Jak funguje rozvodový řemen?

Při zodpovězení otázky, bez čeho se spalovací motor neobejde, mnozí začnou vyjmenovávat spoustu součástek a součástek. A samozřejmě budou mít pravdu. Ve skutečnosti v nejsložitější jednotce pravděpodobně nejsou žádné takové části, jejichž absence by neovlivnila její provoz. S velkou pravděpodobností však můžete zapomenout na jednu z nenápadných částí motoru, která ve skutečnosti pohání téměř celou konstrukci – rozvodový řemen. O tom, co je tato nejdůležitější součást, nám řekla společnost, která stála u zrodu jejího vynálezu – Gates.

Funkce moderního pohonu jsou zřejmé každému. V první řadě se jedná o synchronní otáčení vačkových hřídelů společně s klikovým hřídelem. Za druhé, synchronní otáčení palivového čerpadla a dalších prvků, kde toho lze dosáhnout pomocí řemenu. Protože přenos točivého momentu probíhá v důsledku záběru mezi zuby řemenic a řemenu, je napětí v pohonu poměrně malé, ale cena chyby je vysoká.

Jak to všechno začalo

První pryžový klínový řemen vynalezl v roce 1917 jeden z bratrů Gatesových. Do této doby byla hlavním materiálem pro hnací řemeny kůže. Zhruba o 25 let později nastává druhá důležitá událost – vynález společnosti Uniroyal Power Transmission synchronního, neboli ozubeného řemenu, který se používá v rozvodových pohonech dodnes. Společnost by se mimochodem v polovině 80. let 80. století stala součástí Gates. Ve stejných XNUMX. letech došlo k vývoji a zavedení poly-klínových řemenů pro pohony přídavných zařízení.

Posledním milníkem ve vývoji ozubených řemenů jsou dnes ozubené řemeny pracující v horké olejové lázni. Díky použití této konstrukce se výrazně snížila třecí síla a samotný pás se zúžil, téměř jako řetěz. Díky tomu se výrazně snížilo opotřebení a zvýšila se životnost takového pohonu, která se dnes rovná životnosti motoru. Objevila se však i nevýhoda: problém byl vymyslet válečkový napínač, který jezdí v oleji.

Jak se to dělá?

Pokud mluvíme o výrobě, pak vše začíná přípravou komponentů, zejména pryžových vrstev, které v určitém sledu vstupují do stroje zvaného „stavebník“, kde probíhá stavba pásu. Komponenty budoucího pásu jsou navinuty na formu v požadovaném pořadí. Po navinutí všech součástí je forma ponořena do vulkanizační komory, kde vlivem určité teploty a určitého tlaku dochází k procesu spékání součástí do jednoho celku. Následuje ochlazení a vyjmutí vzniklého „rukávu“ z výrobního bubnu, ze kterého se řežou pásky na požadované velikosti.

Téměř všechny řemeny Gates dodávané na evropský trh, včetně toho ruského, jsou evropského původu.

Moderní trendy

Současným trendem, na kterém výrobci pracují, je zpřísnění ekologických norem a standardů spotřeby paliva. Aby byly splněny všechny tyto normy, musí být proces spalování nejprve optimalizován. K tomuto účelu se využívají různé technologie, například zavedení systému Start/Stop.

Dalším současným trendem je downsizing, zmenšení objemu a počtu válců v motoru při relativním zachování výkonu. Takové provozní podmínky motoru vedly k prudkému nárůstu teplot, zejména v pracovní oblasti řemenu. Například v roce 1975 byla průměrná teplota pod rozvodovým krytem kolem 90 stupňů a jeho životnost byla asi 60 tisíc km. V dnešní době se teplota téměř zdvojnásobila, na 150-170 stupňů, přičemž maximální životnost pásu se zvýšila na 240 tisíc km. A už teď přicházejí od automobilek objednávky na řemeny s životností 300 tisíc km.

