Схема газораспределительного механизма двигателя ЯМЗ-231. Схема газораспределительного механизма двигателя

Схема устройства и работа механизма газораспределения

В четырехтактных двигателях применяют клапанный механизм газораспределения, служащий для своевременной подачи в цилиндры воздуха (в дизелях) или горючей смеси (в карбюраторных двигателях) и для выпуска из цилиндров отработавших газов. Клапаны в определенные моменты открывают и закрывают впускные и выпускные каналы головки цилиндров, т.е. обеспечивают сообщение цилиндров двигателя с впускным и выпускным трубопроводами. В изучаемых двигателях используют механизм газораспределения с верхним расположением клапанов и нижним положением распределительного вала.

Рис. Схема механизма газораспределения: 1 — ось коромысел; 2 — регулировочный винт; 3 — контргайка; 4 — стойка; 5 — штанга; 6 — толкатель; 7 — распределительный вал; 8 — шестерня распределительного вала; 9 — шестерня коленчатого вала; 10 — промежуточная шестерня; 11 — поршень; 12 — клапан; 13 — головка цилиндров; 14 — направляющая втулка; 15 — пружина клапана; 16 — коромысло

Механизм газораспределения состоит из:

• впускных и выпускных клапанов с пружинами
• передаточных деталей от распределительного вала к клапанам
• распределительного вала
• шестерни

Механизм работает следующим образом: коленчатый вал с помощью шестерен вращает распределительный вал 7, каждый кулачок которого, набегая на толкатель 6, поднимает его вместе со штангой 5. Последняя, в свою очередь, поднимает один конец коромысла 16, при этом другой конец, двигаясь вниз, давит на клапан 12. Клапан опускается и сжимает пружину 15. Когда кулачок распределительного вала 7 сходит с толкателя 6, штанга 5 и толкатель опускаются, а клапан 12 под действием пружины «садится в седло» и плотно закрывает отверстие канала.

Для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов и заполнения их свежим воздухом или горючей смесью клапаны открыты дольше, чем в простейшем двигателе. От степени наполнения цилиндров «свежим зарядом» и степени очистки их от отработавших газов во многом зависит мощность двигателя.

Для того чтобы в цилиндры двигателя поступило больше воздуха или горючей смеси, впускные клапаны должны открываться с опережением, т.е. до прихода поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ). При большой частоте вращения коленчатого вала такт впуска повторяется часто, поэтому во впускном трубопроводе создается разрежение и воздух поступает в цилиндры двигателя, несмотря на то, что поршень некоторое время движется вверх. Поступление воздуха в цилиндры через открытый клапан продолжается по инерции и после того, как поршень пройдет нижнюю мертвую точку (НМТ). Впускной клапан закрывается с некоторым запаздыванием. Периоды от момента открытия клапанов до момента их закрытия, выраженные в угловых градусах поворота коленчатого вала, называют «фазами газораспределения». Их можно изобразить в виде таблицы, либо в виде круговой диаграммы, как, например, на рисунке. За счет опережения открытия и запаздывания закрытия впускного клапана период впуска воздуха у двигателя ЗМЗ-53 продлевается от 180 до 268°.

Рис. Диаграмма фаз газораспределения двигателя ЗМЗ-53

После закрытия впускного клапана происходят сжатие смеси и рабочий ход поршня. Выпуск отработавших газов из цилиндра, или открытие выпускного клапана, начинается до прихода поршня в НТМ, за 50° по углу поворота коленчатого вала. Выпускной клапан закрывается после прохода поршнем ВМТ. Продолжительность открытия выпускного клапана по углу поворота коленчатого вала составляет 252°.

В конце такта выпуска и начале такта впуска оба клапана некоторое время открыты одновременно, что соответствует 46 по углу поворота коленчатого вала. Такое угловое перекрытие тактов клапанов способствует лучшей очистке цилиндра от отработавших газов в результате его продувки свежим воздухом.

Моменты открытия и закрытия клапанов у каждого двигателя различны и зависят от профиля кулачков распределительного вала, а также от величины зазоров между клапанами и коромыслами.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Схема газораспределительного механизма двигателя

Мы снова рады приветствовать Вас, наши дорогие читатели и подписчики! Сразу раскроем карты — сегодня вашему вниманию предлагается схема газораспределительного механизма двигателя, а также небольшое повествование об особенностях работы и деталях этого узла.

Продолжая изучать внутренности автомобиля, нельзя обойти стороной этот ключевой элемент двигателя внутреннего сгорания, без которого он бы просто не смог правильно работать, отделять выхлопные газы от свежей топливно-воздушной смеси и вообще представлял бы собой груду никому ненужного металлолома.

Схема газораспределительного механизма двигателя. К чему все эти сложности?

Схема газораспределительного механизма двигателя (ГРМ) двигателя и его назначение. Что же он распределяет, какие газы и для чего вообще это нужно?

Как уже отмечалось выше, данный узел имеет крайне важное значение для функционирования мотора. Именно он определяет, когда нужно выпустить отработанный газ из цилиндров, а когда впустить очередную порцию воздуха или воздушно-топливной смеси.

Эти процессы должны быть чётко синхронизированы с работой поршней иначе толка от мотора не будет никакого. О том, как это реализовано в современных двигателях, мы расскажем далее.

 

Разнообразие ГРМ и технический прогресс

Ключевыми элементами ГРМ являются: распределительный вал (или по-простому – распредвал), управляющий работой клапанов, привод распредвала, который связывает его с коленчатым валом, а также сами клапаны. Компоновка этих элементов определяет виды газораспределительных механизмов:

• в зависимости от расположения распредвала – верхнего или нижнего расположения. Первый вариант наиболее распространён и чаще всего используется в современном автомобилестроении, так как позволяет снимать большую мощность с двигателя. В этом случае вал находится в головке блока цилиндров. Логично предположить, что в схеме с нижним расположением, коленвал установлен в блоке цилиндров;
• в зависимости от количества распределительных валов – с одним (SOHC) или с двумя (DOHC). Нужно сказать, что схемы двигателей с одним распредвалом постепенно становятся достоянием истории, уступив место под капотом более производительным вариантам с двумя валами;
• в зависимости от типа привода распредвала – ременной, цепной и зубчатый. Первые два типа характерны для современного верхнерасположенного вала. Цепной привод по праву считается более долговечным, но имеет недостатки из-за большего веса самой цепи. Ременные, или как их ещё называют благодаря характерной форме — зубчато-ременные, служат не так долго, хотя при должном качестве самого ремня и правильной его установке позволяют забыть о себе почти на 100 тысяч километров пробега;
• и, наконец, в зависимости от количества клапанов – от 2 до 5 на цилиндр. Кстати, клапаны бывают впускные и выпускные, причём отличаются они между собой не только функциональным назначением, но и конструкцией. Так, к примеру, выпускные немного меньше по диаметру, а материалы, из которых они изготовлены, должны быть более жаропрочными, чем у впускных.

