ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ. Клапан газораспределения

Клапаны газораспределительного механизма двигателя

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Тракторы-2

Клапаны подвергаются воздействию высоких температур и давлений, их изготавливают из жаростойких сталей. Клапан состоит из стержня и головки с фаской А, обычно наклоненной под углом 45°. Для улучшения наполнение цилиндра воздухом или горючей смесью диаметр головки впускных клапанов больше, чем у выпускных. По этой же причине в некоторых двигателях (СМД-62) делают уменьшенный угол наклона фаски (до 30°) к плоскости головки.

Клапаны должны плотно прилегать к седлу. Для этого их фаски взаимно притирают. Для большей жаростойкости на фасках выпускных клапанов имеется специальная наплавка.

Плавный переход от головки к стержню придает клапану большую прочность, способствует лучшему отводу теплоты и уменьшает сопротивление движению газов. Стержни клапанов точно обработаны по всей длине, а иногда еще покрыты графитом. Торец стержня закален или к нему приварен встык наконечник (Д-240 и КамАЗ-740) из специальной стали. Это уменьшает изнашивание торца под действием бойка коромысла.

На верхней части стержня выполнена кольцевая выточка под два сухаря, с помощью которых клапан удерживается в тарелке пружин. В нее снизу упираются одна (в карбюраторных автомобильных двигателях) или две (в дизелях) клапанные пружины, прижимающие тарелку клапана к седлу.

Фаски головки и седла изнашиваются дольше, если клапан поворачивается во втулке. Для этого сухари зажимаются не в тарелке пружин, а в закаленной втулке, которая опирается на тарелку узким торцом (на всех двигателях кроме Д-240 и Д-144). При такой опоре трение между деталями мало, и под действием коромысла, а также вибрации пружин, клапан, опускаясь и поднимаясь, поворачивается вместе с втулкой относительно тарелки. В дизеле СМД-18Н втулка удлинена и слегка охватывается верхним витком внутренней пружины. При возвратно-поступательяом движении клапана эта пружина поворачивает втулку, а с ней и клапан относительно тарелки. Механизм принудительного поворота выпускного клапана двигателя ЗИЛ-130 состоит из неподвижного корпуса (рис. 28, в), пяти шариков с возвратными пружинами, тарельчатой пружины, упорной шайбы и замочного кольца. Корпус надет на втулку клапана и входит в углубление головки цилиндров. Шайба и пружина установлены на ступицу корпуса с зазором.

Рис. 1. Клапанные механизмы дизелей: 1 — сухари; 2 — тарелка пружины; 3 — клапан; 4 — втулка клапана; 5 — втулка тарелки; 6 — пружина; 7 — опорная шайба; 8 — манжета уплотнения

Когда клапан закрыт и давление его пружины невелико, тарельчатая пружина выгнута наружной кромкой вверх, а внутренней кромкой опирается в заплечик неподвижного корпуса. При этом шарики отжаты пружинами в крайнее положение. Когда клапан открывается, давление его пружины возрастает. Под повышенным давлением тарельчатая пружина выпрямляется (выпуклость ее уменьшается) и опирается на шарики, как двуплечий рычаг. Поэтому, когда ее наружная кромка опускается, внутренняя отходит от заплечика корпуса. С этого момента давление клапанной пружины воспринимается только шариками, они перекатываются по наклонным канавкам и поворачивают (силой трения) тарельчатую пружину, а с ней — шайбу, пружину и клапан.

Когда клапан закрывается, сила давления его пружины уменьшается, пружина принимает первоначальную форму (выпуклую вниз), опирается в заплечик корпуса и перестает давить на шарики. Освобожденные от давления шарики возвращаются пружинами по наклонным канавкам вверх, занимая исходное положение. За один ход клапан поворачивается на небольшой угол, но за 1 мин работы двигателя успевает совершить до 30 оборотов.

В стержнях выпускных клапанов двигателей 3M3-53 и ЗИЛ-130 сверлят глухие каналы, наполняют их на 50…60% легкоплавким металлом (натрием), а затем приваривают заглушку. Во время работы двигателя натрий плавится и, взбалтываясь, отводит часть теплоты от головки к стержню и его втулке.

Стержни клапанов с небольшим зазором перемещаются в направляющих втулках, запрессованных в головку цилиндров. Эти втулки бывают чугунные, биметаллические с бронзой на рабочей поверхности или металлокерамические. Пористая поверхность последних и графитовое покрытие стержней (СМД-62, ЯМЗ-240Б, КамАЗ-740) способствуют лучшей приработке сопрягаемых деталей. На верхней части втулок впускных клапанов (ЯМЗ-240Б, Д-245 и автомобильные двигатели) установлены резиновые втулки, предотвращающие подсос масла в камеру сгорания через зазор между трущейся парой.

Рис. 3. Клапанные механизмы карбюраторных двигателей: а — впускного клапана: б — выпускного клапана; в — детали поворотного механизма; г — положение механизма при закрытом клапане; д— положение механизма при открытом клапане; 1 — впускной клапан; 2 — колпачок-маслоотражатель; 3 — пружина клапана; 4 — втулка тарелки; 5 — втулка клапана; 6 — заглушка; 7 — впускной клапан; 8 — легкоплавкий металл; 9 — механизм поворота клапана; 10 — замочное кольцо; 11 — упорная шайба; 12 — тарельчатая пружина; 13 — корпус; 14 — шарик; 15 — возвратная пружина

Рис. 29. Распределительные валы и сопряженные детали: 1 — распределительный вал; 2 — штанга; 3 — валик привода центробежного датчика; 4 — шайба; 5 — гайка; 6 — замочная шайба; 7 — упорный фланец; 8 — распорное кольцо; 9 — пружина валика; 10 — корпус валика привода; 11 — шестерни привода распределителя зажигания и масляного насоса; 12 — валик привода; 13 — шестерня распределительного вала; 14 — кулачок привода бензонасоса; 15 — противовес; 16 — эксцентрик; 17 — болт крепления шестерни

Клапанные пружины прижимают головку клапана к седлу. Чтобы витки одной пружины не западали между витками другой, направление навивки у них различное. В некоторых двигателях применяют пружины с различным шагом витков и ставят их так, чтобы витки с большим шагом были обращены вверх. Такие пружины меньше вибрируют.

Распределительный вал необходим для управления клапанами. На нем имеются кулачки, опорные шейки и посадочные места для крепления шестерен. Шейки и кулачки цементованы, закалены на небольшую глубину и отшлифованы. В рядных двигателях вал расположен сбоку цилиндров, а V-образных — в развале между рядами.

Валы разных двигателей отличаются размерами, расположением, числом и профилем кулачков, числом опорных шеек. На каждый цилиндр приходится два кулачка: для управления впускным и выпускным клапанами. Форма и взаимное расположение их зависят от порядка работы цилиндров и фаз газораспределения, а высота кулачка определяет продолжительность открытия клапана. При разных (по времени) фазах носок выпускных кулачков делают шире носка впускных.

На распределительном валу имеются от двух до семи опорных шеек. Они опираются на расточки в блоке или на бронзовые, стальные с баббитовой заливкой или чугунные втулки, закрепленные в нем.

В двигателях 3M3-53 и ЗИЛ-130 на распределительный вал установлена косозубая шестерня привода масляного насоса и прерывателя-распределителя зажигания, а также выполнен заодно с валом или закреплен на нем эксцентрик привода топливного насоса.