Těchto ukazatelů bylo možné dosáhnout díky vzniku nových inovativních materiálů. K prvnímu technologickému skoku došlo přesně v 1980. letech 25. století, kdy byl polychloropren nahrazen novou rodinou kaučuků – nitrilbutadienovým kaučukem. Jejich výhodou byl širší teplotní rozsah. Pokud se u polychloroprenu pohybovala od –100 do +40 stupňů, pak nové nitrilové pásy vydržely od –170 do +XNUMX. Je pravda, že stará technologie neztratila svůj význam: pásy předchozí generace se stále vyrábějí pro stará auta, protože nemají moderní zatížení.

První známkou toho, že je potřeba řemen vyměnit, jsou praskliny. K tomu dochází v důsledku kritických provozních podmínek. Použití nových materiálů v moderních pásech je jednou z možností, jak se vyhnout problémům co nejdéle. Zejména vytrvalostní testy provedené Gatesem ukázaly, že chloroprenový pás nevydržel ani 100 hodin, než se objevily praskliny, zatímco moderní pás vydržel více než 500 hodin.

Na řemen je aplikován nástroj pro měření napětí hnacích řemenů, stupnice je zobrazena na nule. Při působení tlaku na řemen stupnice ukazuje úroveň napětí v kilogramech

Pokud jde o konstrukci řemenu, existuje více než 30 různých profilů v závislosti na tvaru a rozteči zubů (vzdálenost mezi vrcholy sousedních zubů). Existuje několik možností pro rozteč – buď 8 mm, nebo 9,525 mm.

Existují dvě hlavní varianty tvaru – klasický lichoběžníkový tvar zubu a zaoblený zub. Lichoběžníkový tvar se vyznačuje takovou nevýhodou, jako je koncentrace zátěže v „kořenové zóně“, která přispívá k oddělení zubů. Kulatý zub tuto nevýhodu nemá; Zaoblený zub je navíc tišší v provozu.

Nejdůležitější součástí řemene je nosná šňůra. Od samého počátku bylo při jeho tvorbě použito sklolaminátu.

Proč sklolaminát? S minimální tloušťkou závitu vám tento materiál umožňuje dosáhnout maximální odolnosti proti roztržení a roztažení. Sklolaminát má tak mikroskopickou tažnost, že můžeme s klidem říci, že se rozvodový řemen nenatahuje! Přirozeným opotřebením se může ztenčit, ale nemůže se roztáhnout.

Druhou vlastností je SZ-vinutí. Podíváme-li se na řez řemenem, uvidíme, že kabelové kabely jsou uspořádány do párů a v každém páru se jeden kabel skládá z několika nití stočených ve směru opačném k „sousedovi“. To se provádí, aby se zabránilo sklouznutí pásu.

Přes veškerou svou pevnost v tahu má však sklolaminát také nevýhodu – relativní křehkost při ohýbání. Na všech pásech je napsáno: „Neohýbejte ani nestlačujte“, protože to vede k přetržení kabelů.

žebrované klínové řemeny. Pokud se podíváte pozorně, takové řemeny se skládají z několika malých klínových řemenů spojených do jednoho celku. Je výrazně užší a tenčí, což mu dodává větší pružnost. Vzhled tohoto typu řemenů je opět spojen se zmenšením jak samotných motorů, tak motorového prostoru.

Z hlediska konstrukčních vlastností těchto pásů lze rozlišit tři hlavní zóny: vrstvu pomocného kordu, vrstvu vrchního kordu a mezi nimi vlastní polyesterový kord. Existuje také řada pásů, kde je šňůra aramidová (Kevlar).

Další druhy – elastické popruhy. Jsou určeny pro beznapěťové pohony. Takový pás může mít mírné elastické napětí. Chcete-li s ním však pracovat, musíte použít speciální nástroje.

Redakce magazínu „Engine“ děkuje za pomoc při přípravě materiálu organizátorům Gatesova semináře: inženýrskému centru SMART, největšímu nezávislému vzdělávacímu a praktickému centru v oblasti oprav a údržby automobilů v Ruské federaci , kterou si objednala GROUPAUTO Rusko.

Pro normální provoz motoru automobilu je nutné zajistit včasnou dodávku směsi vzduch-palivo do spalovacích komor s uvolňováním výfukových plynů.

K tomuto účelu se používá řada ventilů ovládaných soustavou tyčí a tlačníků, nazývaných mechanismus distribuce plynu. Tato recenze pojednává o vlastnostech rozvodového řemene: co to je a k čemu se používá v autě.