ГРМ: слаженный оркестр под капотом автомобиля

Теперь давайте попробуем разобраться, каким образом все эти детали, о которых шла речь выше, взаимодействуют друг с другом и позволяют двигателям автомобилей приносить пользу своим владельцам.

Мы уже вспоминали, что одним из главных условий правильной работы силового агрегата является чёткая синхронизация между движением поршней и моментами выпуска отработанных газов, а также запуска свежей порции топливно-воздушной смеси в цилиндры.

Технически этим заняты клапаны, устанавливаемые в головке блока цилиндров, но сами по себе решить, когда нужно открыть путь газам, они, конечно же, не могут. Управляет оркестром клапанов распределительный вал, являющийся, по сути, ключевым элементов всего ГРМ.

На нём в определённом порядке закреплены специальные кулачки, которые, вращаясь, передают усилие через систему штанг, толкателей, коромысел и гидрокомпенсаторов на впускные или выпускные клапаны.

Моменты открытия и закрытия клапанов (в технической литературе эти моменты называют сложным словосочетанием – фазы газораспределения) должны соблюдаться очень строго, ведь от этого зависит эффективность работы двигателя, его мощность, расход топлива и долговечность.

Чтобы распредвалы вращались и делали это в чёткой синхронизации с поршнями, они при помощи ременной или цепной передачи связаны с коленчатым валом двигателя.

Правильное взаиморасположение валов устанавливается во время монтажа ремня или цепи, и для этого на шестернях имеются специальные метки, которые нужно совмещать в определённом порядке.

Далее дело за натяжкой, и если всё выполнено верно, ремень или цепь ГРМ верой и правдой будут служить Вам десятки тысяч километров.

Хочется обратить особое внимание на то, как важно выставить положение коленчатого и распределительных валов относительно друг друга в заданном заводом положении при замене ремня газораспределительного механизма.

Смещение шестерни вала хотя бы на несколько зубцов может привести к тяжёлым последствиям, вплоть до полного выхода двигателя из строя. Будьте внимательными, если затеяли подобные действия самостоятельно!

Ну вот и подошёл к концу наш рассказ о газораспределительном механизме двигателя. Надеемся, что Вам, наши читатели, было интересно, а может быть и полезно узнать что-то новое об устройстве моторов.

Не забывайте подписываться на наши публикации, давать на них ссылки своим друзьям, а мы со своей стороны продолжим радовать вас свежими статьями, посвящёнными устройству автомобилей.

auto-ru.ru

Тема 13:"Газораспределительный механизм" - Автомеханик. Персональный сайт преподавателя Добровольского Е.И.

Подробности Автор: Добровольский Е.И.

Опубликовано: 27 Октябрь 2013

 

Основные типы механизмов газораспределения

Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси (у карбюраторных двигателей) или воздуха (у дизелей) и для выпуска отработавших газов. При тактах сжатия и рабочего хода газораспределительный механизм надежно изолирует камеры сгорания от окружающей среды.

Все четырехтактные карбюраторные двигатели и дизели имеют клапанные газораспределительные механизмы. У этих двигателей впуск горючей смеси или воздуха происходит через впускные клапаны, а выпуск отработавших газов — через выпускные клапаны.

У двухтактных двигателей роль клапанов выполняют три окна: выпускное, впускное и продувочное. Процесс газораспределения у двухтактных двигателей реализуется с помощью кривошипно-шатунного механизма, который при возвратно-поступательном движении поочередно открывает и закрывает окна, осуществляя впуск в цилиндр горючей смеси или выпуск отработавших газов, а также сжатие рабочей смеси и рабочий ход.

Газораспределительные механизмы могут иметь нижнее или верхнее расположение клапанов.

Газораспределительные механизмы с нижним расположением клапанов и распределительного вала (рис. 1). В настоящее время они встречаются редко (двигатели автомобилей ЗИЛ-157КД и ГАЗ-52-04). Распределительный вал  в этом случае расположен в блоке цилиндров  и на его кулачки 10 непосредственно опираются толкатели 9, в которые ввернуты регулировочные болты 7 с контргайками 8. Гнездо 1 клапана 2 запрессовано в блок цилиндров, а сам клапан помещен в направляющей втулке 3. Закрывается клапан пружиной 4, одним концом упирающейся в блок цилиндров, а другим — в тарелку пружины 6. Тарелка пружины удерживается на нижнем конце стержня клапана при помощи сухарей 5, вставленных в кольцевую проточку. Преимуществом такого механизма является простота устройства, небольшое количество деталей и низкая стоимость.

К недостаткам относят сложность регулировки тепловых зазоров между стержнем клапана и регулировочным болтом толкателя. Наполнение цилиндров при нижнем расположении клапанов недостаточное, так как горючей смеси для поступления в цилиндр нужно проделать сложный путь, проходя горизонтальные участки и подъемы.

 

Рис.1. Газораспределительный механизм с нижним расположением клапанов и распределительного вала

Современные двигатели обычно имеют газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов, так как в этом случае камера сгорания получается компактной, улучшается наполнение цилиндров, упрощается регулировка клапанов и значительно уменьшаются потери теплоты с охлаждающей жидкостью (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, КамАЗ-5320, ГАЗ-3110 «Волга». ВАЗ-2108 «Спутник»).

Газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала (рис. 2). Такие механизмы имеют более сложное устройство и применяются на двигателях автомобилей ЗИЛ-433100, -5301, «ГАЗель», «Волга», ГАЗ-3307. У этих двигателей распределительный вал 10 расположен в блоке цилиндров 19. На кулачки вала опираются толкатели 9, которые при помощи штанг 18 через регулировочные винты 16 передают усилие на коромысло 15, а с него на стержень клапана 2. Седло клапана 1 запрессовано в головку блока цилиндров. Механизм более сложный и дорогой по сравнению с механизмом с нижним расположением клапанов, но процесс регулировки тепловых зазоров намного проще, так как подготовительная работа заключается в снятии крышки головки блока 14. При таком механизме улучшается наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом, а также очистка цилиндров от отработавших газов.

 

Рис.2. Газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала

При верхнем расположении распределительного вала  отсутствуют толкатели и штанги, вследствие чего уменьшаются масса и инерционные силы клапанного механизма, что дает возможность увеличить частоту вращения коленчатого вала и уменьшить уровень шума при работе двигателя.

Механизм газораспределения с верхним расположением клапанов и распределительного вала (рис. 3). Он проще по устройству, так как у него отсутствуют толкатели и штанги. Коромысла 10 устанавливаются на осях коромысел 9 и одним концом опираются на кулачки распределительного вала 11. В другой конец ввернут регулировочный винт 6, который и передает усилия на стержень клапана 2.

