Шестереночный двигатель что это - Авто журнал kupim-avto57.ru
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шестереночный двигатель что это

Эволюция ГРМ: шестерни, цепь и ремень

Два слова о ГРМ

Клапанный механизм газораспределения, сокращенно ГРМ, — это то, без чего четырехтактный двигатель существовать в принципе не может. Он открывает впускные клапана, впуская воздух или горючую смесь в цилиндры на такте впуска, открывает выпускные на такте выпуска и надежно запирает горящую в цилиндре смесь во время рабочего хода. От того, насколько хорошо он обеспечивает «дыхание» мотора — подачу воздуха и выпуск отработавших газов — зависит и мощность, и экологичность мотора.

Клапаны открывают и закрывают своими кулачками распределительные валы, а крутящий момент на них передается с коленвала, в чем, собственно, и состоит задача привода ГРМ. Сегодня для этого используют цепь или ремень. Но так было не всегда…

Старый добрый нижний распредвал

В начале ХХ века проблем с приводами распредвала не было — его раскручивали обычные шестерни, а к клапанам от него шли штанги толкателей. Клапаны располагались тогда сбоку, в «кармане» камеры сгорания, прямо над распределительным валом, и открывались-закрывались штангами. Потом клапаны стали ставить один напротив другого, чтобы уменьшить объем и площадь поверхности этого «кармана» — в результате неоптимальной формы камеры сгорания моторы имели повышенную склонность к детонации и плохой термический КПД: много тепла уходило в стенки головки блока цилиндров. И наконец, клапаны перенесли в область прямо над поршнем, и камера сгорания стала совсем небольшой и почти правильной формы.

Расположение клапанов сверху камеры сгорания и привод клапанов более длинными толкателями (так называемая схема OHV), предложенные еще в начале ХХ века Дэвидом Бьюиком, оказались самыми удобными. Такая схема вытеснила варианты моторов с боковыми клапанами в гоночных конструкциях уже к 1920 году. Например, именно она применяется в знаменитых двигателях Chrysler Hemi и моторах Corvette и в наше время. А моторы с боковыми клапанами могут помнить водители ГАЗ-52 или ГАЗ-М-20 «Победа», где данная схема применялась в двигателях.

И ведь так удобно все это было! Конструкция очень проста. Распредвал, оставаясь внизу, находится в блоке цилиндров, где прекрасно смазывается разбрызгиванием масла! Даже штанги и кулачки рокеров с регулировочными шайбами можно оставить снаружи при необходимости. Но прогресс не стоял на месте.

Почему отказались от штанг?

Проблема — в лишнем весе. В 30-е годы скорость вращения гоночных моторов на земле и авиационных моторов на самолетах достигла величин, при которых появилась необходимость облегчить механизм газораспределения. Ведь каждый грамм массы клапана вынуждает увеличивать и силу пружин, которые его закрывают, и прочность толкателей, через которые распредвал жмет на клапан, в результате потери на привод ГРМ быстро возрастают при увеличении оборотов мотора.

Выход был найден в переносе распределительного вала наверх, в головку блока цилиндров, что позволило отказаться от простой, но тяжелой системы с толкателями и значительно уменьшить инерционные потери. Поднялись рабочие обороты мотора, а значит, увеличилась и мощность. Например, Роберт Пежо создал в 1912 году гоночный двигатель с четырьмя клапанами на цилиндр и двумя верхними распредвалами. С переносом распределительных валов наверх, в головку блока, возникала и проблема их привода.

Первым решением было ввести промежуточные шестерни. Существовал, скажем, вариант с приводом дополнительным валом с коническими шестернями, как, например, на всем танкистам знакомом двигателе В2 и его производных. Такая схема применялась и на уже упомянутом моторе Peugeot, авиамоторах Curtiss К12 образца 1916 года и Hispano-Suiza 1915 года.