Obecný popis a účel

Nejprve musíte pochopit, co je rozvodový řemen – obecně uznávaná zkratka pro toto zařízení. Mechanismus distribuce plynu motoru je soustava součástí, jejichž úkolem je vstřikovat palivo nebo jeho směs se vzduchem (u odpovídajících typů motorů) do kompresních komor válce s následným uvolňováním složení výfukových plynů.

Sací a výfukové prvky musí fungovat určitým způsobem v daném časovém úseku s přihlédnutím ke střídavým podmínkám a trvání cyklů během provozu pohonné jednotky.

Tento popis vám umožní pochopit, co je rozvodový řemen v autě. Spalitelná směs se totiž musí dostat do válců v požadovaném okamžiku a při průchodu kompresních a silových zdvihů musí být prostor spalovacích komor hermeticky uzavřený, izolovaný od vnějšího prostředí.

Účelem rozvodového řemene je tedy synchronně otevírat a zavírat ventily přesně v daný okamžik s přihlédnutím ke střídání a trvání každého zdvihu při chodu motoru.

Jak funguje rozvodový řemen?

Přečtěte si více o časovacím zařízení. U moderních pohonných jednotek jsou součásti mechanismu distribuce plynu umístěny v horní části motoru. Tento systém obsahuje řadu částí spojených společným úkolem.

S ohledem na vlastnosti rozvodového řemene a na to, z čeho se skládá, je zřejmé, že konstrukce tohoto zařízení je navržena tak, aby zahrnovala následující komponenty:

• Vačkový hřídel je konstrukčně složitý díl, k jehož výrobě se používá odolná ocelová slitina nebo litina. Sestava musí být přesně opracována pro dosažení vysoké povrchové úpravy. Nachází se v hlavě válců. U zastaralých modelů motorů byla tato část instalována v klikové skříni, ale nyní je tento rozvodový obvod mimo provoz. Zahrnuje řadu excentrů, otočených v různých úhlech, které ovládají ventily k postupnému otevírání a zavírání. Geometrie vaček určuje dobu, po kterou ventilový prvek zůstává v otevřené nebo zavřené poloze. Vícesměrné uspořádání excentrů umožňuje střídat ovládání ventilů na jednotlivých válcích v různých časech.

• Pohon – pružné spojení nebo ozubení sloužící k přenosu točivého momentu na vačkový hřídel z klikového hřídele. Podle typu rozvodového řemene je vačkový hřídel poháněn řemenem, řetězem nebo soustavou ozubených kol a kol. Rozdílu v počtu otáček se dosáhne změnou průměru hnací a hnané řemenice nebo odpovídajícího poměru počtu zubů prvků zapojených do záběru. Pokud konstrukce zahrnuje flexibilní spojení, je navíc zajištěno použití napínací kladky, tlumiče a patky.

• Sací a výfukové ventily – uzavřete vstupní a výstupní otvory kompresních komor, instalovaných v hlavě válců. Konfigurace této části zahrnuje válcovou tyč, která je zakončena plochou miskovitou hlavou. Provedení vstupní a výstupní části je odlišné. Prvek sacího ventilu je vyroben z jednoho kusu, jeho velikost desky je větší, aby bylo zajištěno intenzivní plnění válce čerstvým vzduchem. K výrobě výfukového ventilu je použita žáruvzdorná ocel. Pro zlepšení odvodu tepla je tato část dutá, vnitřní dutina je vyplněna sodíkovým plnivem. Vlivem vysoké teploty se tento materiál taví a rozvádí tepelnou energii po celé části, od hlavy až po tyč. Desky ventilu jsou zkoseny tak, aby těsněji přiléhaly k otvoru a zajistily těsnost.

• Tlačné tyče jsou mezičlánky, které přenášejí činnost vaček klikového hřídele na ventily. Vyrobeno z vysoce pevné legované oceli. Je nutné dosáhnout správné odolnosti proti opotřebení, aby se snížilo opotřebení dílů třením při vystavení vysokým teplotám. Existují mechanické, válečkové a hydraulické kompenzace. Aby systém správně fungoval, musí být seřízena tepelná mezera mezi excentry klikového hřídele a tlačníky. Při použití hydraulických kompenzátorů nebo hydraulických tlačných zařízení tyto jednotky seřizují zařízení automaticky, což eliminuje potřebu dalšího zásahu.

• Vahadla nebo páky. Konstrukce a konfigurace těchto dílů závisí na typu rozvodového řemene. V jednoduché verzi je instalováno vahadlo navržené s dvouramennou pákou, jejíž pohyby jsou oscilačního charakteru.

• Hydraulický okruh pro změnu fází distribuce plynu během provozu pohonné jednotky se u některých modelů používá ke zvýšení účinnosti dodatečného spalování paliva, ke snížení škod způsobených životnímu prostředí provozem spalovacího motoru.

Kromě hlavních součástí je toto zařízení vybaveno následujícími doplňkovými prvky, které jsou také součástí rozvodového řemene:

• Pružiny – potřebné k navrácení ventilů do původní polohy po aktivaci.
• Víčka škrabek oleje jsou olejová těsnění, která zabraňují pronikání maziva do válce podél tyče ventilového prvku.
• Vodicí pouzdra jsou zalisována do tělesa hlavy válců pro nastavení směru pohybu rozvodového ventilu.
• Crackery – pro upevnění pružin.

Při výrobě různých prvků jsou dodržovány určité podmínky pro zajištění funkčnosti dílů. Ventily jsou vyrobeny z pevné tyče, která je vyražena a následně jsou pracovní plochy pečlivě broušeny. Přechod z desky na tyč je hladce zaoblen pro snížení odporu při průchodu proudu plynu.

V ojedinělých případech jsou v této části deska a tyč vyrobeny samostatně, po čemž následuje svařování dílů. Tyč je na konci kalená, aby se snížilo opotřebení při kontaktu s tlačníkem.

Pro zvýšení životnosti ventilu na výstupu je někdy zkosení desky potaženo další směsí navrženou tak, aby vydržela značné teplotní zatížení.

Účelem vodicích pouzder je nastavení polohy ventilů tak, aby byl zajištěn jejich pohyb po dané dráze. Přípustná mezera v tomto prvku je od 0.05 do 0.12 mm. Tyto díly jsou vyrobeny z litiny nebo z porézní kompozice napuštěné mazivem.

Pružiny se navíjejí na studené pomocí speciálního tepelně zpracovaného drátu. Aby se eliminovaly rezonanční vibrace, někdy se otáčky provádějí v různých vzdálenostech.

Na konci dříku ventilu je podložka, do které dosedá pružina. Tento prvek je zajištěn dělenými kónickými trhlinami na tyčích pro instalaci.

Sedlo ventilu v hlavě válců zajišťuje těsnost při zavřeném kotouči. Někdy se do hlavy válců vyrábějí vložky, které tvoří zkosení otvorů. Častěji se tato technika používá u výfukových jednotek, někdy u sacích jednotek. Po zvážení toho, z čeho se rozvodový řemen skládá, je princip fungování mechanismu distribuce plynu jasnější.

Princip

Princip činnosti rozvodového řemene je poměrně jednoduchý. Provozní podmínky tohoto systému však nelze uvažovat bez spojení s provozním schématem pohonné jednotky. Vyplývá to z účelu a konstrukce rozvodového řemene. Ventily je totiž potřeba ve stanovených intervalech přesně otevírat a zavírat, aby se včas vstřikovalo palivo se vzduchem a uvolňovaly se výfukové plyny z kompresních komor.

Pro správnou funkci je nutné realizovat příslušné fáze cyklů distribuce plynů motoru. Princip činnosti rozvodového řemene lze pochopit sledováním pořadí činnosti tohoto obvodu:

• Současně s klikovým hřídelem se otáčí vačkový hřídel, poháněný pružným spojením nebo ozubením.
• Vačky, tlačné prvky nebo vahadla působí na vřetena ventilů.
• Deska ventilového prvku je vtlačena do kompresní komory, která otevře vstup nebo výstup pro příchod nové náplně nebo uvolnění odpadu.
• Pružina vrátí ventil do původní polohy, když excentr, který se otočil, přestane tlačit na tyč.

