Wałek rozrządu jest ważną częścią układu rozrządu silnika samochodowego. Konstrukcja konstrukcyjna i jakość obróbki wałka rozrządu bezpośrednio wpływają na osiągi silnika. W ostatnich latach, ze względu na potrzeby ochrony środowiska, opracowywane są silniki o niskim zużyciu paliwa i niskim zanieczyszczeniu. Aby rozwiązać problem niezanieczyszczających spalin samochodowych i osiągnąć wysoką prędkość obrotową silnika i wysoką moc wyjściową, wiele silników przyjmuje fazę wielozaworową i zaworową, zmienne struktury podnoszenia zaworów, co zwiększa obciążenie sprężyn zaworowych. Jednocześnie, w celu zmniejszenia zużycia paliwa i strat tarcia, między krzywką a wahaczem stosuje się strukturę rolki, a powierzchnia styku między krzywką a rolką tworzy obszar wysokiego ciśnienia, co wpływa na stabilność ruchu wałka rozrządu, równowagę dynamiczną, odporność na zużycie i wytrzymałość na skręcanie. przedstawić wyższe wymagania. Ponadto, aby osiągnąć cel lekkiej wagi i niskich kosztów samochodów, bez wpływu na wymagania dotyczące wydajności każdej części, części powinny być uproszczone w jak największym stopniu, waga powinna zostać zmniejszona, a użycie materiałów powinno być bardziej rozsądne.
Ogólnie rzecz biorąc, w silniku rzędowym jedna krzywka odpowiada jednemu zaworowi. Silnik typu V lub silnik typu bokser ma wspólną krzywkę na każde dwa zawory. Silnik obrotowy i silnik bezzaworowy nie potrzebują krzywki ze względu na ich specjalną strukturę.
Aby osiągnąć lekkość, łatwą obróbkę i niski koszt, a także wysoką prędkość obrotową silnika i wysoką moc wyjściową, należy ponownie rozważyć konstrukcję elementów silnika, zwłaszcza wałków rozrządu, wymagając, aby były zwarte w strukturze, wysoce skoncentrowane w funkcjach, lekkie i zdolne do wytrzymania wyższego ciśnienia kontaktowego. W obecnym zastosowaniu wałka rozrządu układ smarowania głowicy cylindrów został skoncentrowany na wydrążonym wałku rozrządu, elementy napędu pompy paliwowej, które realizują bezpośredni wtrysk w cylindrze, są zaimplementowane na wałku rozrządu, a VVT (zawór zmiennego rozrządu) jest zaimplementowany na wałku rozrządu. użyte na końcu. W układzie rozrządu wymagania dotyczące wydajności każdej części wałka rozrządu są różne. W przypadku koła napędowego krzywki i pompy paliwowej wymagane jest, aby były odporne na zużycie, przyczepność i wżery; dla dziennika wymaga dobrej wydajności przesuwnej; dla wału wymaga dobrej sztywności, zginania i skręcania.
Wraz z rozwojem lekkich samochodów wałki rozrządu rozwijają się w kierunku lekkich, wysoce skoncentrowanych funkcji i niskich kosztów, a zalety montażu wałków rozrządu są stopniowo rozpoznawane i akceptowane przez ludzi.
Wał i krzywka wytworzonego wałka rozrządu są wytwarzane oddzielnie, a następnie montowane razem. Krzywka jest zazwyczaj wykonana ze stali węglowej lub materiału metalurgicznego proszków, czop wykonany jest z części metalurgii proszków lub rury stalowej skoncentrowanej na trzpieniu, a trzpień jest wykonany z cienkościennej rury stalowej bez szwu ciągnionej na zimno. Krzywki ze stali węglowej mogą być poddawane hartowaniu o wysokiej częstotliwości lub nawęglaniu i mają wysoką odporność na przyczepność i korozję wżerową.