Еще одним вариантом стала установка нескольких цилиндрических шестерен, например в двигателях болидов Формулы-1 периода 60-х годов. Удивительно, но «многошестеренная» технология находила применение и совсем недавно. Например, на нескольких модификациях дизельных 2.5-литровых моторов Volkswagen, ставившихся на Transporter T5 и Touareg — AXD, AXE и BLJ.

Почему пришла цепь?

У шестеренчатого привода было много «врожденных» проблем, главная из которых — шумность. Помимо того, шестерни требовали точной установки валов, расчета зазоров и взаимной твердости материалов, а также — муфт гашения крутильных колебаний. В общем, конструкция при кажущейся простоте была мудреной, а шестерни — отнюдь не «вечными». Нужно было что-то другое.

Когда впервые применили цепь для привода ГРМ, точно неизвестно. Но одной из первых массовых конструкций был двигатель мотоцикла AJS 350 с цепным приводом в 1927 году. Конструкция оказалась удачной: цепь не только была тише и проще в устройстве, чем система валов, но и снижала передачу вредных крутильных колебаний за счет работы своей системы натяжения.

Читать еще:  В чем особенность двигателей субару

Как ни странно, цепь не нашла применения в авиационных моторах, и в автомобильных появилась значительно позже. Сначала она появилась в приводе нижнего распредвала вместо громоздких шестерен, но постепенно стала набирать популярность и в приводах с верхними распредвалами, однако особенно стала актуальна, когда появились моторы с двумя распредвалами. Например, цепью приводился ГРМ в двигателе Ferrari 166 1948 года и в поздних версиях мотора Ferrari 250, хотя ранние варианты его имели привод коническими шестернями.

В массовых моторах нужды в цепном приводе долго не возникало — до 80-х годов. Маломощные двигатели выпускались с нижним распредвалом, и это не только «Волги», но и Skoda Felicia, Ford Escort 1.3 и множество американских машин — на V-образных моторах штанги-толкатели стояли до последнего. А вот на высокофорсированных моторах европейских производителей цепи появились уже в 50-е годы и до конца 80-х оставались преобладающим типом привода ГРМ.

Как появился ремень?

Примерно тогда же у цепи появился опасный конкурент. Именно в 60-е развитие технологий позволило создать достаточно надежные зубчатые ремни. Хотя вообще-то ременная передача — одна из старейших, она использовалась для привода механизмов еще в античности. Развитие станочного парка с групповым приводом механизмов от паровой машины или водяного колеса обеспечило развитие технологий производства ремней. Из кожаных они стали текстильными и металлокордными, с применением нейлона и других синтетических материалов.

Первый случай использования ремня в приводе ГРМ относят к 1954 году, когда в гонках SCCA победил Devin Sports Car конструкции Билла Девина. Его мотор, согласно описанию, имел верхний распредвал и привод зубчатым ремнем. Первой же серийной машиной с ремнем в приводе ГРМ считается модель Glas 1004 1962 года небольшой немецкой компании, позднее поглощенной BMW.

В 1966 году, Opel/Vauxhall начал производство массовых моторов серии Slant Four с ремнем в приводе ГРМ. В том же году, несколько позже, появились моторы Pontiac OHC Six и Fiat Twincam, тоже с ремнем. Технология стала по-настоящему массовой.

Причем мотор от Fiat чуть было не попал на наши» Жигули»! Рассматривался вариант его установки вместо нижневального мотора Fiat-124 на будущий ВАЗ 2101. Но, как известно, старый мотор просто переделали под верхние клапаны, а в качестве привода поставили цепь.

Как видно, сначала ремень использовался исключительно на недорогих моторах. Ведь его основными преимуществами была низкая цена и малая шумность привода, что актуально для небольших машин, не обремененных шумоизоляцией. Но его нужно было регулярно менять и следить, чтобы на него не попадали агрессивные жидкости и масло, причем интервал замены уже тогда был немаленьким и составлял 50 тысяч километров.

И все же славу не слишком надежного способа привода ГРМ он получить успел. Ведь достаточно было погнуться одной шпильке или выйти из строя одному ролику, как его ресурс снижался в разы.

