4. Mecanismul de distribuţieMecanismul de distribuţie are rolul de a asigura schimbul de gaze în cilindrul

motorului, adică realizarea evacuării gazelor arse de la ciclul precedent şi admisia gazelor proaspete pentru noul ciclu motor.

Componenţa mecanismului de distribuţie este următoarea: 1. mecanismul de transmitere a mişcării de la arborele cotit la arborele de distribuţie:

roţi dinţate (de curea), lanţ (curea), întinzător, role sau patine de conducere;2. arborele de distribuţie (axa cu came);3. tacheţi, (tije împingătoare), culbutori, supape.

4.1. Mecanismul de transmitere a mişcăriiExistă mai multe soluţii de transmitere a mişcării de la arborele cotit la arborele de

distribuţie: curea dinţată, lanţ, angrenaje cu roţi dinţate...

În figura 4.1 se prezintă câteva variante constructive de mecanisme de antrenare cu lanţ în care: a) lanţ simplu cu întinzător hidraulic şi contrapatină, b) lanţ dinţat (Morse) soluţie British Leyland, c) lanţ dublu soluţie British Leyland 1 – roata dinţată a axului cu came, 2 – roată dinţată intermediară, 3 – roata dinţată a arborelui motor, 4 – întinzătoare hidraulice, 5 – contrapatine.

Acest tip de mecanism oferă avantajul că este sigur în funcţionare, încărcarea arborilor este redusă, randament ridicat (0,86... 0,98), transmite puteri mari dar este zgomotos mai ales atunci când lungimea lanţului este mare. De asemenea, toate elementele au nevoie de ungere.

Spre deosebire de mecanismul cu lanţ, pentru diminuarea substanţială a zgomotului, se utilizează mecanismul cu curea dinţată ca în figura 4.2.

În cazul antrenării cu curea dinţată componenţa este următoarea: 1 – fulie montată pe arborele cotit; 2 – fulie montată pe arborele de distribuţie; 3 – întinzător de curea; 4 –

Fig. 4.1.

fulie pentru antrenarea unui arbore care nu face parte din mecanismul de distribuţie (în cazul din figura 4.2 este vorba despre un arbore care antrenează pompa de combustibil şi ruptor-distribuitorul); 5 – curea dinţată. Dezavantajul principal al acestei soluţii constructive este faptul că în timpul funcţionării cureaua se poate rupe (datorită fenomenelor de îmbătrânire, suprasarcini, oboseală, atacul diferitelor substanţe, în special hidrocarburi..., sau calitatea materialelor folosite precum şi a tehnologiei de fabricare necorespunzătoare). Ruperea curelei de distribuţie reprezintă o defecţiune gravă deoarece mişcarea supapelor nu mai este corelată cu poziţia pistonului şi acesta, de cele mai multe ori, loveşte una sau mai multe supape rămase deschise. În urma impactului supapa se deformează, ghidul supapei crapă iar uneori şi piesele mecanismului motor au

de suferit. Totuşi, pentru motoarele mici se preferă această soluţie de antrenare deoarece este simplă, silenţioasă, uşoară, funcţionează la turaţii mari şi nu necesită ungere. Pentru o funcţionare sigură, cureaua dinţată de distribuţie trebuie înlocuită periodic în funcţie de indicaţiile producătorului.

Motoarele mari şi cele solicitate mai intens sunt echipate cu sisteme de antrenare cu lanţ.

Întinderea curelei sau lanţului se face cu ajutorul întinzătorului care poate fi cu arc (mai ales la curea dinţată) sau hidraulic (la lanţ). Întinzătorul compensează o parte din uzuri şi împiedică oscilaţiile ramurii libere a curelei sau a lanţului. Din acest motiv se montează pe această ramură. Ramura activă este ramura care este trasă de fulia (sau roata de lanţ) de pe arborele cotit (în figura 4.2 este ramura care coboară) iar ramura liberă este „împinsă” de fulia (sau roata de lanţ) de pe arborele cotit (în figura 4.2 este ramura care urcă).

Roţile de lanţ sau de curea sunt fixate pe arbori prin intermediul unor pene. Pe roţi şi pe carcase se găsesc semne de poziţionare a arborilor la montajul lanţului sau curelei de distribuţie. Dacă nu se respectă indicaţiile producătorului cu privire la montarea corectă a distribuţiei atunci motorul nu porneşte sau funcţionează necorespunzător şi chiar se pot produce defecţiunile care apar şi la ruperea curelei.

4.2. Arborele de distribuţie

Este denumit şi arbore cu came sau axă cu came. Aceste denumiri vin de la faptul că pe acest arbore

Fig.4.3.

sunt prelucrate came. Fiecare camă corespunde unei supape şi comandă deschiderea şi închiderea acesteia. În figura 4.3 sunt prezetate părţile componente ale unui arbore de distribuţie montat în capul chiulasei.