 

Рис.3. Механизм газораспределения с верхним расположением клапанов и распределительного вала

Недостатком этого механизма является более сложное устройство привода распределительного вала.

Верхнее расположение распределительного вала применяют в быстроходных двигателях, так как в этом случае движение передается от кулачка распределительного вала через коромысло на клапан и можно отказаться от промежуточных деталей механизма газораспределения (толкателей и штанг), имеющих возвратно-поступательное движение и большую инерцию.

В двигателях заднеприводных автомобилей ВАЗ (рис.4) распределительный вал расположен в отдельном картере на головке 1 блока цилиндров и вращается в подшипниках скольжения. Привод к клапанам 2, размещенным в один ряд, осуществляется непосредственно от кулачков 6 распределительного вала через одноплечие рычаги (рокеры) 4. Одним концом одноплечий рычаг опирается на стержень клапана, другим — на сферическую головку болта 7 и удерживается на ней при помощи шпилечной пружины.

 

Рис. 4. Газораспределительный  механизм  двигателей с верхним расположением распределительных валов автомобилей  ВАЗ-2105, -2107 «Жигули»: 1 – головка цилиндров;   2 – клапан;  3 – маслоотражательный колпачок;   4 – рычаг клапана;   5 – корпус подшипников распределительного вала;  6 – распределительный вал;   7 – регулировочный болт;   8 – контргайка болта;  А – зазор между рычагом и кулачком распределительного вала

В двигателях автомобилей «Москвич» (рис. 5) клапаны 1 расположены в два ряда и приводятся в действие коромыслами 3 от кулачков 2 распределительного вала. Для регулировки теплового зазора в клапанах служит регулировочный болт 5 с контргайкой 6, который связан со сферическим наконечником 4.

В двигателях переднеприводных автомобилей ВАЗ-2108 «Спутник», ВАЗ-2109 верхний распределительный вал установлен в отдельном корпусе 4 (рис. 6), расположенном на головке блока цилиндров 1, в которую запрессованы чугунные седла клапанов и направляющие втулки клапанов 2. Верхняя часть втулок уплотняется металлорезиновыми маслоотражательными колпачками 7.

  

Рис.5. Газораспределительный механизм двигателя с верхним расположением распределительного вала автомобиля «Москвич-21412»: 1 — клапаны; 2 — кулачки; 3— коромысла; 4 — сферический наконечник;  5 — болт; 6 — контргайка; h — тепловой зазор

Клапаны 2 приводятся в действие непосредственно кулачками 5 через цилиндрические толкатели 3 без промежуточных рычагов. В гнездах толкателей находятся шайбы 6 для регулировки зазора 8 в клапанном механизме.

    

 

Рис. 6. Газораспределительный механизм двигателей с верхним расположением распределительных валов автомобилей  ВАЗ-2108 «Спутник», ВАЗ-2109: 1 — головка цилиндров; 2 — клапан; 3 — толкатель; 4 — корпус распределительного вала; 5 — кулачок; 6 — регулировочная шайба; 7 — маслоотражательный колпачок; 8 — тепловой зазор

 

 

Рис. 7. Газораспределительный механизм двигателя с верхним расположением распределительных валов автомобиля ГАЗ-3110 «Волга»

Во время сжатия и рабочего хода клапаны неподвижны и пружинами плотно прижаты к гнездам, закрывая впускные и выпускные каналы. При вращении коленчатого вала вращение через шестерни передается на распределительный вал, который, вращаясь, кулачками набегает на толкатели и поднимает их вместе со штангами. Штанга поворачивает на оси коромысло, которое бойком нажимает на стержень клапана и опускает его, открывая впускной или выпускной трубопроводы. При дальнейшем вращении распределительного вала кулачок выходит из-под толкателя, освобождая толкатель и коромысло, и клапанный механизм под действием пружин возвращается в первоначальное положение. Затем весь процесс повторяется.

Механизм газораспределения V-образного двигателя

На V-образных восьмицилиндровых двигателях применяют верхнее расположение клапанов (рис. 8). Нижний распределительный вал таких двигателей, установленный в развале блока, является общим для клапанов правого и левого рядов цилиндров.

Открытие клапанов  впускного 6 и выпускного 2, перемещающихся в направляющих втулках, происходит под действием усилия, передаваемого от кулачков и через толкатели 8 штанги 7 и коромысла 4, установленные на осях 5 коромысел. Закрытие клапанов осуществляется под действием пружин, нижние концы которых упираются в шайбы. При наличии у выпускных клапанов механизма вращения их пружины опираются на опорные шайбы этих механизмов. Верхними концами пружины обоих клапанов упираются в тарелки. За два оборота коленчатого вала впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра открываются один раз, а распределительный вал за этот период делает один оборот. Следовательно, распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого вала. Поэтому зубчатое колесо распределительного вала имеет в два раза больше зубьев, чем ведущая шестерня коленчатого вала.

 

 

Рис. 8. Газораспределительный механизм V-образного двигателя: 1 — выпускной трубопровод;

 2 — выпускной клапан; 3 — впускной трубопровод; 4 — коромысло; 5 — ось коромысла; 6 — впускной клапан; 7 — штанга; 8 — толкатель; 9 — распределительный вал

Распределительный вал. Распределительный вал изготавливают из стали или специального чугуна и подвергают термической обработке. Профиль его кулачков, как впускных, так и выпускных, у большинства двигателей делают одинаковым.

 

Рис.9. Распределительный вал

Одноименные (впускные и выпускные) кулачки располагаются в четырехцилиндровом двигателе под углом 90°, в шестицилиндровом — под углом 60°, а в восьмицилиндровом — под углом 45°. При шлифовании кулачкам придают небольшую конусность. Взаимодействие сферической поверхности торца толкателей 19 с конической поверхностью кулачков обеспечивает их поворот в процессе работы.

Начиная с передней опорной шейки, диаметр шеек уменьшается, что облегчает установку распределительного вала в картере двигателя. Число опорных шеек обычно равно числу коренных подшипников коленчатого вала. Втулки  опорных шеек изготавливают из стали, а внутреннюю поверхность их покрывают антифрикционным сплавом.

Привод распределительного вала. Распределительный вал приводится от коленчатого вала зубчатой, цепной передачей или посредством зубчатого ремня. На двигателях ЗИЛ-508 автомобилей семейства ЗИЛ ведущая шестерня 1 (рис. 10) установлена на переднем конце коленчатого вала, а ведомое колесо 8 — на переднем конце распределительного вала и закреплено гайкой.

Зубчатые колеса привода должны входить в зацепление между собой при строго определенном положении коленчатого и распределительного валов, что обеспечивает правильность заданных фаз газораспределения и порядка работы двигателя. Поэтому при сборке двигателя зубчатые колеса вводятся в зацепление по меткам (метка «а» на рис.10) на их зубьях (на впадине между зубьями колеса и на зубе шестерни).