Осевое перемещение вала ограничивается фланцем 7, привинченным к блоку (в СМД-18Н — упорным винтом). На переднем или заднем конце вала, как правило, крепят одну (иногда две) шестерню.

Распределительные шестерни бывают стальные, чугунные или текстолитовые (3M3-53). Для плавности передачи вращения и уменьшения шума применяют косозубые шестерни, а для уменьшения изнашивания сопрягаемые шестерни иногда изготавливают из разных материалов.

Шестерни коленчатого и распределительного валов рядных дизелей, а также КамАЗ-740 и ЯМЗ-240Б соединены через промежуточную шестерню, а СМД-62 и карбюраторных двигателях — непосредственно, т. е. без промежуточной шестерни.

К распределительным условно относят и шестерни привода насосов: масляного, водяного, гидросистемы. Точное взаимное расположение шестерен достигается соединением их по меткам, как показано на рисунке. Только при выполнении этого условия клапаны будут открываться и закрываться в соответствии с диаграммой фаз газораспределения.

Рис. 4. Схема расположения распределительных шестерен дизелей: 1 — шестерня коленчатого вала; 2 — привод насоса гидроусилителя рулевого управления; 3 — шестерня распределительного вала; 4 — промежуточная шестерня; 5 — привод топливного насоса; 6 — привод масляного насоса дизеля; 7 — привод насоса гидросистемы; 8 — ведомая шестерня привода насоса дизеля; 9 промежуточная шестерня привода топливного насоса; 10 — промежуточная шестерня привода масляного насоса; 11 — привод водяного насоса; 12 — промежуточная шестерня привода водяного насоса; 13 — ведомая шестерня привода топливного насоса

Передаточные детали (толкатели, штанги и коромысла) нужны для преобразования вращения кулачков распределительного вала в возвратно-поступательное движение клапанов.

Цилиндрические и грибовидные толкатели перемещаются в чугунных втулках. Трущиеся поверхности толкателей шлифуют.

Чтобы изнашивание торца и цилиндрической поверхности было равномерным, толкатель, перемещаясь вверх и вниз, одновременно поворачивается вокруг своей оси. Это достигается смещением середины кулачка относительно центра плоского толкателя или изготовлением торцевой поверхности толкателя с небольшой выпуклостью, а кулачка — с небольшим скосом.

Роликовый толкатель (А-41, ЯМЗ-240Б) — качающийся рычажный. На нем имеются ролик, вращающийся в игольчатых подшипниках, и закаленная пята, в которую упирается штанга.

Рычаг шарнирно надет на трубчатую ось.

Штанги изготавливают из трубок, в которых запрессованы стальные наконечники сферической формы, или из стального прутка, но тоже со сферическими концами. Наконечники и концы штанг закаливают и шлифуют.

Коромысло представляет собой неравноплечий рычаг, с помощью которого можно увеличить ход клапана по сравнению с подъемом штанги. Коромысло отштамповано из стали и в нем обычно имеется бронзовая втулка. На коротком плече расположен регулировочный винт 9, в который упирается штанга, а длинное плечо заканчивается закаленным полированным бойком, прилегающим к торцу клапана. Винтом с контргайкой регулируют зазор между бойком и торцом клапана.

Коромысла поворачиваются на осях, закрепленных в чугунных стойках. Оси — стальные и, как правило, трубчатые. Если канал оси используется для подачи масла к коромыслам, то в торцах имеются пробки, а в оси — радиальные отверстия, расположенные против втулок коромысел.

Стойки коромысел прикреплены к головке цилиндров. Распорные пружины, надетые на ось между коромыслами, удерживают их от продольного перемещения. Коромысла и клапанные механизмы закрыты крышками или колпаками головки цилиндров и уплотнены на ней прокладками.

Рис. 5. Передаточные детали распределительного механизма (а) и схема поворота толкателей (б): 1 — втулка; 2 — роликовый толкатель; 3 — пята; 4 — ролик; 5 — ось ролика; 6 — толкатель с выпуклым днищем; 7 — штанга; 8 — толкатель с плоским днищем; 9 — регулировочный винт; 10 — контргайка; 11 — коромысло; 12 — втулка коромысла; 13 — ось коромысел; 4 — стойка оси; 15 — распорная пружина; 16 — втулка толкателя; 17 — грибовидный толкатель с плоским днищем; 18 — кулачковый вал; 19 — толкатель с кольцевой выточкой

Читать далее: Компрессионный механизм двигателя

Категория: - Тракторы-2

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

Газораспределительный механизм: принцип работы

Газораспределительный механизм (ГРМ) — механизм для своевременной подачи воздуха или топливно-воздушной рабочей смеси в цилиндры ДВС и последующего выпуска из цилиндров отработавших газов. Главной функцией ГРМ на четырехтактных поршневых моторах, которые имеют сегодня наибольшее распространение, становится открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Другими словами, ГРМ осуществляет управление фазами газораспределения.

ГРМ устанавливается в головке бока цилиндров. Механизм состоит из одного распределительного вала или нескольких таких валов. Также имеются приводы к распредвалу и клапаны, которые открывают и закрывают впускные и выпускные отверстия в камерах сгорания (впускные и выпускные клапаны). Дополнительно имеется целый ряд передаточных элементов в устройстве ГРМ: толкатели, штанги, коромысла, а также вспомогательные решения в виде регулировочных элементов, пружин клапанов, систем поворота клапанов и т.д. Получается, что газораспределительный механизм представляет собой клапаны с приводом и распределительный вал с приводом.

Конструкции газораспределительного механизма могут отличаться. Главной особенностью выступает расположение клапанов и распределительного вала. 

Среди существующих ДВС выделяют нижнеклапанные и верхнеклапанные двигатели, а также моторы со смешанным расположением клапанов. Нижнеклапанные агрегаты имеют боковое расположение клапанов, а для верхнеклапанных существует определение «подвесных клапанов».

По расположению распределительного вала встречаются двигатели с распредвалом в блоке цилиндров, с распредвалом в головке блока цилиндров, а также ДВС, где распределительный вал отсутствует. С учетом таких конструктивных особенностей клапанный механизм четырёхтактных ДВС получил целый ряд самостоятельных типов и разновидностей.

Читайте также

krutimotor.ru

Клапан двигателя

Клапан – деталь газораспределительного механизма. Клапанный механизм (механизм привода клапанов) является составной частью газораспределительного механизма (ГРМ).

ГРМ бывает нижнеклапаннымм и верхнеклапаннымм. Современные силовые агрегаты повсеместно имеют верхнее расположение клапанов.

Клапан реализует прямую подачу в цилиндры определенной порции топливно-воздушной смеси или только воздуха, а также осуществляет выпуск отработавших газов. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания для нормальной работы требуется не менее двух клапанов на один цилиндр.

Клапаны бывают двух видов, что зависит от их прямой функции:

• впускной клапан;
• выпускной клапан;

Сегодня на современные моторы устанавливаются клапаны тарельчатого типа, которые имеют стержень. Устройство клапана включает в себя так называемую тарелку клапана. Наиболее распространенная конструкция ДВС получила клапаны, которые находятся в головке блока цилиндров (ГБЦ). То место, где клапан контактирует с ГБЦ, получило название седло клапана. Седло клапана ДВС стальное или чугунное, запрессовано в головку блока цилиндров.