Серьезно снижало ресурс и замасливание — тут не всегда помогал даже герметичный кожух, ведь моторы тех лет имели весьма примитивную систему вентиляции картерных газов и масло все равно попадало на ремень.

Впрочем, все нюансы применения некачественных ремней ГРМ у нас знакомы владельцам переднеприводных ВАЗ. Мотор 2108 разрабатывался как раз в 80-е, на пике увлечения ремнями. Тогда их стали ставить даже на большие моторы вроде ниссановского RB26, и надежность лучших образцов была на уровне. С тех пор споры о том, что лучше — цепь или ремень, не утихают ни на минуту. Будьте уверены, прямо сейчас, пока вы читаете эти строки, на каком-нибудь форуме или в курилке два апологета разных приводов спорят до полного изнеможения.

В следующей публикации я подробно разберу все плюсы и минусы цепных и ременных приводов. Оставайтесь на связи!

Что такое насос шестерёнчатый насос

Для нормального функционирования двигателя и различных систем автомобиля может применяться как мембранный насос, шестерёнчатый, так и роторный. В тех системах, где необходимо добиться высокого давления, хорошей производительности и стабильной длительной работы, применяют именно насос шестерёнчатого типа. Как правило, это масляный насос системы смазки двигателя. Его задача состоит в том, чтобы обеспечить номинальное давление масла, которое жизненно необходимо для качественной смазки трущихся деталей.

В некоторых типах автомобильных моторов, с сухим типом картера и масляным бачком, насос дополнительно производит перекачку жидкости из картера обратно в бачок. Шестерёнчатый насос это устройство, способное перекачивать жидкость с помощью лопастей (зубьев) шестерён. Одна из них ведущая, которая соединена с приводным валом, вторая ведомая, она вращается свободно и входит в постоянное зацепление с ведущей.

Читать еще:  Глохнет двигатель на малых оборотах в движении

Типы привода системы DOHC

В качестве привода для распредвалов на DOHC-моторах используется ременная, цепная или шестеренчатая передача.

Ременная передача предусматривает использование зубчатого ремня. Преимущество системы в надежности при относительно невысокой стоимости. Также ремень ГРМ издает меньше шума, поэтому двигатели более «тихие» по сравнению с цепными и шестеренчатыми аналогами. К недостаткам следует отнести вероятность разрыва ремня, которая в большинстве случаев сулит серьезный дорогостоящий ремонт двигателя. Чтобы избежать разрыва ремня необходимо регулярно менять ремень, примерно через каждые 50-70 тыс. км пробега.

Цепной привод считается очень надежным. Цепь ходит дольше по сравнению с ремнем примерно 200-300 тыс. км. Вероятность разрыва цепи равна нулю, что не можете не радовать. Однако существует другая неприятность — растягивание и перескакивание цепи ГРМ. Такое явление сулит проблемы с мотором и серьезный ремонт, однако это все равно будет дешевле по сравнению с последствиями разрыва ремня ГРМ. Из минусов следует выделить растягивание цепи и вероятность перескакивания, шумность, высокая стоимость работ по замене цепи ГРМ.

Шестеренчатый привод считается наиболее надежным, однако вместе с тем он самый шумный, поэтому не получил широкого применения и встречается довольно редко.

Виды и устройство насосов

Основной принцип работы всех масляных насосов двигателей схож: всасывание моторного масла из поддона картера (масляного бака) и нагнетание в магистрали системы смазки. Конструктивно это могут быть шестеренчатые, роторные и пластинчатые насосы с возможностью принудительной регулировки уровня давления или без таковой. Отличается и способ приведения их в действие.

Шестеренчатые насосы

Этот тип механизмов относится к нерегулируемым. Привод такого масляного насоса осуществляется от коленчатого вала двигателя. На практике это означает, что уровень давления напрямую зависит от оборотов мотора. Чтобы при этом давление масла в нагнетательной магистрали системы смазки было постоянным и не превышало критических значений, такие масляные насосы всегда дополняются редукционным клапаном.