Pod względem konstrukcji zmontowany wałek rozrządu można zaprojektować z wąską szerokością krzywki i małym odstępem, a układ krzywek jest bardzo kompaktowy. W porównaniu z tradycyjnym wałkiem rozrządu ma zalety lekkiej wagi, niskich kosztów obróbki i rozsądnego wykorzystania materiału, a waga jest zmniejszona nawet o 45% w porównaniu z wałkiem rozrządu wałka litego wału.
Kluczową technologią zmontowanego wałka rozrządu jest metoda połączenia, a proces produkcyjny i sprzęt są określane przez różne metody łączenia. Zmontowany wałek rozrządu rozpoczął się w 1980 roku, a pierwszym opracowanym był spawany wałek rozrządu. W połowie 1980 roku oddano do użytku spiekany wałek rozrządu, a wałek rozrządu wytwarzany metodą rozprężania pojawił się w tym samym okresie. Pod koniec 1990 roku rozpoczął się rozwój radełkowanych wałków rozrządu. Gotowe techniki produkcji wałków rozrządu są stale aktualizowane wraz z pojawieniem się nowych metod łączenia.
Wałki rozrządu podłączone do spawania są podatne na odkształcenia termiczne podczas spawania, co zmniejsza dokładność wymiarową wałków rozrządu, a poważne zmiany termiczne są również podatne na pęknięcia w spawanych częściach, co utrudnia zagwarantowanie jakości. , Krzywka musi być połączona z rurą stalową przez dyfuzję w fazie ciekłej. Proces ten należy przeprowadzić w piecu do spiekania powyżej 1000 ° C. W wysokiej temperaturze wał jest podatny na zginanie, co powoduje błędy dokładności wymiarowej, a podczas spiekania istnieją ograniczenia dotyczące wydajności materiału. , wymaga dużego pieca do spiekania, a sprawność cieplna nie jest wysoka; metoda rozprężania najpierw sprawia, że krzywka i rura stalowa współpracują, a następnie dodaje hydrauliczną lub mechaniczną ekspansję od wewnątrz rury. Aby wytrzymać ciśnienie wewnętrzne rury rozprężnej, ściana krzywki musi mieć określoną grubość. Rura jest łatwa do wykonania, a cienkościenne rury stalowe muszą być używane, a ze względu na specjalne wymagania operacji wysokociśnieniowych, sprzęt jest również na dużą skalę; chociaż metoda łączenia interferencji tulei gorącej i zimnej jest szeroko stosowana w produkcji części mechanicznych, może nie być odpowiednia do produkcji wałków rozrządu. , ponieważ gdy krzywka jest połączona z tuleją grzewczą wału, krzywka jest podgrzewana, co powoduje zmiękczenie i trudno jest zapewnić odporność na zużycie podczas tarcia. Wiele krzywek przewodzi ciepło do końca wału podczas pracy, tworząc połączenie między początkowym i końcowym elementem pracy. Jeśli ilość ulegnie zmianie, stopień złącza nie może być spójny; metoda radełkowania ma pewne zalety w zakresie niezawodności, dokładności, sprzętu, zużycia energii itp.
Dalszy rozwój połączonego wałka rozrządu skupi się na opracowywaniu materiałów i optymalizacji technik obróbki. Rynek obecnie energicznie opracowuje i stosuje materiały kompozytowe, takie jak materiały ceramiczne do produkcji wałków rozrządu. MAHLE pracuje nad opracowaniem rozszerzonych funkcji dla połączonego wałka rozrządu. Na przykład integracja uruchamiania pompy paliwowej i komponentów czujników również zyskuje na przyczepności. Synchronizacja segmentów krzywki wlotowej lub wylotowej na wałkach rozrządu SOHC jest osiągana za pomocą zagnieżdżonych wałków rozrządu MAHLE CamInCam™.
Zmontowane wałki rozrządu rozwijają się obecnie w szybkim tempie i są stosowane głównie w silnikach o wysokiej wydajności. Wraz z poprawą technologii produkcji zmontowanych wałków rozrządu pojawią się zmontowane wałki rozrządu o lepszej wydajności, niższych kosztach i zróżnicowanych technologiach.