Максимально качественное наполнение цилиндра двигателя топливно-воздушной смесью или воздухом  требует того, чтобы диаметр тарелки впускного клапана был больше, чем у выпускного клапана. Впускные и выпускные клапаны имеют определенные отличия по этой причине. Впускной клапан зачастую получает больший диаметр своей тарелки. Это сделано для того, чтобы улучшить  наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью или только воздухом.

Что касается выпускного клапана, в увеличении диаметра его тарелки необходимость также присутствует. Это необходимо для лучшей очистки цилиндров от продуктов сгорания. Отметим, что размер тарелки впускного и выпускного клапанов ограничен размерами самой камеры сгорания, которая изготовлена в ГБЦ. Качественное наполнение цилиндров и очистка реализуются не путем увеличения диаметра тарелки одного клапана, а путем установки большего количества клапанов на один цилиндр.

Клапаны ДВС в процессе работы мотора испытывают серьезные механические и тепловые нагрузки. По этой причине их изготавливают из особых жаростойких и износостойких металлических сплавов. Кромка тарелки клапана может быть усиленной, иногда сама тарелка усиливается при помощи керамического напыления. Что касается стержня, то для впускного клапана предусмотрен цельнометаллический стержень. Выпускной клапан имеет полый стержень, дополнительно получает натриевое наполнение для улучшения охлаждения тарелки клапана.

Повышенное внимание уделяется вопросу охлаждения именно выпускных клапанов, особенно для производительных силовых агрегатов. Выпускные клапана подвержены тепловой нагрузке намного больше впускных. Как уже было сказано, клапаны в таких моторах имеют полый стержень, который внутри наполнен натрием. Такое решение является эффективным способом охлаждения. Указанный натрий при выходе мотора на рабочую температуру плавится внутри полого стержня клапана, а затем в расплавленном виде течет. Так осуществляется перенос избытков тепла от разогретой тарелки клапана к его стержню.

Место прилегания тарелки клапана к блоку называется фаской. Для того чтобы фаска не страдала от скопления нагара, а также было реализовано равномерное распределение тепла, в конструкции клапанного механизма используются решения для вращения (проворачивания) клапана в процессе работы ДВС.

Современное устройство наиболее распространенного двигателя предполагает схему с четырьмя клапанами, что означает наличие двух впускных и двух выпускных клапанов на каждый отдельный цилиндр. В момент открытия (клапан опускается) впускного клапана образуется кольцевой проход. Через этот проход между тарелкой клапана и седлом клапана в цилиндр попадает топливно-воздушная смесь или только воздух. От площади проходного сечения будет зависеть эффективность наполнения цилиндра, что далее влияет на показатели производительности при рабочем ходе поршня.

Могут также встречаться двухклапанные, трехклапанные и пятиклапанные схемы устройства ГРМ. В первом случае используется только один впускной и один выпускной клапан на цилиндр. Для трехклапанных схем характерно наличие двух впускных и одного выпускного клапана. Схема на пять клапанов означает, что стоят три впускных и два выпускных клапана. Количество клапанов на цилиндр зависит от общего размера камеры сгорания конкретного двигателя, реализации привода клапанов, степени форсировки мотора, а также ряда других факторов.

Открытие клапана реализовано при помощи нажатия на  клапанный стержень. За открытие отвечает привод клапана. Указанный привод обеспечивает передачу усилия от распределительного вала (распредвала). В современных двигателях используются две базовые схемы привода клапанов: привод посредством гидравлических толкателей клапана и реализация привода при помощи роликовых рычагов.

Закрытие клапана в процессе работы ДВС осуществляется при помощи специальной пружины определенной жесткости. Жесткость такой пружины должна быть ограниченной, чтобы не создавать больших ударных нагрузок на седла клапанов. Сила воздействия пружины заставляет тарелку клапана герметично перекрывать впускной или выпускной канал. Пружина клапана крепится на стержне посредством тарелки клапанной пружины и сухарей. Во время работы мотора, особенно под нагрузкой, могут возникать резонансные колебания на клапанах. Для устранения этого нюанса могут быть установлены сразу две клапанные пружины с разнонаправленными витками.

Жесткость таких пружин меньше по сравнению с решениями, которые получили только по одной пружиной. Использование двух пружин подразумевает то, что они навиты в разные стороны. Это сделано для предотвращения заклинивания клапана в результате поломки одной пружины. Так инженеры исключили риск попадания витков одной пружины клапана между витками другой. Для уменьшения трения клапанный механизм конструктивно имеет вышеупомянутые ролики (роликовый рычаг), которые находятся на толкателях и рычагах привода клапанов.

Читайте также

krutimotor.ru

ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ

Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает очень важную функцию, а именно своевременную подачу в конкретные цилиндры двигателя горючей смеси или чистого возду­ ха (в зависимости от типа двигателя) и выпуска из этих цилиндров продуктов сгорания во время такта выпуска. Эти процессы происходят в соответствии с принятым для данного двигателя порядком работы цилиндров и фазами газораспределения. В четырехтактных дви­ гателях внутреннего сгорания применяются в основном клапанные механизмы газораспре­ деления.

КЛАПАНЫ

Для работы четырехтактного ДВС требуется как минимум по два клапана на цилиндр — впуск­ ной и выпускной. В настоящее время применяются клапаны тарельчатого типа со стержнем (рис. 2.28). Для улучшения наполнения цилиндра горючей смесью диаметр тарелки впускного клапана делается больше, чем у выпускного. Седла клапанов изготовленные из чугуна или стали, запрессовываются в головку блока цилиндров.

При работе двигателя клапаны подвергаются значительным механическим и тепло­ вым нагрузкам, поэтому для их изготовления применяются специальные сплавы. Иногда для улучшения охлаждения клапанов высокофорсированных двигателей применяют кла­ паны с полым стержнем, который заполняется натрием. Натрий при рабочих температу­ рах плавится и в расплавленном виде перетекает внутри клапана, перенося тепло от бо­ лее нагретой тарелки клапана к стержню. Для лучшей очистки рабочей фаски от нагара и равномерной теплопередачи иногда применяются различные механизмы для вращения клапана.

ГРМ могут быть нижнеклапанными и верхнеклапанными, но в современных двигателях используются только верхнеклапанные ГРМ, когда клапаны располагаются в головке ци­ линдров. Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью пружины, а открывается при нажатии на стержень клапана. Клапанные пружины должны иметь определенную же­

сткость для гарантированного закрытия клапана при работе, но жесткость пружины не должна быть чрезмерной, чтобы не уве­ личивать ударной нагрузки на седло клапа­ на. Иногда для уменьшения возможности резонансных колебаний используются пру­ жины уменьшенной жесткости, но на один клапан устанавливается по две пружины. При использовании двух пружин они долж­ ны быть навиты в разные стороны, чтобы не произошло заклинивания клапана в слу­ чае поломки одной из пружин и попадания ее витка между витками другой пружины. Для снижения потерь на трение в ГРМ сей­ час широко применяются ролики, разме­ щаемые на рычагах и толкателях привода

Рис. 2.28. Клапанклапанов (рис. 2.29а, б).