Шестеренчатый масляный насос с внешним зацеплением

Конструктивно шестеренчатый насос состоит из следующих элементов:

  • Ведущая шестерня, соединенная с коленвалом.
  • Ведомая шестерня, приводимая в движение ведущей шестерней.
  • Герметичный корпус с нагнетательным и всасывающим каналами.
  • Редукционный клапан масляного насоса – он представляет собой плунжер с пружиной, который при повышении давления отжимается, открывая канал сброса масла.
  • Уплотнители (сальники).

Шестеренчатые насосы могут быть:

  • С внешним зацеплением – шестерни располагаются рядом и имеют внешние зубья. Недостатком данного типа является сложность достижения высокого уровня сжатия, поскольку это провоцирует рост удельных давлений в зоне зацепления зубьев. И хотя благодаря применению специального разгрузочного паза проблему можно решить, насосы с подобным пазом неэффективны для широкого спектра частот вращения и на малых оборотах производительность будет очень мала.
  • С внутренним зацеплением – ведущая шестерня имеет внешние зубья и расположена внутри ведомой, зубья которой направлены внутрь. Шестерни не имеют общей оси и образуют полукруглый зазор (полость). Такой маслонасос имеет более компактные размеры.

Шестеренчатый маслонасос с внутренним зацеплением

Принцип работы шестеренчатого насоса очень прост: смазка поступает внутрь через всасывающий канал, где сжимается шестернями и выталкивается под давлением в нагнетательный канал. Маслонасосы с внутренним зацеплением также могут оснащаться разделительным серпом (серповидной перегородкой). Он устанавливается между зубьями роторов в зоне из максимального удаления друг от друга. Благодаря этому происходит уплотнение полостей нагнетания и обеспечивается более высокое рабочее давление.

Масляные насосы автомобильных двигателей всегда приводятся в движение от мотора. Передача при этом может осуществляться посредством зубчатого зацепления, приводных цепей или ремней.

Роторные насосы для перекачки моторного масла

Маслонасосы роторного типа сходны с шестеренчатыми внутреннего зацепления. Однако вместо шестерней сжатие масла осуществляется при помощи неподвижного статора (большего диаметра) и подвижного ротора (расположенного внутри статора). Такие насосы могут быть нерегулируемыми (с редукционным клапаном) и регулируемые.

Роторный маслонасос ДВС

Нерегулируемые роторные масляные насосы имеют привод от коленвала и создают уровень давления пропорционально его вращению. Избыточное давление так же как и в шестеренчатых масляных насосах сбрасывается редукционным клапаном.

Отличием регулируемых роторных насосов является наличие подвижного статора и специальной регулировочной пружины. Сам процесс регулировки основан на принципе изменения объема рабочей полости (зазор между роторами), что осуществляется поворотом статора. Так, если частота вращения коленчатого вала повышается, двигатель потребляет больше масла, что приводит к снижению давления.

Пружина реагирует на это и перемещает статор, изменяя позицию ведомого ротора и изменяя рабочую полость насоса. Увеличивается производительность маслонасоса. Регулируемый маслонасос позволяет поддерживать стабильный уровень давления независимо от режима работы двигателя.

Читать еще:  Юмз трактор технические характеристики двигателя

Пластинчатые или шиберные маслонасосы

Для некоторых типов двигателей может быть использован пластинчатый или шиберный масляный насос. Такая конструкция позволяет регулировать производительность исходя из оборотов двигателя.

Состоит шиберный насос из корпуса, внутри которого находятся ротор и статор. Их оси смещены, благодаря чему в нижней части образуется серповидный зазор. Ротор также оснащен подвижными пластинами, вставленными в специальные пазы. Под действием центробежной силы на участке зазора между ротором и статором они выдвигаются и образуют отдельные камеры сжатия масла. При вращении ротора объем камер постоянно изменяется. Когда объем увеличивается, создается разрежение и происходит всасывание масла. Когда камера уменьшается, давление возрастает и выполняется нагнетание.

Каковы основные характеристики и преимущества шестеренного насоса?