1. – roata de lanţ;2. – fixare axială a arborelui;3. – camă;4. – arborele de distribuţie (zonă neprelucrată);5. – fus palier;6. – carcasă.

Arborii de distribuţie sunt realizaţi din oţel (prin matriţare) sau fontă (prin turnare). Principala solicitare la care sunt supuşi este strivirea care duce la uzarea camei pe zona de ridicare şi pe vârf. Zonele camei sunt prezentate în figura 4.4.

I – vârful camei;II – zona de ridicare a camei;III – zona de preluare a jocurilor;r0 – cercul de bază al camei;A A’ – sector din cercul de bază al camei unde nu

se produce ridicarea supapei;hmax – înălţimea maximă de ridicare.

Uzarea camei duce la modificarea fazelor de distribuţie (vezi ARHIVĂ articolul “Propulsia autovehiculelor”. În acel articol explicam fazele de distribuţie astfel:„... supapele de admisie şi evacuare se deschid înainte de terminarea cursei pistonului spre

punctul mort superior (pentru S.A.) şi respectiv punctul mort inferior (pentru S.E). Acest lucru se numeşte avans la deschidere a supapei de admisie şi respectiv evacuare în scopul de a asigura o deschidere cât mai mare a supapelor în momentul începerii cursei de admisie respectiv evacuare. Similar, la închiderea supapelor există o întârziere care se numeşte întârziere la închiderea supapei de admisie respectiv evacuare. În acest caz se doreşte utilizarea inerţiei gazelor pentru umplerea respectiv golirea cilindrului. Decalajele (avansurile la deschidere şi întârzierile la închidere a supapelor) formează fazele de distributie şi se exprimă în “grade rotaţii arbore cotit” (RAC) faţă de punctul mort cel mai apropiat.”

4.3. Tacheţii, tijele împingătoare, culbutorii, supapele

În contact direct cu cama se află tachetul sau în unele situaţii culbutorul. În figura 4.5 sunt prezentate elementele mecanismului de distribuţie cu arbore de distribuţie amplasat în bloc (a) sau cu arbore de distribuţie amplasat în capul chiulasei (b):

1. – arbore de distribuţie;2. – tachet;3. - tijă împingătoare;

Fig.4.4.

Fig.4.5.

4. – culbutor;5. – supapă;6. – arc de supapă.

După cum se poate observa, în cazul când arborele de distribuţie este amplasat în capul chiulasei, mecanismul este mai simplu. Acest fapt reprezintă un avantaj mai ales pentru faptul că poate fi crescută turaţia maximă datorită maselor mai mici

care se află în mişcare. În figura 4.6 sunt prezentate câteva soluţii constructive de acţionare a supapelor.

Piesele mecanismului de distribuţie sunt amplasate în zone ale motorului cu temperaturi diferite. De asemenea aceste piese sunt realizate din materiale diferite care au coeficienţi de dilatare diferiţi. Din acest motiv este nevoie ca pentru închiderea sigură

a supapelor să existe un joc, numit joc termic, care să fie reglat la montaj. Jocul termic se reglează în concordanţă cu prescripţiile producătorului şi este măsurat între coada supapei şi culbutor sau între camă şi culbutor (tachet) sau în alt loc în funcţie de soluţia constructivă a motorului.

În figura 4.6 se pot vedea două sisteme de reglaj al jocului termic şi anume: a) joc termic reglat

prin şurub şi contrapiuliţă şi măsurat între coada supapei şi culbutor “j” iar în b) reglajul se face cu ajutorul pastilelor amovibile (care se pot schimba) de grosimi diferite iar jocul termic se măsoară între pastilă şi camă. Reperele din figură sunt: j – jocul termic; 2 – contrapiuliţa de asigurare;

3 – şurubul de reglaj; pastila amovibilă din (b) este marcată cu negru.

Fig. 4.6.

Fig. 4.6.

Fig. 4.7.

INCLUDEPICTURE "http://tbn0.google.com/images?q=tbn:rUWQQ3Kzucb3cM:http://www.mdmstandard.ro/images/Lere%2520pentru%2520interstitii.gif" \* MERGEFORMATINET

Fig.4.8.