Рис. 2.29. Замена трения скольжения трением качения путем применения в клапан­ ном механизме роликов дает возможность уменьшить потери на привод клапанов

При открытии (опускании) впускного клапана через кольцевой проход между тарелкой клапана и седлом проходит топливно-воздушная смесь (или воздух) и заполняет цилиндр. Чем больше будет площадь проходного сечения, тем полнее заполнится цилиндр, а следова­ тельно, и выходные показатели этого цилиндра при рабочем ходе будут выше. Для лучшей очистки цилиндров от продуктов сгорания желательно также увеличить диаметр тарелки вы­ пускного клапана. Размеры тарелок клапанов ограничены размером камеры сгорания, вы­ полненной в головке цилиндров. Лучшее наполнение цилиндров и их очистка обеспечивают-

Рис. 2.30. Четырехклапанная камера сго­ рания. Применение газораспределитель­ ного механизма с четырьмя клапанами на цилиндр в дизельном двигателе

Рис. 2.31. Трехклапанный ГРМ. Компания DaimlerChrysler утверждает, что ГРМ с дву­ мя впускными, одним выпускным и двумя свечами зажигания обеспечивает незна­ чительное количество вредных веществ в отработавших газах

ся при использовании большего, чем два, числа клапанов на один цилиндр. Большинство со­ временных двигателей имеет по два впускных и по два выпускных клапана на цилиндр (рис. 2.30), хотя встречаются трехклапанные (два впускных и один выпускной) системы и пятиклапанные (три впускных и два выпускных).

Впервые четыре клапана на цилиндр были использованы еще 1912 г. на двигателе авто­ мобиля Peugeot Gran Prix. Широкое использование такой схемы на серийных легковых авто­ мобилях началось только в 1970-е гг. Сейчас ГРМ с четырьмя клапанами на цилиндр стали практически стандартными для двигателей европейских и японских легковых автомобилей. Некоторые из двигателей Mercedes имеют по три клапана на цилиндр, два впускных и один выпускной, с двумя свечами зажигания (по одной с каждой стороны от выпускного клапана) (рис. 2.31). Двигатели некоторых автомобилей группы Volksvagen-Audi и ряд японских двига­ телей используют пять клапанов на цилиндр (три впускных и два выпускных), но при таком числе клапанов значительно усложняется их привод.

ПРИВОД КЛАПАНОВ

Впускные и выпускные клапаны открываются и закрываются в нужные моменты за счет ку­ лачков, расположенных на распределительном вале или на двух валах: для впускных клапа­ нов и для выпускных. Распределительный вал приводится в действие от коленчатого вала. Для привода распределительного вала могут использоваться шестерни, цепь или зубча­ тый ремень. Поскольку в четырехтактном двигателе каждый клапан открывается только один раз каждые два оборота двигателя, распределительный вал должен вращаться в два раза медленнее коленчатого вала. Кулачки могут воздействовать непосредственно на тол­ катели клапанов или через коромысла или рычаги. Направляющие втулки клапанов, изготовлены из чугуна, латуни, бронзы или спеченной порошковой композиции и за­ прессованы в головку блока цилиндров. Толкатели имеют цилиндрическую форму и выпол­ нены из стали.

Чем меньше деталей в приводе клапанов, тем меньше масса ГРМ, а следовательно, меньше и силы инерции, мешающие быстрому увеличению оборотов двигателя. Наиболее эффективными в этом случае будут ГРМ с размещенным в головке цилиндров распредели­ тельным валом. Такие двигатели появились в массовом производстве в 1960-е гг. и получи­ ли название ОНС (Overhead Camshaft), что означает верхнее расположение распределитель­ ного вала. Как альтернатива могут использоваться два распределительных вала, по одному для каждого ряда клапанов. Такие двигатели называются «двухвальные верхнеклапанные» DOHC (Double Overhead Camshaft) (рис. 2.32).

Ушли в прошлое нижнеклапанные ГРМ, в которых клапаны располагались не в головке цилиндров, а в блоке, рядом с камерой сгорания, и открывались снизу вверх с помощью про­ стого толкателя от распределительного вала, расположенного в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. В таком двигателе головка цилиндров получалась простой и плоской, но камера сгорания была очень неудачной формы. Такие двигатели выпускались до 50-х гг., а затем их заменили более эффективные верхнеклапанные.

До настоящего времени выпускаются двигатели, у которых клапаны расположены в го­ ловке цилиндров, а распределительный вал размещен в блоке. При такой схеме для приво­ да коромысел клапанов требуются дополнительные толкатели и штанги толкателей. Такие двигатели принято обозначать OHV (Overhead Valve) — верхнеклапанный. Для привода рас­ пределительного вала, расположенного в блоке цилиндров близко к коленчатому валу, можно использовать простую зубчатую передачу. Когда нужно выбрать привод для распределитель­ ных валов, находящихся в головке, приходится выбирать между цепью и зубчатым ремнем. Цепной привод надежнее и более долговечен, чем ременный, но требует смазки и, как след-

Рис. 2.32 а. Конструктивные варианты привода клапанов: а — привод клапанов с по­ мощью штанг при нижнем расположении распределительного вала; б — привод клапанов рычажным толкателем; в — привод клапанов двумя коромыслами от одно­ го кулачка верхнего распределительного вала; г — непосредственный привод от рас­ пределительного вала через толкатель при верхнем расположении клапанов;OHV — верхнеклапанная схема с нижним распределительным валом; ОНС — верхнее расположение распределительного вала; DOHC — схема с двумя распределительными валами верхнего расположения

Рис. 2.32 б. ГРМ двигателя ЗМЗ-4063:1 — поршень; 2 — прокладка головки блока цилиндров; 3 — впускной клапан; 4 — впускной трубопровод; 5 — головка блока цилиндров; 6 — рас­ пределительный вал впускных клапанов; 7 — гидротолкатели; 8 — распределительный вал выпускных клапанов; 9 — крышка головки блока цилиндров; 10 — масломерный щуп; 11 — выпускной коллектор; 12 — выпускной клапан

ствие, герметизации крышки, закрывающей привод. Цепь существенно тяжелее ремня и по­ этому для нее требуется более качественное натяжение и устройство для гашения вибраций. Зубчатые ремни дешевле, но требуют более частого контроля и замены после определенно­ го пробега. Лучшие образцы современных ремней ГРМ могут прослужить без замены более 150 000 км пробега автомобиля.

Похожие статьи:

poznayka.org

Газораспределительный механизм

Механизм газораспределения должен удовлетворять следующим основным требованиям: своевременно открывать и закрывать впускные и выпускные отверстия цилиндров двигателя, обеспечивать возможно лучшее наполнение цилиндров свежим зарядом и очистку цилиндров от отработавших газов; надёжно изолировать внутреннее пространство цилиндров от окружающей среды во время тактов сжатия и рабочего хода.

Механизмы газораспределения в зависимости от конструкции подразделяют на: клапанные, оконные, золотниковые и смешанные.

В современных автотракторных двигателях получил широкое применение клапанный механизм газораспределения. В зависимости от расположения клапанов различают три вида механизмов: с нижними (боковыми) клапанами, которые расположены в блоке цилиндров; с верхними (подвесными) клапанами, расположенными в головке цилиндров; смешанный или комбинированный, при котором клапаны располагаются в блоке и головке цилиндров.

Механизм с нижним расположением клапанов более прост и дешев в изготовлении. Но при этом конструктивно удлиняется камера сгорания и тем самым увеличивается поверхность охлаждения. В такой камере увеличивается длина пути пламени, а, следовательно, и время процесса сгорания топлива, что способствует возникновению детонации. В свою очередь детонация ограничивает возможность увеличения степени сжатия для повышения мощности и экономичности двигателей.

Рис. 1.10. Верхнеклапанный ГРМ

Механизм газораспределения с верхним расположением клапанов конструктивно сложнее механизма с нижним расположением клапанов, однако он обеспечивает лучшее наполнение цилиндров, увеличение степени сжатия, понижения тепловых потерь через стенки камеры сгорания и, следовательно уменьшает удельный расход топлива.

Например, дизели имеют в основном механизмы газораспределения с верхним расположением клапанов. Это объясняется тем, что дизели имеют высокую степень сжатия, а значит и малый объём камеры сгорания. При этом клапан можно разместить только в головке цилиндров, т.к. размещение их в блоке цилиндров неизбежно привело бы к увеличению объёма камеры сгорания.

Механизм газораспределения с верхним расположением клапанов состоит из распределительного вала с кулачками, толкателей, штанг, коромысел, клапанов, направляющих втулок, клапанных пружин.

Вращение от коленвала двигателя через зубчатые колёса передаётся на распредвал. Кулачёк распредвала поднимает толкатель, который передаёт усилие на штангу, поворачивающую коромысло. Коромысло передаёт усилие на стержень клапана и, преодолевая сопротивление клапанных пружин, заставляет его перемещаться и открывать впускное отверстие. Клапаны перемещаются в направляющей втулке, запрессованной в головке блока цилиндров.

Максимальное открытие клапана происходит в то время, когда толкатель находится на вершине кулачка распредвала. При дальнейшем повороте распределительного вала кулачёк выходит из-под толкателя, и клапан под действием пружин занимает прежнее место, плотно закрывая отверстие канала в головке цилиндров.

При работе двигателя стержень клапана и детали передачи нагреваются и удлиняются. Чтобы удлинение деталей передачи не препятствовало плотной посадке головки клапана в гнезде, между стержнем клапана и толкателем или коромыслом предусмотрен зазор. При слишком больших зазорах уменьшается высота подъёма клапанов, вследствие чего ухудшается наполнение и очистка цилиндров, растут ударные нагрузки и увеличивается износ деталей механизма газораспределения.

При отсутствии зазора не обеспечивается герметичность камеры сгорания, двигатель теряет компрессию, перегревается и не развивает полной мощности. Неполное закрытие клапанов приводит к обгоранию фасок клапанов.

Тепловой зазор регулируется на холодном механизме. Для впускных клапанов он составляет 0,15…0,3 мм, для выпускных, которые при работе подвергаются большему нагреву – 0,25…0,4 мм. Конкретно для каждого типа двигателя размеры зазоров определяют в зависимости от материала деталей механизма газораспределения и конструкции двигателя. Величины зазоров указаны в заводской инструкции.

Распределительные шестерни служат для привода распределительного вала, топливного и масляного насосов и других механизмов двигателя. При сборке двигателя зубчатые колёса, посредством которых приводится от коленчатого вала распределительный вал, устанавливают по специальным меткам, обеспечивающим правильную установку фаз газораспределения.

Распределительный вал служит для открытия впускных и выпускных клапанов, открытие производится кулачками распределительного вала. Распределительный вал – стальной. Кулачки изготавливаются за одно целое с валом. Вал, установленный в опорах блока цилиндров или головке блока, вращается в подшипниках скольжения. Опорные поверхности валов и рабочие поверхности кулачков подвергают цементации с последующей закалкой токами высокой частоты. Распредвал может располагаться в картере двигателя либо в головке блока цилиндров. Существуют двигатели с двумя распредвалами в головке цилиндров (в многоклапанных ДВС). Один используется для управления впускными клапанами, второй – выпускными. Такая конструкция называется DOHC (Double Overhead Camshaft). Если распредвал один, то такой ГРМ именуется SOHC (Single OverHead Camshaft). Распредвал вращается на цилиндрических шлифованных опорных шейках.

Рис. 1.11. Привод распредвала

Привод клапанов осуществляется расположенными на распределительном валу кулачками. Количество кулачков зависит от числа клапанов. В разных конструкциях двигателей может быть от двух до пяти клапанов на цилиндр (3 клапана – два впускных, один выпускной; 4 клапана – два впускных, два выпускных; 5 клапанов – три впускных, два выпускных). Форма кулачков определяет моменты открытия и закрытия клапанов, а также высоту их подъема.

Рис. 1.12. Распредвал	Рис. 1.13. Привод клапанов коромыслами

Толкатель служит для передачи усилия от кулачка распредвала на стержень клапана или штангу. Одновременно он воспринимает боковое усилие, возникающее от вращательного движения кулачка. Толкатели изготавливают из чугуна или стали. Направляющую цилиндрическую часть толкателя для уменьшения массы часто делают пустотелой.

Существует три варианта исполнения толкателей – механические (жесткие), гидротолкатели (гидрокомпенсаторы) и роликовые толкатели. Первый тип в современных моторах практически не используется, в связи с большой шумностью работы и необходимостью частой регулировки зазора клапанов. Второй тип наиболее широко применяется, так как не требует настройки и регулировки теплового зазора, а работа отличается мягкостью и гораздо меньшим шумом. Гидрокомпенсатор состоит из цилиндра, поршня с пружиной, обратного клапана и каналов для подвода масла. Работа гидрокомпенсатора основана на свойстве несжимаемости моторного масла, которое постоянно заполняет его внутреннюю полость и перемещает поршень при появлении зазора в приводе клапана. Роликовые толкатели чаще всего применяются в спортивных и форсированных двигателях, так как позволяют улучшить динамические характеристики автомобиля за счет снижения трения. В месте контакта с кулачком распредвала у них находится ролик. Поэтому кулачок не трется, а катится по толкателю. Вследствие этого роликовые толкатели выдерживают более высокие нагрузки и обороты, а также позволяют обеспечить более высокий подъем клапанов. Недостатки – большая стоимость, вес и большие нагрузки на детали ГРМ.

Рис. 1.14. Устройство и принцип работы гидрокомпенсаторов

Кулачок распредвала, повернутый к толкателю тыльной стороной, непередает на него усилие и плунжерная пружина выдвигает плунжер извтулки, выбирая зазор. В увеличившийся объем полости под плунжеромчерез шариковый клапан поступает масло из системы смазки. После ее заполнения шариковый клапан закрывается под действием своей пружины.

Поворачиваясь выпуклой стороной к толкателю, кулачок начинаетперемещать его вниз. В этот момент гидрокомпенсатор передает усилие наклапан ГРМ как «жесткий» элемент, так как шариковый клапан закрыт, амасло в замкнутой полости под плунжером практически не сжимается.

При перемещении толкателя и, соответственно, плунжерной пары внизнебольшая часть масла выдавливается через зазоры из полости подплунжером. Длина гидрокомпенсатора незначительно уменьшается иобразуется зазор (упомянутый выше) между кулачком и толкателем. Утечкикомпенсируются дополнительной порцией масла из системы смазки двигателя.

Расширение деталей при нагреве приводит к изменению объема«пополняющей» порции масла и длины гидрокомпенсатора, то есть онавтоматически «выбирает» зазор как от теплового расширения, так и отизноса деталей ГРМ.

Штанга передаёт движение толкателя к коромыслу. Штанга представляет собой стальной стержень трубчатого сечения с двумя стальными наконечниками, которые подвергают цементации и закалке.

Коромысло служит для передачи движения от штанги к клапану. Оно представляет собой стальной двухплечевой рычаг с плечами различной длины.

Клапаны предназначены для открытия и закрытия впускных и выпускных отверстий цилиндров двигателя. Клапаны состоят из головки, направляющего стержня и хвостовика. В современных двигателях применяют клапаны с плоской, тюльпанообразной и сферической головками. Наиболее распространены клапаны с плоской головкой, основным преимуществом которых является малая поверхность нагрева. Тюльпанообразные головки клапанов обладают хорошей обтекаемостью и поэтому их применяют в основном для впускных клапанов. Сферическую головку клапана чаще делают у выпускных клапанов.