Otáčky vačkového hřídele jsou dvakrát vyšší než otáčky klikového hřídele, přičemž během jedné otáčky, která představuje celý cyklus chodu motoru, se rozvodový řemen motoru uvede do činnosti dvakrát, aby se střídavě otvíraly a zavíraly ventily na různých skupinách válců. Pořadí činnosti je určeno provozním diagramem a uspořádáním pohonné jednotky.

Klasifikační podmínky

Klasifikace rozvodového řemene je určena několika podmínkami, které jsou diskutovány níže.

Jak je umístěn vačkový hřídel?

S ohledem na podmínky umístění vačkového hřídele je konstrukce mechanismu distribuce plynu:

V prvním případě je tato jednotka instalována vedle klikového hřídele. Vačky prostřednictvím tlačných prvků působí na vahadla pomocí speciálních tyčí. Ozubený řemen s tímto uspořádáním není nejvhodnějším provedením. To má ale své výhody, vzhledem ke spolehlivému spojení hřídelí. Moderní návrháři tuto metodu nepoužívají.

Při uspořádání nad hlavou je vačkový hřídel umístěn přímo nad ventily nahoře. To umožňuje využití různých možností přenosu pohybu na ventilové mechanismy – tlačníky, vahadla nebo páky. Tato možnost designu je běžnější.

Počet ventilů

Každý válec může obsluhovat jiný počet ventilů – od dvou do pěti. Nejjednodušším provedením je dvouventilová verze se vstupní a výstupní jednotkou. Pokud jsou ventily čtyři, sací a výfukové fungují v párech. Zvýšení sacích prvků umožňuje zvýšit objem vstřikované kompozice pro zvýšení výkonu pohonné jednotky.

S pěti ventily jsou tři vstupní a dva výstupní. Ozubený řemen s pěti ventilovými prvky je maximum, které lze nainstalovat na jeden válec. Větší počet neumožňuje kapacitu kompresní komory a uspořádání excentrů na vačkovém hřídeli.

Nejběžnější je párový čtyřventilový obvod.

Počet vačkových hřídelů

Při řadovém uspořádání válců v motoru konstrukce obvykle zahrnuje jeden nebo dva vačkové hřídele.

Pokud je k dispozici dvojice těchto prvků, první ovládá sací ventily, druhý ovládá výfukové ventily.

U tvaru V se počet vačkových hřídelí zdvojnásobí, protože válce jsou rozmístěny ve dvou řadách.

Hnací obvod

Vzhledem k vlastnostem pohonu rozvodu je zřejmé, že to poskytuje několik způsobů přenosu točivého momentu z klikového hřídele na vačkový hřídel. V závislosti na tomto stavu jsou rozvodové řemeny:

• Ozubené kolo – používá se v provedení se spodním uspořádáním vačkového hřídele, s ozubením řetězových kol instalovaných na hnací a hnané jednotce. Tato možnost je spolehlivá, ale podmínky použití jsou omezeny odpovídajícím obvodem. U horního rozložení je použito flexibilní připojení.
• Řetěz – vačkový hřídel a klikový hřídel jsou spojeny řetězem. Aby toto spojení fungovalo stabilně, jsou navíc použity tlumiče a tažná síla je regulována napínacími kladkami. Každý vačkový hřídel je poháněn samostatným řetězem. Průměrná životnost článku řetězu je od 150 000 do 200 000 km.
• Řemen – řemen se na rozdíl od řetězu nemusí mazat. Pro zlepšení adheze je povrch pružného spoje opatřen ozubením. Tento disk se bezpečně používá, snadno se udržuje, je levný a funguje tiše.

Při použití řetězu je důležité sledovat provozuschopnost součástí. Problémovými oblastmi při konstrukci motorů s rozvodovým řetězem jsou napínáky, tlumiče a samotný řetěz. Pokud není pružný spoj dostatečně napnutý, může prokluzování zubů řemenice narušit distribuční fáze, což bude vyžadovat dodatečné seřízení jednotky.

Pro udržení pružného spoje v konstantním napětí danou silou se používají hydraulické napínací prvky. Bota ve tvaru zakřiveného oblouku s povlakem odolným proti opotřebení slouží jako špička pístu, která tlačí na řetěz. Síla určuje tlak hydraulické kapaliny, vyvážený pružinou působící v opačném směru.