Jocul se măsoară cu ajutorul unui set de lame calibrate a căror grosime este înscrisă pe fiecare lamă în parte (figura 4.7). Uneori se întâmplă ca după reglaj să se audă în continuare zgomotul specific provocat de jocul termic incorect reglat. Acest fenomen se datorează uzurii supapei sau/şi a culbutorului ca în figura 4.8. În această

situaţie lama calibrată măsoară un joc “1” iar în realitate jocul este mai mare “2”. În acest caz trebuie corectat profilul piesei uzate (supapă sau culbutor). Pentru a se realiza un reglaj automat şi continuu al jocului termic, la motoarele mici şi medii, s-au introdus tacheţii hidraulici. Aceştia funcţionează fără joc şi îşi adaptează lungimea în timpul funcţionării.

În figura 4.9 se exemplifică două variante de tacheţi hidrauluici. Aceştia reduc uzurile camelor şi reduc şocurile din timpul funcţionării.

Supapa este ultima în lanţul cinematic al mecanismului de distribuţie. Ea este compusă din: taler (partea cu diametrul cel mai mare care se află în camera de ardere), tija sau coada supapei care culisează prin ghidul de supapă. La capătul tijei sunt prelucrate unul sau mai multe canale în care se fixează siguranţele de supapă (galeţii). În figura 4.10 sunt arătate câteva supape.

Pentru a exemplifica modul în care sunt montate supapele în chiulasă se prezintă în figura 4.11. o secţiune prin chiulasa unui motor cu supape în V şi camere emisferice: în care:

1 – supapă, 2 – manşetă de etanşare, 3 – platoul inferior al arcului, 4 –

ghidul supapei, 5 – chiulasă, 6 – biela, 7 – bolţ, 8 – piston, 9 – cămaşa cilindrului, 10 – scaunul supapei, 11 – arcul supapei, 12 – platoul superior, 13 – semiconuri de fixare.

Cum funcţionează acest mecanism: cama, comandată de arborele de distribuţie, se deschide

Fig. 4.10.

Fig. 4.11.

Fig. 4.9.

coborând talerul spre piston. Desigur pistonul se găseşte la o distanţă la care nu intră în contact cu supapa. După ce cama trece de înălţimea maximă începe închiderea acesteia sub acţiunea arcului care a fost comprimat la deschidere. Partea care se deplasează

(supapa, platoul superior, siguranţele de supapă şi o parte din arc) are o anumită masă. După cum se cunoaşte, „masa este măsura inerţiei” şi deci trebuie ţinut cont de ea. Inerţia acestui grup poate limita turaţia motorului prin faptul că supapele nu se închid la timp (rămân în urma camei). Din acest motiv unele construcţii sunt prevăzute cu două arcuri la fiecare supapă. Această măsură micşorează şi lungimea arcului şi a supapei şi deci rezultă mase mai mici la forţe elastice mari. Sensul de de înfăşurare al celor două arcuri este invers pentru ca spirele să nu se întrepătrundă. După cum am precizat, talerul supapei se află în camera de ardere. Acest lucru determină solicitarea ridicată a supapelor la temperaturi relativ mari (vezi figura 4.12).

Supapa de admisie are un regim termic mai redus datorită faptului că, în timpul când este

deschisă, tija şi talerul sunt „spălate” de aerul (sau gazele) reci care pătrund în motor. La supapa de evacuare fenomenul se petrece în alt mod, adică, atunci când aceasta este deschisă, gazele arzând „spală” talerul şi tija acesteia. Diferenţa de aproape 400 oC este semnificativă şi din acest motiv, la unele motoare, proiectanţii prevăd materiale diferite pentru supapele de admisie şi evacuare. Se pot lua chiar şi măsuri constructive pentru reducerea temperaturii supapelor de evacuare. Astfel se poate mări lungimea ghidului de supapă sau se fac tijele supapelor tubulare. În interior se introduc substanţe solide (cristale sau pulberi) care au punct de topire redus. De obicei se introduc: sodiu, azotat de sodiu sau azotat de potasiu. Când substanţa introdusă se topeşte, lichidul format se mişcă în interiorul tijei şi astfel evacuează mai rapid căldura de la taler spre tijă şi de aici la ghidul de supapă care, la rândul său, o transmite spre instalaţia de răcire.

Tot pentru uniformizarea solicitărilor termice supapele se învârt în timpul funcţionării (excepţie fac supapele cu ecran care echipează unele motoare Diesel care sunt mai puţin solicitate termic). Temperatura cea mai ridicată din motor se găseşte în zona aflată între supapele de admisie şi supapele de evacuare (această zonă poartă numele de „puntea supapelor”). Ar însemna că dacă supapele nu s-ar roti atunci talerele lor să se dilate mai mult înspre această zonă. Fenomenul se produce atunci când supapele se gripează în ghid sau când apar uzuri la coada supapei şi la piesa care o antrenează. Ca urmare, supapa îşi pierde capacitatea de etanşare şi uneori crapă. În figura 4.13 se poate observa distribuţia temperaturilor la o supapă de evacuare. Dar cum se învârt supapele ? Există mai multe posibilităţi: utilizarea unui mic dispozitiv cu bile şi plan înclinat între camă sau culbutor şi supapă sau chiar prelucrarea patinei culbutorului cu o anumită înclinaţie (1o... 3o) care duce la învârtirea supapei. Rotirea supapei este benefică şi pentru uzura dintre talerul supapei şi scaunul acesteia precum şi pentru uzura dintre culbutor şi tijă sau dintre tijă şi ghidul de supapă.

Fig. 4.13.

Scaunul de supapă este un element inelar realizat dintr-un material (oţel) rezistent la temperatură şi la uzură. De obicei acest oţel este aliat cu mangan şi se numeşte „stelit”. Inelul este presat în chiulasă şi apoi este prelucrat astfel încât să asigure etanşarea cât mai bună.

În figura 4.14 se ilustrează o secţiune prin chiulasă şi scaunul de supapă. 1 –

chiulasă; 2 – scaun de supapă montat; 3 – zona de etanşare. Este esenţială realizarea etanşării între talerul supapei şi scaunul de supapă. Pentru acest lucru la fabricare se

prelucrează simultan atât scaunul cât şi ghidul supapei (se asigură coaxialitatea acestora) iar apoi, după montarea supapei, se face o rodare a supapei pe scaunul acesteia cu ajutorul unei paste abrazive. Tehnologiile moderne, prin precizia pe care o pot realiza, elimină această ultimă operaţie atât la fabricare cât şi la reparare.

Ghidul supapei are formă de bucşă şi se presează în chiulasă. Are rolul de a conduce (ghida) supapa în mişcarea ei alternativă. Figura 4.15 ilustrează câteva variante constructive de ghiduri de supapă. Partea cea mai delicată o reprezintă jocul dintre supapă şi ghid. Pentru evacuarea

căldurii din tija supapei jocul trebuie să fie mic dar acest lucru poate duce la griparea celor două elemente mai ales la încălzirea supapei de evacuare. Dacă jocul este prea mare atunci căldura se elimină mai greu, supapa nu mai este bine condusă şi prin interstiţiul liber se poate absorbi ulei în galeria de admisie şi se aici în cilindru, unde arde. Pentru a preveni acest ultim fenomen se etanşează tija de ghid cu o manşetă de etanşare (se mai numeşte şi „simering de supapă”). Oricum jocurile dintre tija şi ghidul

supapei au valori cuprinse în intervalul 0,005... 0,012 mm.

Tija împingătoare apare numai la motoarele care au arborele de distribuţie plasat în blocul motor. Rolul ei este de a transmite mişcarea de la tachet la culbutor (vezi figura 4.5.a).

La capetele tijelor sunt prelucrate cuple sferice care intră în legătură cu piesele conjugate. Pentru a reduce masele inerţiale şi pentru a mări rezistenţa la flambaj tijele se fac, uneori, sub formă tubulară. Tija împingătoare este şi o piesă de siguranţă. Astfel aceasta se deformează (încovoiere) atunci când supapa sau culbutorul se gripează, fără să producă alte pagube. Fiind tratată termic numai la capete, corpul tijei se poate îndrepta cu uşurinţă deoarece este tenace (la solicitări se poate deforma relativ mult înainte de a se rupe).

Fig. 4.14.

Fig. 4.15.

Fig. 4.16.

Culbutorul este de fapt o pârghie oscilantă articulată în diverse puncte ca în figurile 4.17 şi 4.18.

În figura 4.17 avem: 1 – culbutor; 2 – arc de menţinere a culbutorului pe articulaţie; 3 – carcasa arborelui de distribuţie; 4 – arborele de distribuţie; 5 – şurubul de reglaj al jocului termic; 6 – arcurile supapei; 7 – ghidul de supapă; 8 – supapa; 9 – chiulasa; cu culoarea roşie este evidenţiat jocul termic şi zona de măsurare al acestuia.

În figura 4.18 avem: 1 – culbutor; a, b, c – soluţii de prindere a culbutorului; d – montajul culbutorului pe axul culbutorilor.

În zona culbutorului se realizează reglajul jocului termic. La unele motoare culbutorii sunt realizaţi din tablă ambutisată (vezi figura 4.18. c).

Axul culbutorilor este de obicei tubular şi prin acesta este adus ulei sub presiune pentru ungerea pieselor mecanismului de distribuţie. Pe ax sunt asamblaţi culbutorii prin intermediul unor bucşi sau rulmenţi. Pentru menţinerea poziţiei culbutorilor în dreptul supapelor pe care le acţionează, pe ax, între culbutori sunt montate arcuri.

Fig.4.18.Fig. 4.17.