 

Рис. 10. Установочные метки на распределительных шестернях:

1- ведущая шестерня; 2 – ведомая шестерня; а – метки

Чтобы уменьшить уровень шума зубчатых колес, их изготавливают с косыми зубьями и из различных материалов. На коленчатом валу устанавливают стальную шестерню, а на распределительном — чугунное (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, МАЗ-5335) или текстолитовое колесо (двигатели автомобилей ГАЗ-3307, -3302. -2705 «ГАЗель»).

В двигателях автомобилей ВАЗ (с приводом на задние колеса) газораспределительный механизм приводится в действие от коленчатого вала двухрядной втулочно-роликовой цепью 4 (рис. 11), которая соединяет ведущую звездочку 1 коленчатого вала со звездочкой 5 распределительного вала и звездочкой 2 валика привода масляного насоса и распределителя зажигания. При резком изменении частоты вращения коленчатого вала появляются колебания ветви цепи, для гашения которых служит пластмассовая колодка 3 (успокоитель). С противоположной стороны колодки 3 размещается башмак 7 натяжного устройства. Один конец башмака закреплен на оси, а другой соединяется с регулировочным механизмом 6, прижимающим башмак к цепи. Цепь натягивают при помощи гайки  регулировочного механизма.

 

Рис.11.Цепной привод распределительного вала

В двигателях переднеприводных легковых автомобилей ВАЗ-2108 «Спутник», ВАЗ-2109 и других привод газораспределительного механизма (рис.12) состоит из двух зубчатых шкивов 1 и 4, установленных на коленчатом и распределительном валах 5, натяжного ролика 3 и зубчатого ремня 2. Этим же ремнем приводится во вращение и шкив насоса охлаждающей жидкости.

 

Рис.12.Ременной привод распределительного вала

Основной особенностью такого привода является зубчатый эластичный ремень с зубьями полукруглой формы. Его изготавливают из маслостойкой резины, армированной кордом из стекловолокна. Зубья для повышения износостойкости покрыты эластичной тканью.

Детали клапанного привода

В газораспределительном механизме с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала клапаны имеют привод через передаточные детали (толкатели, штанги и коромысла).

Толкатели. Они предназначены для передачи усилия от распределительного вала через штанги к коромыслам. Изготавливают их из стали или чугуна. Толкатели (рис.13) бывают цилиндрические и рычажно-роликовые. В дизелях ЯМЗ-236М2 и -238М2 применяют рычажно-роликовые толкатели качающегося типа (рис. 13, а), установленные на оси 1 над распределительным валом. Ролик 2 толкателя 3 опирается на кулачок распределительного вала. Ось ролика вращается на игольчатых подшипниках, поэтому при перекатывании ролика по кулачку трение скольжения заменяется трением качения, что повышает срок службы толкателя. Сверху на толкатель опирается штанга 4.

В двигателях ЗИЛ-508, ЗМЗ-511 и КамАЗ-740, Д-245.12 применяют цилиндрические толкатели 7(рис. 13, б), установленные в специальных отверстиях — направляющих. В дизеле КамАЗ-740 применяют съемные направляющие. Внутренняя полость толкателя имеет сферическую поверхность 8 под штангу и отверстие 9 для слива масла. Для повышения работоспособности торцовую поверхность 10 стальных толкателей в месте соприкосновения с кулачком наплавляют специальным износостойким чугуном.

Штанги. Для передачи усилия от толкателей к коромыслам служат штанги, которые изготавливают из стального прутка с закаленными концами (двигатели ЗИЛ-508) или стержня из алюминиевого сплава (двигатели ЗМЗ-511 и -4022) со стальными сферическими наконечниками.

В дизелях ЯМЗ и КамАЗ, Д-245.12 штанги 4 (рис. 13, б) делают обычно из стальной трубки. На концах штанг напрессовывают стальные сферические наконечники 11, которыми они с одной стороны упираются в сферические поверхности регулировочных винтов 5 (рис. 13, а), ввернутых в коромысла 6, а с другой — в толкатели.

Коромысла. Для передачи усилия от штанги к клапану служит коромысло, представляющее собой неравноплечий рычаг, изготовленный из стали или чугуна. Плечо а коромысла примерно в 1,5 раза больше плеча b. Наличие длинного плеча коромысла не только уменьшает ход толкателя и штанги, но и снижает силы инерции, возникающие при их движении, что способствует повышению долговечности деталей привода клапанов.

Коромысла карбюраторных двигателей расположены на общей полой оси 5 (рис. 8), в конце которой запрессованы заглушки, что позволяет подводить масло к бронзовым втулкам коромысел и сферическим наконечникам регулировочных болтов 15. Оси 13 в сборе с коромыслами устанавливают на каждой головке цилиндра с помощью стоек 16. На дизелях оси коромысел выполнены как одно целое со стойками и каждое коромысло качается на своей оси.

 

Рис. 13. Детали привода клапанов дизелей: а — ЯМЗ; б — КамАЗ; 1 — ось; 2 — ролик; 3, 7 — толкатели; 4 — штанги; 5 — регулировочный винт; 6 — коромысло; 8 — сферическая поверхность под штангу; 9 — отверстие для слива масла; 10 — наплавленная поверхность толкателей; 11 — наконечник; а и b — плечи коромысла

Клапаны. Открытие и закрытие впускных и выпускных каналов, соединяющих цилиндры с газопроводами системы питания, происходят при помощи клапанов. Клапан (рис. 14, а) состоит из плоской головки 16 и стержня 1, соединенных между собой плавным переходом. Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают значительно больше, чем диаметр выпускного.

Так как клапаны работают в условиях высоких температур, их изготавливают из высококачественных сталей. Впускные клапаны делают из хромистой стали, выпускные — из жаростойкой, так как последние соприкасаются с горячими отработавшими газами и нагреваются до температуры 600...800°С. Высокая температура нагрева клапанов вызывает необходимость установки в головке цилиндров специальных вставок 15 из жаропрочного чугуна, которые называются седлами. Применение вставных седел повышает срок службы головки цилиндров и клапанов.

Для плотного прилегания к седлам рабочие поверхности головок клапанов делают коническими, в виде тщательно обработанных фасок (под углами 45 или 30°).

Стержни 1 клапанов имеют цилиндрическую форму. Они перемешаются в чугунных или металлокерамических направляющих втулках 2, запрессованных в головку блока. На конце стержня проточены цилиндрические канавки под выступы конических сухариков 10, которые прижимаются к конической поверхности тарелки 9 под действием пружины 8.

В дизелях ЯМЗ, КамАЗ и двигателях автомобилей ГАЗ, «Москвич», ВАЗ для улучшения резонансной характеристики и повышения работоспособности газораспределительного механизма клапаны прижимаются к седлам не одной, а двумя пружинами. В этом случае направление витков пружин делается различным, чтобы при поломке одной из пружин ее витки не попали между витками другой и не нарушилась безотказная работа клапанного механизма.