Шестеренные насосы компактны и просты с ограниченным количеством движущихся частей. Они не могут соответствовать давлению, создаваемому поршневыми насосами, или расходам центробежных насосов, но имеют более высокое давление и пропускную способность, чем лопастные или лопастные насосы. Шестеренные насосы особенно подходят для перекачки масел и других высоковязких жидкостей.

Из двух конструкций внешние шестеренчатые насосы способны выдерживать более высокое давление (до 3000 фунтов / кв. Дюйм) и скорости потока благодаря более жесткой опоре вала и более жестким допускам. Внутренние шестеренные насосы обладают лучшими возможностями всасывания и подходят для жидкостей с высокой вязкостью, хотя они имеют полезный рабочий диапазон от 1 сП до более 1 000 000 сП. Поскольку производительность прямо пропорциональна скорости вращения, шестеренные насосы обычно используются для дозирования и смешивания. Шестеренные насосы могут быть разработаны для работы с агрессивными жидкостями. Хотя они обычно изготавливаются из чугуна или нержавеющей стали, новые сплавы и композиты позволяют насосам обрабатывать агрессивные жидкости, такие как серная кислота, гипохлорит натрия, хлорид железа и гидроксид натрия.

Внешние шестеренные насосы также могут использоваться в гидравлических системах, как правило, в транспортных средствах, грузоподъемных механизмах и мобильном оборудовании. При вращении шестеренчатого насоса в обратном направлении с использованием масла, закачиваемого из другого места в системе (обычно тандемным насосом в двигателе), создается гидравлический двигатель. Это особенно полезно для обеспечения электропитания в местах, где электрическое оборудование громоздко, дорого или неудобно. Тракторы, например, полагаются на приводные насосы с внешним приводом для обеспечения своих услуг.

Принцип работы шестеренного насоса (3D модель)

По характеру зацепления шестерен, шестеренные насосы подразделяются на три основных типа.

1. Шестеренные насосы с внешним зацеплением

Данный тип шестеренных насосов является наиболее распространенным и простым. Принудительное смещение вызывается посредством изменения объемов в полостях сцепленных между собой шестерен, которые имеют независимые приводы. Данный насос является мощным и недорогим вариантом. Как правило, шестеренные насосы используются для перекачки жидкостей с высоким уровнем вязкости и не содержащих включения. По сравнению с насосами, которые имеют внутреннее зацепление, насосы с внешним зацеплением способны работать при намного больших давлениях, но являются менее компактными конструкциями.

2. Шестеренные насосы с внутренним зацеплением

Данный тип шестеренных насосов является вариацией, в которой ведомая шестерня располагается внутри ведущей с большим диаметром и опирается на полумесяц выполненный из стали. При вращении шестерен, такая конструкция имеет больший объем вытеснения, вследствие чего наполненный насос с внутренним зацеплением обладает всасывающим эффектом.

3. Трехшестеренные насосы

Такие насосы имеют одну ведущую шестерню и две ведомые, 4 всасывающие и 5 напорных полостей. Данные насосы выгодно использовать в гидроприводах, где необходимо иметь две напорные гидролинии, независящие друг от друга. Число зубьев и угол зацепления напрямую влияет на равномерность подачи жидкости. Чем больше зубьев, тем равномернее подача, но меньше производительность. В боковых стенках корпуса насоса есть разгрузочные канавки, по которым жидкость отводится в одну из полостей, в следствие чего жидкость не защемляется в зоне контакта зубьев шестерен.

Однако у таких насосов существуют недостатки:

  • нерегулируемость рабочего объема;
  • неспособность работать при высоких давлениях; либо:
  • высокие требования к материалам изготовлений деталей износа.
  • высокая требовательность к качеству изготовлений шестерён и пластин, образующих корпус;
  • двукратные изменения направления движения жидкости в насосе снижает КПД.

Шестерёнчатые насосы широко применяются в сфере перекачивания высоковязких жидкостей с температурой до 250°, например, такие жидкости как пищевые масла, жиры, шоколадная масса, лаки, краски, нефтепродукты, бытовая химия и т. д.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector