エンジンのガス分配機構、設計、動作原理

ガス分配機構 (GRM) は、特定の時点でエンジンの吸気バルブと排気バルブを開閉する一連の部品とアセンブリです。 ガス分配機構の主な役割は、燃焼室への空気燃料または燃料（エンジンの種類による）のタイムリーな供給と排気ガスの放出です。 この問題を解決するために、複雑な機構全体がスムーズに動作し、その一部は電子的に制御されます。

タイミングはどうですか

最新のエンジンでは、ガス分配機構はエンジンのシリンダー ヘッド内にあります。 これは次の主な要素で構成されます。

• カムシャフト。 耐久性に優れた鋼材や鋳鉄を高精度に加工し、複雑なデザインを施した製品です。 タイミングの設計に応じて、カムシャフトはシリンダーヘッドまたはクランクケースに取り付けることができます（現在この配置は使用されていません）。 これは、バルブの連続的な開閉を担当する主要な部分です。

シャフトにはベアリング ジャーナルとカムがあり、バルブ ステムまたはロッカーを押します。 カムの形状は厳密に定義された幾何学形状を持ち、バルブの開き時間と程度はこれに依存します。 さらに、カムは異なる方向に設計されており、シリンダーが交互に動作するようになります。

• アクチュエーター。 クランクシャフトからのトルクはドライブを介してカムシャフトに伝達されます。 ドライブは設計ソリューションによって異なります。 クランクシャフトギアはカムシャフトギアの半分の大きさです。 したがって、クランクシャフトは XNUMX 倍の速度で回転します。 ドライブの種類に応じて、次のものが含まれます。

1. チェーンまたはベルト。
2. シャフトギア。
3. テンショナー（テンションローラー）
4. ダンパーとシュー。

• 吸排気バルブ。 これらはシリンダーヘッド上にあり、ポペットと呼ばれる一端に平らな頭が付いたロッドです。 入口バルブと出口バルブの設計が異なります。 注入口は一体型で作られています。 また、シリンダーに新しい充填物をより適切に充填するために、より大きなプラッターも備えています。 出口は通常、耐熱鋼で作られており、動作中に高温にさらされるため、冷却を高めるために中空のステムが付いています。 キャビティ内にはナトリウムフィラーがあり、簡単に溶けてプレートからロッドへの熱の一部を奪います。

バルブヘッドは面取りされており、シリンダーヘッドの穴にしっかりとフィットします。 この場所は鞍部と呼ばれます。 バルブ自体に加えて、バルブの適切な動作を保証する追加の要素が機構に提供されています。

1. スプリングス。 押した後、バルブを元の位置に戻します。
2. バルブステムシール。 これらは、オイルがバルブステムに沿って燃焼室に侵入するのを防ぐ特殊なシールです。
3. ガイドブッシュ。 シリンダーヘッドハウジングに取り付けられ、正確なバルブの動きを実現します。
4. ラスク。 彼らの助けを借りて、スプリングがバルブステムに取り付けられます。

• プッシャー。 プッシャーを介して、カムシャフトのカムからロッドに力が伝達されます。 高張力鋼製。 それらにはさまざまなタイプがあります。

1. 機械 - メガネ。
2. ローラー;
3. 油圧補償器。

機械式タペットとカムシャフトカムの間の熱ギャップは手動で調整されます。 油圧コンペンセータまたは油圧タペットは必要なクリアランスを自動的に維持するため、調整の必要はありません。

• ロッカーアームまたはレバー。 シンプルなロッカーは、ロッキング動作を実行する XNUMX 本のアームのレバーです。 レイアウトが異なると、ロッカー アームの動作も異なります。
• 可変バルブタイミングシステム。 これらのシステムはすべてのエンジンに搭載されているわけではありません。 デバイスと CVVT の動作原理の詳細については、当社 Web サイトの別の記事を参照してください。

タイミングの説明

ガス分配機構の動作をエンジンの動作サイクルと切り離して考えるのは困難です。 その主な役割は、一定時間内にバルブを開閉することです。 したがって、吸気行程では吸気が開き、排気行程では排気が開きます。 つまり、実際には、機構は計算されたバルブ タイミングを実現する必要があります。

技術的には次のようになります。

1. クランクシャフトは、ドライブを介してカムシャフトにトルクを伝達します。
2. カムシャフトのカムがプッシャーまたはロッカーを押します。
3. バルブは燃焼室内で動き、新鮮な給気ガスまたは排気ガスにアクセスできるようになります。
4. カムが動作のアクティブ段階を通過した後、バルブはスプリングの作用により元の位置に戻ります。

また、完全な作動サイクルでは、カムシャフトが 2 回転し、作動順序に応じて各シリンダーのバルブを交互に開きます。 つまり、たとえば、1-3-4-2 の動作スキームでは、XNUMX 番目のシリンダーの吸気バルブと XNUMX 番目のシリンダーの排気バルブが同時に開きます。 XNUMX番目とXNUMX番目のバルブは閉じられます。

ガス分配機構の種類

エンジンによっては異なるタイミング方式が使用される場合があります。 次の分類を考えてみましょう。

カムシャフト位置による

カムシャフトの位置には次の XNUMX 種類があります。

• 下;
• 上。

低い位置では、カムシャフトはクランクシャフトの隣のシリンダーブロック上に配置されます。 カムからの衝撃はプッシャーを介して特殊なロッドを介してロッカーアームに伝達されます。 これらは、下部のプッシュロッドを上部のロッカー アームに接続する長いロッドです。 低い位置は最も成功しているとは考えられていませんが、利点もあります。 特に、カムシャフトとクランクシャフトの接続がより確実になります。 このタイプの装置は最新のエンジンでは使用されていません。

上の位置では、カムシャフトはシリンダーヘッドのバルブのすぐ上にあります。 この位置では、ロッカー プッシャーまたはレバーを使用して、バルブに影響を与えるためのいくつかのオプションを実装できます。 この設計は、よりシンプルで、より信頼性が高く、よりコンパクトです。 カムシャフトのアッパーポジションが多くなりました。

カムシャフトの本数別

インライン エンジンには XNUMX つまたは XNUMX つのカムシャフトが装備されています。 単一のカムシャフトを備えたエンジンは、次の略語で指定されます。 SOHC(シングル オーバーヘッド カムシャフト)、および XNUMX つの - DOHC(ダブルオーバーヘッドカムシャフト)。 XNUMX つのシャフトは吸気バルブを開く役割を果たし、もう XNUMX つのシャフトは排気を担当します。 V エンジンは、シリンダーの各バンクに XNUMX つずつ、計 XNUMX つのカムシャフトを使用します。

バルブ数別

カムシャフトの形状とカムの数は、シリンダーごとのバルブの数によって異なります。 バルブは XNUMX つ、XNUMX つ、XNUMX つ、または XNUMX つあります。

最も単純なオプションは、XNUMX つのバルブを使用するものです。XNUMX つは吸気用、もう XNUMX つは排気用です。 XNUMX バルブ エンジンには XNUMX つの吸気バルブと XNUMX つの排気バルブがあります。 XNUMX つのバルブを備えたバージョン: XNUMX つの吸気と XNUMX つの排気。 XNUMX つのバルブ: XNUMX つは吸気用、XNUMX つは排気用です。 吸気バルブの数が多いほど、より多くの空気と燃料の混合気が燃焼室に入ります。 したがって、エンジンの出力とダイナミクスが向上します。 XNUMX本以上作ると燃焼室の大きさやカムシャフトの形状が許されなくなります。 最も一般的に使用される XNUMX シリンダーあたり XNUMX つのバルブ。

ドライブタイプ

カムシャフト ドライブには XNUMX つのタイプがあります。

1. 装備。 この駆動オプションは、カムシャフトがシリンダー ブロックの低い位置にある場合にのみ可能です。 クランクシャフトとカムシャフトはギアによって駆動されます。 このようなユニットの主な利点は信頼性です。 カムシャフトがシリンダーヘッドの上部にある場合、チェーンとベルトドライブの両方が使用されます。
2. 鎖。 このドライブはより信頼性が高いと考えられています。 ただし、チェーンの使用には特別な条件が必要です。 振動を抑えるためにダンパーが取り付けられ、チェーンの張力はテンショナーによって調整されます。 軸数に応じて複数のチェーンを使用できます。
   

   チェーンのリソースは平均150万〜200万キロメートルに十分です。

   チェーンドライブの主な問題は、テンショナーやダンパーの故障、あるいはチェーン自体の破損と考えられます。 張力が不十分な場合、作動中にチェーンが歯の間で滑り、バルブタイミングの違反につながる可能性があります。

   チェーンの張力を自動的に調整するのに役立ちます 油圧テンショナー。 いわゆるシューを押すピストンです。 靴はチェーンに直接取り付けられています。 円弧状に湾曲した特殊なコーティングを施した作品です。 油圧テンショナーの内部には、プランジャー、スプリング、オイル用の作動空洞があります。 オイルがテンショナーに入り、シリンダーを正しいレベルまで押します。 バルブはオイル通路を閉じ、ピストンは常に適切なチェーン張力を維持します。タイミングベルトの油圧補償器も同様の原理で動作します。 チェーンダンパーは、シューによって減衰されなかった残留振動を吸収します。 これにより、チェーンドライブの完璧かつ正確な動作が保証されます。

   最大の問題は、開回路から発生する可能性があります。

   カムシャフトの回転は止まりますが、クランクシャフトは回転し続けてピストンを動かします。 ピストンの底部がバルブディスクに到達し、バルブディスクが変形します。 ひどい場合にはシリンダーブロックが破損する場合もあります。 これを防ぐために、XNUMX列チェーンが使用されることがあります。 一方が壊れても、もう一方は動作し続けます。 ドライバーは結果を招くことなく状況を修正することができます。

3. ベルト.ベルトドライブはチェーンドライブとは異なり、注油の必要がありません。
   

   ベルトの資源も限られており、平均して60万〜80万キロメートルです。

   グリップ力と信頼性を高めるために歯付きベルトが使用されています。 こちらの方がシンプルです。 エンジンが作動しているときにベルトが切れると、チェーンが切れたのと同じ結果が生じます。 ベルトドライブの主な利点は、操作と交換の容易さ、低コスト、静かな動作です。

エンジンの動作、そのダイナミクス、出力は、ガス分配機構全体が正しく機能するかどうかに依存します。 シリンダーの数と体積が大きくなるほど、同期装置はより複雑になります。 故障に時間内に気づくためには、各ドライバーがメカニズムの構造を理解することが重要です。