На впускных клапанах под опорные шайбы или в верхней части направляющих втулок (у двигателей ЗИЛ, КамАЗ, ЗМЗ) устанавливают резиновые манжеты или колпачки, которые при открытии клапанов плотно прижимаются к его стержню и направляющей втулке, вследствие чего устраняется возможная утечка (подсос) масла в цилиндры через зазор между втулкой и стержнем клапана (при такте впуска).

 

Рис. 14. Выпускной клапан двигателя автомобиля ЗИЛ-431410 с механизмом вращения:

а — выпускной клапан, установленный на головке цилиндров; б, в — соответственно начальное и конечное рабочие положения механизма вращения клапана; 1 — стержень клапана; 2 — направляющая втулка; 3 — замочное кольцо; 4 — корпус механизма вращения; 5 — шарики; 6 — опорная шайба; 7 — замочное кольцо; 8 — пружина; 9 — тарелка; 10 — сухарики; 11 — дисковая пружина; 12 — возвратная пружина; 13 — металлический натрий; 14— головка цилиндров; 15 — седло; 16 — головка клапана

В двигателях ЗИЛ-508 и -511 для лучшего отвода теплоты от выпускных клапанов введено натриевое охлаждение. С этой целью клапан делают полым и его полость заполняют на 3/4 объема металлическим натрием 13 (рис. 14, а). Натрий имеет высокую теплопроводность и плавится при температуре 98 °С. Во время работы двигателя расплавленный натрий омывает внутреннюю полость клапана, при этом теплота от его головки передается к стержню и через направляющую втулку и головку цилиндров отводится к охлаждающей жидкости.

Выпускные клапаны V-образных карбюраторных двигателей ЗИЛ имеют механизм принудительного вращения. Он состоит из корпуса 4 (рис. 14, а), который расположен в углублении головки цилиндра 14 на направляющей втулке 2, закрепленной замочным кольцом 3; пяти шариков 5, установленных вместе с возвратными пружинами 12 в наклонных пазах корпуса; опорной шайбы 6 и конической дисковой пружины 11. Пружина 11 и шайба 6 свободно надеты на выступ корпуса и закреплены на нем замочным кольцом 7.

При закрытом клапане, когда усилие пружины 8 невелико (рис. 14, б), дисковая пружина 11 выгнута наружным краем вверх, а внутренним упирается в заплечики корпуса 4 механизма вращения. При этом шарики 5 в конических пазах корпуса отжаты возвратными пружинами 12 в крайнее положение.

Когда клапан начинает открываться, усилие пружины 8 возрастает, в результате чего дисковая пружина 11 (рис. 14, в) выпрямляется и передает усилие пружины 8 на шарики 5, которые, перекатываясь по наклонным пазам корпуса, поворачивают дисковую пружину 11, опорную шайбу 6, клапанную пружину 8 и сам клапан относительно его первоначального положения.

Во время закрытия клапана усилие клапанной пружины 8 уменьшается. При этом дисковая пружина 11 прогибается до своего исходного положения и освобождает шарики 5, которые под действием возвратных пружин 12 возвращаются в первоначальное положение, подготавливая механизм вращения к новому циклу поворота клапана.

При частоте вращения коленчатого вала около 3000 об/мин частота вращения выпускного клапана достигает 30 об/мин.

Чтобы обеспечить плотное прилегание головки клапана к седлу, необходим определенный тепловой зазор между стержнем клапана и носком (винтом) коромысла. Тепловые зазоры в клапанах изменяются вследствие их нагрева, изнашивания и нарушений регулировок. Когда зазор в клапанах увеличен, они открываются не полностью, в результате чего ухудшается наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их от продуктов сгорания, а также повышаются ударные нагрузки на детали клапанного механизма.

При недостаточном зазоре клапаны неплотно садятся на седла, вследствие чего происходят утечки газов, образование нагара с обгоранием рабочих поверхностей седла и клапана. Из-за неплотной посадки клапанов при такте сжатия рабочая смесь может попадать в выпускной газопровод, а в процессе такта расширения газы, имеющие высокую температуру, могут прорываться в впускной газопровод, вследствие чего в этих газопроводах возможны хлопки или вспышки, что является признаком неплотной посадки клапанов.

Фазы газораспределения

Под фазами газораспределения понимают моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала. Фазы газораспределения изображаются круговыми диаграммами, их подбирают экспериментальным путем при доводке опытных образцов двигателей.

При рассмотрении рабочих процессов ДВС в первом приближении было принято, что открытие и закрытие клапанов происходят в мертвых точках. Однако в действительности открытие и закрытие клапанов не совпадают с положением поршней в мёртвых точках. Это связано с тем, что время, приходящееся на такты впуска и выпуска, очень мало, и при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя оно составляет тысячные доли секунды. Поэтому если открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов будут происходить точно в мертвых точках, то наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их от продуктов сгорания будут недостаточными. В связи с этим моменты открытия и закрытия клапанов в четырехтактных двигателях происходят с определенным опережением или запаздыванием относительно положения поршней в ВМТ и НМТ.

 

Рис. 15. Диаграмма фаз газораспределения двигателя ЗИЛ-508:

1 — впускной клапан; 2 — выпускной клапан

Из диаграммы фаз газораспределения двигателя ЗИЛ-508 (рис. 15) видно, что впускной клапан открывается за 31° до прихода поршня в ВМТ, а выпускной клапан закрывается при угле 47° поворота коленчатого вала после прохождения ВМТ, следовательно, угол перекрытия клапанов составляет 78°. Открытие выпускного клапана происходит с опережением на 67° до прихода поршня в НМТ, а закрытие выпускного клапана — с запаздыванием на 83° после прохождения поршнем НМТ. Таким образом, общая продолжительность открытия каждого клапана составляет 294° по углу поворота коленчатого вала двигателя.

Моменты, когда оба клапана одновременно открыты, называют перекрытием клапанов. В это время происходит продувка цилиндров от отработавших газов свежей горючей смесью.

Рассмотренные фазы газораспределения двигателя ЗИЛ-508 получены при зазоре в обоих клапанах 0,3 мм (между носком коромысла и торцом стержня клапана). При уменьшении зазора продолжительность открытия впускного и выпускного клапанов возрастает, а при увеличении зазора — уменьшается.

Для закрепления полученных знаний просмотрите видеоролик " Газораспределительный механизм "

Просмотр доступен только для авторизованных пользователей сайта.

 

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Пузанков А.Г.   Автомобили: устройство и техническое обслуживание: учебник для студ. Учреждений сред.проф. образования/ - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 640 с.

2. Морозов Н.Д. и др. Устройство и ремонт автомобилей. Учебник, Изд.2-е, перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1972.-304с.

3.Иллюстрации, находящиеся в сети Интернет в свободном доступе.