Tlumič je potřebný pro tlumení kmitavých pohybů pružného spojení, se kterými si bota neví rady. Tato rovnováha vám umožní pochopit, jak funguje pohon rozvodového řetězu.

Zvláště nebezpečná je situace s prasknutím článků řetězu v důsledku nadměrného opotřebení. Systém ztratí pohon a vačkový hřídel se úplně zastaví. V tomto případě bude rotace klikového hřídele pokračovat, stejně jako vratný pohyb pístů, které narazí na ventilové desky, což způsobí jejich deformaci.

Pro zvýšení provozní spolehlivosti odstraněním nouzových situací je v některých případech řetěz zdvojen, takže pokud jeden z nich praskne, druhý pokračuje v otáčení vačkovým hřídelem.

To vám umožní vyměnit vadnou součást bez nepříjemných následků na celkový stav motoru.

Řemenový pohon se snáze ovládá. Přetržený řemen však povede ke stejným následkům jako selhání řetězu. S tímto designem se flexibilní komunikační zdroj pohybuje od 60 000 do 80 000 km.

Vlastnosti regulace

U rozvodového řemene účel tohoto systému předpokládá úplnou synchronizaci provozu. K dosažení tohoto stavu se provádí řada úprav. To umožňuje zajistit správné uspořádání dílů v rozvodovém řemenu. Pokud jsou porušeny potřebné parametry, povede to k poruchám motoru.

V rozvodovém řemenu poskytuje konstrukce tohoto systému schopnost regulovat následující vlastnosti:

• Okamžik činnosti sacích nebo výfukových ventilů.
• Hodnoty časového rozsahu, během kterého jsou vstupy nebo výstupy udržovány otevřené.
• Výška zdvihu desek ventilových prvků.

Nutnost těchto úprav je dána tím, že provozní vlastnosti pohonné jednotky při volnoběžných otáčkách nebo při zatížení jsou odlišné, což klade odpovídající nároky na rozvodový řemen motoru.

Změny uvedených parametrů s ohledem na aktuální podmínky můžete dosáhnout následujícími způsoby:

• Regulací otáčení vačkového hřídele pomocí hydraulicky ovládané spojky.
• Použití excentrů různých konfigurací.
• Pomocí mezilehlých pák korigujte výšku zdvihu desek pomocí excentrické hřídele.

Tyto konstrukční podmínky rozšiřují variabilitu časování jako rozvodu plynu.

Běžné poruchy časování

Složitá konstrukce mechanismu distribuce plynu umožňuje různé poruchy. S ohledem na provozní podmínky a stav dílů rozvodu jsou možné následující příznaky poruch:

• V motoru se ozývá klepání, dynamika se zhoršuje, auto ztrácí výkon – musíte zkontrolovat tepelnou mezeru, stupeň opotřebení excentrů a ložiska na vačkovém hřídeli.
• Pohonná jednotka za studena klepe – je možné selhání hydraulických kompenzátorů.
• Z vačkového hřídele se ozývá hluk, z výfuku se ozývají ostré praskání – špatně nastavené časování ventilů.
• Výfukové plyny zmodrají, sníží se objem motorového oleje – je ohrožena těsnost dříků ventilů v důsledku poškození těsnících víček a je možné opotřebení ventilů podél vzpěr nebo jejich vedení.

• Motor běží přerušovaně, dochází k poklesu výkonu, přehřívá se pohonná jednotka i přes absenci problémů s chladicím systémem – pravděpodobně se opotřebovávají pružiny, které ovládají ventily. V závažných případech se ventilové prvky zablokují a udrží otvory otevřené déle, než je nutné. To ohrožuje kontakt pístu s ventilovou deskou, což se u moderních automobilů stává velmi zřídka.

Vědět, proč je potřeba rozvodový řemen, je význam tohoto systému jasný. Jakékoli poruchy v činnosti ventilů totiž negativně ovlivní výkon a dynamiku motoru. Proto je důležité zajistit normální provoz mechanismu distribuce plynu, aby se předešlo vážným problémům s celkovým stavem pohonné jednotky.