Края впускного и выпускного отверстия в головке блока двигателя конические с углом 450 и 300, образующие гнездо клапана. Боковая часть головки клапана (фаска) имеет конусную поверхность, выполненную под тем же углом. Конусные поверхности гнезда и головки клапана обеспечивают плотное прилегание. Для лучшего прилегания производится притирка соприкасающихся поверхностей клапана и гнезда.

Переход от головки клапана к стержню делается плавным, чем достигается увеличение прочности клапана, улучшение отвода тепла от головки и уменьшение сопротивления потоку газов. Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью головки впускных клапанов часто имеют больший диаметр, чем головки выпускных клапанов.

Клапанные пружины обеспечивают плотное закрытие клапанов и воспринимают инерционные усилия, возникающие в клапанном механизме при работе двигателя. Наиболее распространены цилиндрические спиральные пружины.

Рис. 1.15. Клапаны и пружины

Для лучшего наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом и более полной очистки их от отработавших газов, открытие и закрытие клапанов производится не в тот момент, когда поршень находится в мёртвых точках, а с некоторым опережением при открытии и запаздыванием при закрытии.

Периоды открытия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленчатого вала (φПКВ) называются фазами газораспределения.

Например, у быстроходных дизелей открытие впускного клапана обычно происходит раньше, чем поршень приходит в ВМТ (с опережением). Опережение открытия впускного клапана изменяется примерно от 8 до 20 по повороту коленчатого вала. Это позволяет увеличить продолжительность впуска воздуха и использовать его инерционный напор.

Закрытие впускного клапана происходит с запаздыванием, т.е. после того, как поршень пройдёт НМТ. Это обеспечивает дополнительное поступление воздуха в цилиндр за счёт инерции воздуха и разности давлений, запаздывание закрытия впускного клапана изменяется в пределах от 370 до 560 поворота коленчатого вала.

Следовательно, фазы открытия впускных клапанов рассматриваемых дизельных двигателей будут от 2250 до 2560 .

Открытие впускного клапана происходит с опережением, т.е. до прихода поршня в НМТ, что ведёт к снижению затрат мощности на выталкивание продуктов сгорания. Опережение открытия выпускного клапана у современных дизелей колеблется в пределах от 470 до 560 по углу поворота коленчатого вала.

Закрытие выпускного клапана происходит с запаздыванием, т.е. после прохождения поршнем ВМТ. Угол запаздывания составляет 10-200. Фазы открытия выпускных клапанов будут 237-2560 по углу поворота коленчатого вала.

Так как открытие впускного клапана происходит до закрытия выпускного клапана, то возникает такой период, когда оба клапана открыты одновременно. Этот период называется перекрытием клапанов и выражается в градусах поворота коленчатого вала.

Моменты открытия и закрытия клапанов и величина перекрытия зависят от назначения, быстроходности и конструктивных особенностей двигателя.

Соблюдение фаз газораспределения обеспечивается формой и взаиморасположением кулачков на распределительном валу.

Рис. 1.16. Диаграмма фаз газораспределения

Лекция № 4

Читайте также:

lektsia.com

Газораспределительный механизм (ГРМ). Типы привода клапанов

Механизм газораспределения служит для своевременного впуска в цилиндры двигателя горючей смеси (бензиновые двигатели) или воздуха (дизельные двигатели) и выпуска из них отработавших газов в соответствии с требованиями рабочего процесса в каждом из цилин­дров двигателя.

Общее устройство и принцип работы механизма газораспределения рассмотрен на примере механизма двигателя ВАЗ.

Рис. Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм состоит из распределительного вала 7, который может иметь цепной или ременной привод, рычагов (коромысел) 5, количество которых равно количеству клапанов, впускных и выпускных клапанов 1, направляющих втулок 2, устанавливаемых в головке блока и удерживающихся в ней с помощью стопорных колец, маслосъемных колпачков, опорных шайб, пружин 3, тарелок 4, сухарей, регулировочных болтов 9, вворачиваемых в резьбовые втулки 10 установленные в головке блока. Чтобы болты не отвернулись во время работы двигателя, их контрят с помощью гаек. Для фиксации и возврата рычагов в исходное положение предусмотрены пружины 8. В головке блоке предусмотрено специальное гнездо для посадки клапана 11.

При вращении распределительного вала его кулачок набегает на рычаг 5, который, поворачиваясь на сферической опоре регу­лировочного болта 9, другим концом нажимает на стержень клапана и откры­вает отверстие, сообщающее ка­меру сгорания ци­линдра с впуск­ным (впускной клапан) или вы­пускным (выпуск­ной клапан) тру­бопроводом. При дальнейшем пово­роте вала кулачок сходит выпуклой частью с рычага, который при по­мощи пружины 8 возвра­щается в исходное положение, а кла­пан под действи­ем пружин закрывается.

Типы привода клапанов

Существует несколько вариантов передачи силового воздействия с кулачков распределительного вала на стержни клапанов (т. е. типов привода клапанов):

1. Привод через штангу и коромысло для автомобилей «Рено», «Форд» ранних выпусков, «Волга», «Газель».

   Рис. Привод клапанов через штангу и коромысла:1 – седло клапана; 2 – клапан; 3 – маслоотражательный колпачок; 4,5 – клапанные пружины; 6 – тарелка пружины; 7 – сухарь; 8 – коромысло; 9 – регулировочный винт; 10 – гайка регулировочного винта; 11 – штанга; 12 – опорная шайба пружин

2. Привод через коромысло для автомобилей «Мазда-626», ЗАЗ-1102. При таком конструктивном исполнении кулачок распределительного вала воздействует на плечо коромысла, на конце которого для увеличения срока службы может быть установлен роликовый подшипник.

   Рис. Привод клапанов через коромысло:1 – кулачок распределительного вала; 2 – коромысло; 3 – регулировочный винт; 4 – контргайка; 5 – зазор

3. Привод через коромысло и регулировочный эксцентрик для автомобилей БМВ-518, БМВ-520. При таком варианте привода кулачок воздействует на коромысло, которое через регулировочный эксцентрик соприкасается со стержнем клапана.

   Рис. Привод клапанов через коромысло и регулировочный эксцентрик:1 – регулировочный эксцентрик; 2 – коромысло; 3 – кулачок распределительного вала

4. Привод через рычаг для автомобилей «Мерседес-Бенц 123», «Сузуки». При таком конструктивном исполнении кулачок распределительного вала воздействует на плечо специального рычага, тыльная поверхность которого передает усилие на регулировочную гайку, имеющуюся на торце стержня клапана и застопоренную контргайкой.

   Рис. Привод клапанов через рычаг:1 – кулачок распределительного вала; 2 – щуп для регулировки теплового зазора; 3 – рычаг; 4 – регулировочная гайка; 5 – контргайка; 6 – тарелка пружины клапана; 7 – пружина клапана; 8 – маслосъемный колпачок клапана; 9 – головка цилиндров; 10 – стержень клапана; 11 – направляющая втулка клапана

5. Привод через коромысло, имеющее 4 опорные поверхности для автомобилей ВАЗ-2101…ВАЗ-2107, «Фиат».
6. Привод клапанов двумя коромыслами от одного кулачка распределительного вала для автомобилей «Форд», «Москвич».

   Рис. Привод клапанов двумя коромыслами от одного кулачка верхнего распределительного вала

7. Привод через чашечный толкатель для автомобилей «Форд», «Опель», «Фольксваген», «Ауди», ВАЗ-2108…ВАЗ-2110. Такой привод наиболее распространен в двигателях автомобилей 1980 – 1990 гг. выпуска. Распределительный вал воздействует на чашечный толкатель, усилие от которого через регулировочную шайбу передается на клапан. В таком приводе отсутствуют коромысла, что повышает надежность работы газораспределительного механизма.

   Рис. Привод клапанов через чашечный толкатель:1 – головка цилиндров; 2 – клапан; 3 – чашечный толкатель; 4 – корпус подшипника распределительного вала; 5 – кулачок распределительного вала; 6 – регулировочная шайба; 7 – маслосъемный колпачок клапана; А – тепловой зазор

8. Привод через два распределительных вала с гидравлическими толкателями. Такие конструкции предусматривают по два-три впускных клапана и по два выпускных клапана на каждый цилиндр. Применяются в современных конструкциях бензиновых двигателей, для улучшения процессов впуска и выпуска.

Рис. Привод через два распределительный вала с гидравлическими толкателями

ustroistvo-avtomobilya.ru

Механизм газораспределения

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Автомобили и трактора

Механизм газораспределения служит для обеспечения своевременного впуска в цилиндры двигателя горючей смеси или воздуха и выпуска из цилиндров отработавших газов. Газораспределительные механизмы бывают оконные (бесклапанные), клапанные, золотниковые и смешанные.

Оконный механизм применяется в двухтактных двигателях с кри-вошипно-камерной продувкой. В этом механизме поршень, совершая возвратно-поступательное движение, открывает и закрывает впускные, перепускные и выпускные окна цилиндров.

Клапанный механизм получил наибольшее распространение в четырехтактных двигателях как наиболее простой, надежный, долговечный и обеспечивающий достаточно хорошее наполнение и очистку цилиндров. Впускные и выпускные отверстия цилиндров открываются и закрываются клапанами, управляемыми специальным механизмом.

Рис. 1. Крепление двигателя на раме

Золотниковый механизм открывает и закрывает впускные и выпускные отверстия цилиндра поступательно движущимися или вращающимися золотниками.

Смешанный механизм применяется в двигателях с прямоточно-камерной продувкой. Для выпуска отработавших газов служат клапаны, а для впуска воздуха — продувочные окна, открываемые и закрываемые поршнем.

В зависимости от расположения клапанов относительно цилиндра различают верхнеклапанные механизмы с расположением клапанов в головке цилиндров, нижнеклапанные с расположением клапанов в блоке цилиндров и комбинированные с расположением впускных клапанов в головке, а выпускных в блоке цилиндров. Нижнеклапанные и смешанные механизмы сохранились лишь на устаревших моделях двигателей со сравнительно невысокой степенью сжатия.

Расположение клапанов определяется формой камеры сгорания, которая, в свою очередь, зависит от схемы установки клапанов.

Подавляющее большинство современных двигателей имеет верхнеклапанные механизмы газораспределения, которые обеспечивают лучшее наполнение и очистку цилиндров, допускают более высокую степень сжатия (так как камера сгорания имеет наиболее рациональную форму), уменьшают потери тепла и повышают экономичность двигателя.

Рис. 2. Схемы механизмов газораспределения: а — оконный; б — клапанный; в — золотниковый; г — смешанный; д, е, ж — различные конструкции механизма газораспределения

Дизельные двигатели имеют только верхнеклапанные механизмы, так как при высоких степенях сжатия возможно получить рациональную форму камеры сгорания.

—

Устройство. На изучаемых двигателях применяют газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов. Он состоит из распределительного вала, шестеренчатого привода, толкателей с направляющими втулками, штоков, коромысел с регулировочным устройством, осей коромысел, клапанов с направляющими втулками, пружин с деталями их крепления на клапанах и седел клапанов.

Распределительные шестерни двигателей 3M3-53-11 и ЗИЛ-130 косозубые. Ведущая шестерня, установленная на коленчатом валу двигателя, стальная, а ведомая шестерня, установленная на распределительном валу, текстолитовая у двигателя 3M3-53-11 или

Рис. 3. Газораспределительный механизм: а — зацепление шестерен привода распределительного вала двигателей 3M3-53-I1 и ЗИЛ-130; б —зацепление шестерен привода распределительного вала и ТНВД (топливного насоса высокого давления) двигателя ЗИЛ-645 по установочным меткам; в — детали газораспределительного механизма; 1 — шестерня коленчатого вала; 2 — установочные метки; 3 — шестерня привода распределительного вала; 4 — ведомая шестерня привода ТНВД; 5 — ведущая шестерня привода ТНВД; 6 — распорное кольцо; 7— опорная шейка распределительного вала; 8— эксцентрик привода топливного насоса; 9 и 10 кулачки толкателей выпускных и впускных клапанов; 11 — втулка опорной шейки распределительного вала; 12 и 21—впускной и выпускной клапаны; 13 — направляющая втулка клапана; 14 — шайба пружины клапана; 15— пружина клапана; 16 — ось коромысел; 17 — коромысло; 18 — регулировочный винт коромысла; 19 — стойка оси коромысел; 20 — механизм вращения выпускного клапана; 22 — штанги толкателей клапанов; 23 — толкатели; 24 — шестерня привода распределителя зажигания и масляного насоса; 25 — упорный фланец; 26— валик привода датчика ограничителя частоты вращения коленчатого вала чугунная (у двигателей ЗИЛ-130, -645). Для того чтобы клапаны открывались и закрывались при определенном положении поршня в цилиндре, шестерни при сборке должны вводиться в зацепление по установочным меткам (рис. 2.5,а и б).

Распределительный вал изготовляют из стали (у двигателей ЗМЗ-5Э-11 и ЗИЛ-645) или чугуна (у двигателя ЗИЛ-130) с упрочнением рабочих поверхностей кулачков и опорных шеек токами высокой частоты. Вал вращается во втулках, изготавливаемых из стали (у двигателей 3M3-53-11 и ЗИЛ-130) или из сталеалюминиевой ленты (у двигателя ЗИЛ-645) и запрессовываемых в гнезда блока цилиндров. В осевом направлении распределительный вал фиксируется упорным фланцем 25, который крепится болтами к блоку цилиндров. На распределительном валу двигателя ЗИЛ-645, помимо распределительной шестерни, закреплена ведущая шестерня привода топливного насоса высокого давления (ТНВД).

Толкатели клапанов — стальные цилиндрические стаканы, в которые сверху вставляют штанги. Торцы толкателей имеют наплавку из износостойкого чугуна.

При работе толкатели поворачиваются благодаря сферической поверхности торца и скошенной поверхности кулачка распределительного вала.

Штанги толкателей двигателей 3M3-53-11 —дюралюминиевые, трубчатые, со сферическими стальными наконечниками. У двигателей ЗИЛ-130 и -645 штанги стальные, трубчатые, с закаленными сферическими наконечниками.

Коромысла клапанов — стальные, с бронзовыми втулками. В короткое плечо коромысла ввернут регулировочный винт с контргайкой для регулировки теплового зазора между коромыслом и стержнем клапана.