4. Материалы, размещенные на сайтах:

www.youtube.com/   

tezcar.ru

www.autoprospect.ru

autoustroistvo.ru/

ru.wikipedia.org/

 

Подробности

Просмотров: 2044

dobrovolskij.ru

Схема газораспределительного механизма двигателя ЯМЗ-231

Рис. Схема газораспределительного механизма двигателя ЯМЗ-231: 1 — Штанга толкателя клапана; 2 — Кольцо пружинное; 3 — Шайба; 4 — Винт регулировочный; 5 — Коромысло клапана; 6,40 — Гайки; 7 — Втулка коромысла; 8 — Ось коромысла; 9,23 — Болты; 10 — Штивт; 11 — Клапан выпускной; 12 — Седло выпускного клапана; 13 — Втулка клапана направляющая; 14 — Манжета клапана; 15 — Сухарь; 16 — Втулка тарелки; 17 — Тарелка пружин; 18 — Пружина наружная; 19 — Пружина внутренняя; 20 — Шайба пружин; 21 — Седло впускного клапана; 22 — Клапан впускной ; 24 — Втулка оси толкателя, передняя; 25 — Втулка распорная; 26 — Толкатель; 27 — Втулка толкателя промежуточная; 28 — Втулка толкателя; 29 — Ось толкателя; 30 — Пята толкателя; 31 — Ось ролика; 32 — Ролик толкателя; 33 — Подшипник игольчатый; 34 — Втулка оси толкателя, задняя; 35,37 — Втулки распределительного вала; 36 — Вал распределительный; 38 — Шестерня ведущая привода топливного насоса; 39 — Шестерня привода распределительного вала; 41 — Шайба замковая; 42 — Фланец упорный распределительного вала.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Схема действия газораспределительного механизма двигателя

Строительные машины и оборудование, справочник

Категория:

   Тракторы-2

Схема действия газораспределительного механизма двигателя

Газораспределительный мёханизм управляет своевременным впуском в цилиндры воздушного заряда или горючей смеси и удалением из них отработавших газов. Он состоит из клапанов с пружинами, распределительного (кулачкового) вала с шестернями и деталей, которые передают движение от вала клапанам.

Схема этого механизма показана на рисунке 1.

Коленчатый вал через шестерни вращает распределительный вал. Выступ кулачка вала поднимает толкатель вместе со штангой; коромысло поворачивается на оси и опускает клапан, сжимая его пружину. При дальнейшем повороте вала выступ кулачка выходит из-под толкателя, давление на клапан прекращается, и он под действием сжатой пружины поднимается во втулке, плотно закрывая отверстие головки цилиндра.

За один рабочий цикл четырехтактного двигателя, т. е. за два оборота коленчатого вала, клапаны должны открывать и закрывать отверстия головки цилиндров только один раз. При этом распределительный вал делает один оборот, так как шестерня на распределительном валу имеет в 2 раза больше зубьев, чем шестерня на коленчатом валу.

Мощность двигателя зависит от наполнения цилиндров свежим зарядом воздуха (или горючей смеси) и степени очистки их от отработавших газов. Чтобы смеси или воздуха поступало в цилиндры больше, впускной клапан открывается с опережением, т. е. до прихода поршня в в.м.т. Наполнение цилиндра начинается не от всасывающего действия поршня, а под влиянием инерционного напора во впускном трубопроводе, который создается вследствие часто повторяющихся тактов впуска. Закрывается впускной клапан с запаздыванием, т. е. после прихода поршня в н.м.т. Но воздух (смесь) продолжает поступать в цилиндр по инерции, а также потому, что давление в нем еще ниже атмосферного.

Выпускной клапан открывается тоже с опережением, т. е. до окончания такта рабочего хода, и часть газов, находящихся под небольшим давлением, выбрасывается из цилиндра. Это снижает противодавление оставшихся в нем газов, уменьшая затрату мощности на их выталкивание. Закрывается выпускной клапан с запаздыванием, т. е. после в.м.т., обеспечивая лучшую очистку камеры сгорания от отработавших газов. В какой-то момент оба клапана оказываются одновременно приоткрытыми. Наступает так называемое перекрытие клапанов, при котором выходящие из цилиндра газы способствуют подсасыванию воздуха (смеси) в цилиндр, увеличивая его наполнение.

Рис. 1. Схема распределительного механизма: 11— головка цилиндра; 2 — клапан; 3 — направляющая втулка; 4 — пружина; 5 — опорная тарелка пружины; 6 — коромысло; 7 — ось коромысла; 8 — регулировочный винт; 9 — контргайка; 10 — стойка оси коромысла; 11 — штанга; 12 — толкатель; 13 — распределительный вал; 14 — шестерня распределительного вала; 15 — шестерня коленчатого вала; 16 — промежуточная шестерня

Рис. 2. Диаграмма фаз газораспределения

Продолжительность открытого положения клапанов (или окон двухтактного двигателя), выраженная в градусах поворота коленчатого вала, называется фазами газораспределения. На рисунке 2 приведена диаграмма таких фаз, на которой видно, при каком положении шатунной шейки относительно мертвых точек открываются и закрываются клапаны.

Диаграмма фаз обеспечивается формой и взаимным положением кулачков распределительного вала, а также определенным зазором между стержнями клапанов и бойками коромысел.

Читать далее: Клапаны газораспределительного механизма двигателя

Категория: - Тракторы-2

Главная → Справочник → Статьи → Форум

stroy-technics.ru

Газорапределительный механизм



2. ГРМ с верхним расположением клапанов

При нижнем расположении клапаны устанавливают в блоке ци­линдров, а при верхнем — в головке цилиндров.

Современные двигатели обычно имеют газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов, так как в этом случае камера сгорания получается компактной, улучшается на­полнение цилиндров, упрощается регулировка клапанов и значи­тельно уменьшаются потери теплоты с охлаждающей жидкостью (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, КамАЗ-5320,  ГАЗ-3110 «Вол­га», ВАЗ-2108 «Спутник»).

 

Рисунок 3 - Схема газораспределитель­ного механизма с верхним

расположением клапанов:

1 — седло; 2 — стержень клапана; 3 — направляющая втулка; 4 — стопорное кольцо; 5 — головка цилиндров; 6 — пружина; 7 — уплотнительный колпа­чок;      8 — тарелка; 9 — втулка; 10 — сухарики; 11 — коромысло; 12 — ось;                    13 — контргайка; 14 — регулировочный винт; 15 — штанга; 16 — толкатель;         17 — кулачок.

 

Распределительные валы при верхнем расположении клапанов могут быть установлены в блоке цилиндров — нижнее расположение (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, -4331, КамАЗ-5320) или на головке блока — верхнее расположение (однорядные двигатели автомобилей ВАЗ, «Москвич» и др.).

