแก้ไขสถานการณ์ได้โดยไม่มีผลกระทบใดๆ
- เข็มขัด. ตัวขับสายพานไม่ต้องการการหล่อลื่น ต่างจากตัวขับโซ่
ทรัพยากรของสายพานยังมีจำกัด และเฉลี่ย 60-80 กิโลเมตร
สายพานแบบมีฟันใช้เพื่อการยึดเกาะและความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้น อันนี้ง่ายกว่า สายพานที่ชำรุดขณะเครื่องยนต์ทำงานจะมีผลเช่นเดียวกับโซ่ที่ขาด ข้อได้เปรียบหลักของการขับด้วยสายพานคือความง่ายในการใช้งานและการเปลี่ยน ต้นทุนต่ำ และการทำงานที่เงียบ
การทำงานของเครื่องยนต์ ไดนามิก และกำลังขึ้นอยู่กับการทำงานที่ถูกต้องของกลไกการจ่ายก๊าซทั้งหมด ยิ่งจำนวนและปริมาตรของกระบอกสูบมากเท่าใด อุปกรณ์การซิงโครไนซ์ก็จะยิ่งซับซ้อนมากขึ้นเท่านั้น เป็นสิ่งสำคัญที่ผู้ขับขี่แต่ละคนจะต้องเข้าใจโครงสร้างของกลไกเพื่อที่จะสังเกตเห็นการทำงานผิดปกติได้ทันท่วงที