Клапаны устанавливают в направляющих втулках, запрессованных в головку цилиндров. Для лучшего наполнения цилиндра горючей смесью головку впускного клапана изготовляют большего диаметра, чем выпускного. На конце стержня клапана делают кольцевую выточку, в которую вставляют конусные сухари для крепления опорной тарелки клапанной пружины. Клапаны устанавливают в направляющих втулках, запрессованных в головку цилиндров.

Рис. 4. Выпускной клапан: 1 — стержень клапана; 2 — корпус механизма поворота клапана; 3 — опорная шайба; 4 — замочное кольцо; 5 — пружина клапана; 6 — опорная шайба пружины; 7— сухарь; 8 — натриевое наполнение клапана; 9 — жаро- и износостойкая наплавка; 10— заглушка; 11 — седло клапана; 12 — направляющая втулка

Рис. 5. Механизм поворота выпускного клапана: а — положение деталей механизма при закрытом клапане; б — положение деталей механизма при открытом клапане; в — детали механизма поворота; 1 — замочное кольцо: 2 — опорная шайба; 3 дисковая пружина; 4 — шарики; 5 — возвратные пружины шариков; 6— неподвижный корпус

Для лучшего охлаждения стержень выпускного клапана двигателей ЗИЛ-130 и 3M3-53:11 имеет полость, заполненную натрием, а тарелка клапана — жаропрочную наплавку посадочной фаски. Клапаны двигателей ЗИЛ-645 из жаропрочной стали с наплавкой рабочей фаски сплавом ЭР-616-Б имеют хромированные стержни.

Для повышения срока службы выпускные клапаны двигателей ЗИЛ-130 и ЗИЛ-645 принудительно поворачиваются механизмом. В неподвижном корпусе механизма располагаются шариков с пружинами и опирающаяся на шарики дисковая пружина. При открытии клапана возрастает давление клапанной пружины, под действием которого дисковая пружина распрямляется и шарики перекатываются по наклонным углублениям корпуса, поворачивая дисковую пружину с опорной шайбой. Вместе с ними поворачиваются клапанная пружина, тарелка клапана и выпускной клапан. Когда клапан закрывается, прогиб дисковой пружины изменяется, шарики освобождаются и под действием возвратных пружин занимают первоначальное положение. Шайба на корпусе фиксируется замочным кольцом.

На двигателе 3M3-53-1 между Опорной шайбой пружины и сухарями устанавливают коническую втулку, у которой наружный конус не полностью совпадает с конусом шайбы и между ними возникает трение, поэтому при сжатии пружины от ее некоторого скручивания обеспечивается поворот клапана.

Между стержнем клапана и регулировочным винтом коромысла устанавливают тепловой зазор для более плотного прилегания тарелки клапана к седлу при удлинении стержня из-за значительного его нагрева при работе двигателя.

Седла клапанов изготовляют из жаропрочного антикоррозийного чугуна и запрессовывают в гнезда головки цилиндров.

Пружины клапанов служат для плотного прижатия клапанов к седлам.

Порядок работы цилиндров. У изучаемых двигателей имеется следующий порядок работы цилиндров 1—5—4—2—6—3—7—8. Перекрытие одноименных тактов происходит через 90е, так как шатунные шейки коленчатого вала располагаются под углом 90°. Например, если в первом цилиндре происходит рабочий ход, то через 90° поворота коленчатого вала рабочий ход начинается в пятом цилиндре, а затем в указанном выше порядке.

—

Газораспределительный механизм управляет своевременным впуском в цилиндр рабочей смеси и выпуском из цилиндра отработавших газов. У автотракторных четырехтактных двигателей применяются клапанные газораспределительные механизмы с нижним, верхним и смешанным расположением клапанов. Верхние клапаны получили преимущественное распространение, так как имеют более совершенную камеру сгорания и получают от двигателя большую мощность при высокой экономичности.

Механизм газораспределения состоит из клапанов с пружинами и направляющими втулками, толкателей и распределительного вала.

Клапаны подвержены действию высоких температур (выпускной— до. 800—900 °С) и динамических нагрузок. Поэтому они должны: сохранять механические свойства при высоких температурах; обеспечивать хорошее уплотнение гнезда; противостоять коррозии и появлению окалины; интенсивно отводить тепло во избежание перегрева.

Клапан состоит из головки с тщательно обработанной фаской и стержня.

Число клапанов на каждый цилиндр бывает равным двум (впускной и выпускной), трем (впускной и два выпускных) и четырем (по два впускных и выпускных). Впускные клапаны имеют больший диаметр.

Рис. 6. Фазы газораспределения двигателя ЗИЛ-130

Место посадки клапана называется седлом. Оно устраивается в теле блока или головки цилиндра или делается вставным. Вставные седла более распространены и изготовляются из хромо-молибденового чугуна и запрессовываются в гнезда упомянутых деталей.

Толкатели передают движение от распределительного вала к клапанам и разгружают последние от боковых усилий, возникающих от вращения кулачков.

Распределительный вал снабжен кулачками, число и характер расположения которых определяются числом цилиндров и порядком работы двигателя, а также тем, сколько клапанов имеет каждый цилиндр.

Важное значение для работы двигателя и надежности газораспределения имеет удачный выбор профиля кулачка. Последний должен обеспечивать максимальную пропускную способность клапана и безударную работу механизма.

Пропускная способность клапана оценивается фактором время — сечение, представляющим произведение площади проходного сечения клапана на время, в течение которого он открыт.

Распределительный вал, в зависимости от числа цилиндров, опирается на два, три или пять опорных подшипников скольжения, для чего имеет соответствующее число шеек. Рабочие поверхности шеек и кулачков цементируются.

Привод распределительного вала чаще бывает шестеренчатым с передаточным отношением 1 : 2 для четырехтактных двигателей и 1 : 1 для двухтактных.

Фазы газораспределения —это моменты начала открытия и закрытия клапанов, фиксируемые углами поворота коленчатого вала. Фазы газораспределения указываются в таблицах характе-ристик двигателей, но более наглядно они изображаются на диаграммах газораспределения.

Впускной клапан у быстроходных двигателей открывается до прихода поршня в положение ВМТ, что к началу впуска обеспечивает открытие отверстия на значительную величину. Для двигателя ЗИЛ-130, например, открытие происходит за 21° до ВМТ. Закрытие впускного клапана начинается после того, как поршень пройдет НМТ. Для ЗИЛ-130 это происходит с запаздыванием на 75° после НМТ. Инерция газового потока используется для лучшего наполнения цилиндра.

Выпускной клапан открывается всегда до прихода поршня в НМТ, т. е. до окончания такта расширения, чтобы ослабилось противодавление газов при последующем движении поршня вверх. Для ЗИЛ-130 утл опережения открытия составляет 57° до НМТ. Закрытие выпускного клапана происходит после прихода поршня в ВМТ (у ЗИЛ-130 на 39°) для обеспечения лучшей очистки цилиндра от газов.

Перекрытием клапанов называется время, в течение которого одновременно открыты впускной и выпускной клапаны.

Читать далее: Общее устройство и работа клапанного механизма газораспределения

Категория: - Автомобили и трактора

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

• 
  Для чего предназначен газораспределительный механизм
• 
  Карбюратор газ
• 
  Объем газели тентованной
• 
  Автобусы на газу
• 
  Карбюратор газ 24
• 
  Тайга 33088 газ
• 
  Газ 3202 фото
• 
  Газ 66 ступица
• 
  Газель фургон цельнометаллический газ 2705
• 
  Газель 172412 технические характеристики
• 
  Газ 2705 размеры грузового отсека