При верхнем расположении распределительного вала (рис. 4) отсутствуют толкатели и штанги, вследствие чего уменьшаются масса и инерционные силы клапанного механизма, что дает возможность увеличить частоту вращения коленчатого вала и уменьшить уровень шума при работе двигателя.

 

Рисунок 4 - Газораспределительные механизмы двигателей с верхним расположением распределительных валов автомобилей:

а — ВАЗ-2105, -2107 «Жигули»; б — «Москвич-21412»; в — ВАЗ-2108 «Спут­ник», ВАЗ-2109; г — ГАЗ-3110 «Волга»; 1 — клапан; 2 — головка цилиндров;                  3 — рычаги; 4 — кулачки; 5 — болт; 6 — контргайка; 7 — шпилечная пружина; 8, — сферический наконечник; 9 — коромысла; 10 — корпус распределительного вала; 11 — регулировочные шайбы; 12 — маслоотражательный колпачок;             13 — направляющая втулка; 14 — седло клапана; 15 — толкатель;                      16— гидротолкатель; 17 — распределительный вал; 18 — выпускной клапан с гидротолкателем; 19 — двойная пружина; h — тепловой зазор.

К конструктивным особенностям ГРМ форсированных двигателей можно отнеси: верхнее расположение клапанов и распределительного вала; ременный привод распределительного вала; отсутствие толкателей, штанг и коромысел; наличие гидрокомпенсаторов и четырех клапанов на один цилиндр.

     

 

zelentsovsa.ru

Основные компоновочные схемы газораспределительного механизма ― Autopribor.Ru

Даже если бы на всех двигателях внутреннего сгорания был всегда один распределительный вал, и он всегда был бы установлен на одно и то же место, конструкторы двигателей в зависимости от технологий, применяемых на производстве, доступных материалов или обеспечения расчётных технических характеристик и снижения себестоимости двигателя могли бы придумать множество разнообразных конструкций привода распределительного вала. Но на одном автомобильном двигателе может быть установлено от одного до четырёх распределительных валов, а вал может быть установлен и в блоке цилиндров двигателя и в головке блока цилиндров. В V-образном двигателе может быть установлено четыре распределительных вала по два в двух разных головках блока цилиндров, а может быть установлен и один распределительный вал в развале блока цилиндров. Двигатель может иметь различные формы камеры сгорания и соответственно различное расположение клапанов. Поэтому количество практических конструкций схем газораспределительного механизма безгранично, их не только невозможно описать в пределах одной статьи, но и даже просто перечислить.

Какую компоновочную схему применить конструктор принимает на основании осмысления очень многих параметров – себестоимость производства и технические возможности предприятия, возможности унификации с ранее выпускавшимися моделями двигателя и предполагаемая форма камеры сгорания.

Далее будут рассмотрены наиболее часто встречающиеся компоновочные схемы газораспределительного механизма, остальные схемы, чаще всего просто вариации или комбинации этих конструкций.

Немного истории

Историческое развитие различных схем компоновки газораспределительного механизма

1. Нижнее расположение распределительного вала, выпускной клапан с механическим приводом в блоке цилиндров, автоматический впускной клапан, расположенный в головке блока цилиндров.

2. Нижнее расположение распределительного вала с нижним расположением клапанов. Клапаны расположены с обеих сторон цилиндра.

3. Нижнее расположение распределительного вала с нижним расположением клапанов вдоль одной стороны блока цилиндров.

4. Нижнее расположение распределительного вала. С верхним расположение впускного клапана и нижним расположением выпускного клапана

5. Нижнее расположение распределительного вала с верхним расположением клапанов

6. Верхнее расположение одного распределительного вала с верхним рядным расположением клапанов и толкателями

7. Верхнее расположение одного распределительного вала с верхним рядным расположением клапанов.

8. Верхнее расположение одного распределительного вала с верхним двухрядным расположением клапанов

9. Верхнее расположение двух распределительных валов

Нижнее расположение распределительного вала

1 – Нижнее расположение распределительного вала, выпускной клапан с механическим приводом в блоке цилиндров, автоматический впускной клапан, расположенный в головке блока цилиндров.

Самые первые четырёхтактные двигатели внутреннего сгорания, работающие по циклу Отто, имели выпускной клапан с механическим приводом, расположенный в нижней части цилиндра и верхний впускной автоматический клапан. Впускной автоматический клапан  механического привода не имел и открывался только под воздействием разности давлений с обеих сторон клапана. При перемещении поршня вниз в надпоршневом пространстве образовывалось разрежение, то есть давление ниже атмосферного. Под воздействием давления атмосферы наружный воздух, преодолевая усилие пружины клапана, открывал клапан и поступал в цилиндр двигателя. Такую конструкцию имел и первый двигатель Отто и первые практические автомобильные двигатели немецких инженеров К. Бенца и Г. Даймлера. Выпускной клапан двигателя имел механический привод. Распределительный вал, толкатель клапана и сам выпускной клапан были расположены в нижней части цилиндра. Такие конструкции были широко распространены в конце 19 и самом начале 20 века. Двигатели эти были очень тихоходными максимальные обороты этих двигателей лежали в диапазоне 300 – 600 об/мин.

Поскольку впускной клапан двигателя не управлялся, точно установить момент открытия клапана было невозможно, и, соответственно, невозможно было увеличить максимальные обороты двигателя, подобные двигатели прекратили выпускать уже к 1905 году.

 

2 – Нижнее расположение распределительного вала с нижним расположением клапанов. Клапаны расположены с обеих сторон цилиндра.

Через некоторое время механический привод получил и впускной клапана, Что сразу позволило поднять обороты двигателя и увеличить его мощность. Первоначально клапаны располагались с обеих сторон цилиндра, но такая схема требовала применения двух распределительных валов и имела некоторые другие недостатки. Подобная схема газораспределительного механизма, называвшаяся Т-образная, применялась на выпускавшемся в России автомобиле Руссо-Балт С24-30 выпуска 1911 года. Но такая схема, по причине свойственных ей врождённых недостатков, долго не применялась.

3 – Нижнее расположение распределительного вала с нижним расположением клапанов вдоль одной стороны блока цилиндров.

В начале 20 века автомобиль быстро становился массовым предметом потребления, производители стремились удовлетворить спрос на автомобили. Конструкция, как и технологии производства автомобилей и, особенно, автомобильных двигателей стремительно развивались. Технологи быстро научились изготавливать довольно сложные блоки цилиндров и клапаны, как впускные, так и выпускные переместились на одну сторону блока цилиндров. Такая компоновка получила широкое распространение в самом начале 20-х годов прошлого века. Подобная схема для своего времени оказалась очень удачной и началась эра нижнееклапанных двигателей. Клапаны были очень близко расположены к распределительному валу, что уменьшало инерционные нагрузки, весь механизм имел достаточно простую, жёсткую и технологичную конструкцию.

Подобная схема позволила поднять рабочие обороты двигателя до 2500 – 3000 об/мин, а некоторые форсированные двигатели развивали максимальные обороты до 5000 об/мин.

Автомобильные двигатели с такой компоновкой газораспределительного механизма некоторыми производителями выпускались до начала 80-х годов. А для привода различных строительных, сельскохозяйственных и других механизмов они применяются и по настоящее время. Да и старые автомобили с подобными двигателями (ГАЗ-52) можно ещё встретить на наших дорогах.

Клапанный механизм нижнеклапанного двигателя

1.    Выпускной газовый канал

2.    Головка блока цилиндров

3.    Камера сгорания

4.    Выпускной клапан

5.    Впускной клапан

6.    Ведомая шестерня привода (распределительный вал)

7.    Ведущая шестерня привода (коленчатый вал)

8.    Распределительный вал

9.    Кулачок распределительного вала

10.  Толкатель

11.  Болт регулировки теплового зазора

12.  Тарелка пружины клапана

13.  Пружина клапана

14.  Направляющая втулка клапана                 

Взаимное расположение камеры сгорания и клапанов нижнеклапанного двигателя

1.    Поршень

2.    Блок цилиндров

3.    Головка блока цилиндров

4.    Камера сгорания

5.    Свеча зажигания

6.    Клапан (впускной или выпускной)

7.    Газовый канал (впускной или выпускной)     

Детали клапанного механизма нижнееклапанного двигателя

1.    Седло клапана

2.    Клапан

3.    Направляющая втулка клапана

4.    Пружина клапана

5.    Тарелка пружины клапана

6.    Болт регулировки теплового зазора

7.    Толкатель

8.    Распределительный вал

Клапанный механизм нижнеклапанного двигателя

1.    Болт регулировки теплового зазора

2.    Контргайка регулировочного болта

3.    Толкатель клапана

4.    Тепловой зазор

5.    Пружина клапана

6.    Специальное приспособление для снятия (рассухаривания) клапанов

Общая компоновка нижнеклапанного двигателя

Двигатели такой конструкции устанавливались на легковой автомобиль Победа, на грузовые автомобили ГАЗ-51, ГАЗ-52 и множество другой техники

Блок цилиндров нижнеклапанного двигателя отечественного автомобиля Победа.

1.    Отверстие впускного клапана

2.    Отверстие выпускного клапана

3.    Входное окно впускного газового канала

4.    Входное окно выпускного газового канала

5.    Полости блока цилиндров для расположения клапанов

Обратите внимание, что диаметр отверстий впускных клапанов (1) больше диаметра отверстий выпускных клапанов (2), а площадь окна впускного канала (3) больше площади окна выпускного канала (4).

Не зависимо от компоновочной схемы расположения клапанов и всего клапанного механизма впускной клапан всегда имеет больший диаметр по сравнению с выпускным клапаном.

Нижнеклапанные двигатели доминировали несколько десятилетий. Конечно, в мире выпускались двигатели с другими компоновочными схемами газораспределительного механизма, но нижнеклапанные двигатель были преобладающими.

При всех их достоинствах они имели и неустранимые недостатки. Главный из недостатков, это очень большая камера сгорания, размеры которой уменьшить до приемлемых не получалось. Большая камера имела большую, по отношению к объёму камеры сгорания, площадь внутренних поверхностей, что приводило к большим потерям тепла и ухудшению процесса сгорания. К ухудшению процесса сгорания также приводила неудачная форма камеры сгорания. И, что пожалуй главное, большая камера сгорания не позволяла поднять степень сжатия двигателя, обеспечивающую эффективную работу двигателя. Вторым недостатком был очень сложный путь движения воздуха от воздушного фильтра до камеры сгорания. На своём пути воздушный поток изменял направление несколько раз, что приводило к снижению скорости движения потока и, следовательно, к снижению коэффициента наполняемости.

Для устранения этих недостатков было необходимо перенести клапаны в головку блока цилиндров. К этому конструкторы шли разными путями. Существовали также такие экзотические схемы, в которых впускной клапан имел верхнее расположение, а выпускной клапан имел нижнее расположение. При этом распределительный вал оставался в блоке цилиндров. Подобную конструкцию использовала на своих автомобилях английская фирма Ровер в 50-х годах.

 

4 – Нижнее расположение распределительного вала. С верхним расположение впускного клапана и нижним расположением выпускного клапана

Думаю, что подобную схему трудно отнести как к нижнеклапанной, так и к верхнеклапанной.

Стремясь улучшить наполняемость цилиндров и поднять обороты двигателя, конструкторы перенесли клапаны в головку блока цилиндров. Это несколько упростило конструкцию блока цилиндров, но усложнило конструкцию головки блока цилиндров. Перенос клапанов в головку блока цилиндров позволило значительно улучшить наполняемость цилиндров. За счёт этого верхнеклапанные двигатели стали мощнее не менее чем на 25% по сравнению с нижнеклапанными двигателями с таким же объёмом цилиндров. Перенос клапанов в ГБЦ позволило применять камеры сгорания различной формы и, соответственно, делать двигатели с желаемой степенью сжатия. Форсированные двигатели с нижним расположение распределительного вала и верхним расположением клапанов развивали максимальные обороты до 6500 – 7000 об/мин.

Подобные двигатели с 60-х годов устанавливались на многие отечественные автомобили, например, на Москвич 407 и Москвич 408, на автомобиль Волга ГАЗ-21 и его модификации. Двигатели с такой конструкцией газораспределительного механизма устанавливались на автомобили Волга и УАЗ до конца 90-х годов. Подобные двигатели широко эксплуатируются и в настоящее время.

На этом рисунке дан поперечный разрез двигателя автомобиля Москвич 407, выпуска 60-х годов, с нижним расположением распределительного вала и верхним расположение клапанов.

На рисунке видно взаимное расположение деталей газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов двигателя. Двигатель имеет прогрессивную для своего времени клиновую форму камеры сгорания, а топливовоздушная смесь, не меняя направления, по впускному каналу головки блока цилиндров попадает непосредственно в цилиндр.

Чертёж этого двигателя дан, поскольку он представляет наиболее типичную конструкцию двигателя своего времени.

Детали газораспределительного механизма рядного двигателя с нижним расположением распределительного вала и нижним расположение клапанов.

1.    Нижний распределительный вал

2.    Толкатель

3.    Штанга

4.    Ось (вал) коромысел

5.    Коромысло

6.    Болт регулировки теплового зазора

7.    Наружная пружина клапана

8.    Внутренняя пружина клапана

9.    Клапан

10.  Седло клапана

 

Схема с нижним расположением распределительного вала и верхним расположением клапанов широко применялась и в V-образных двигателях. В этом случае распределительный вал располагался внизу развала цилиндров. Единственный распределительный вал управлял работой как впускных, так и выпускных клапанов обеих головок блока цилиндров.

На этом рисунке изображён типичный американский двигатель V-8 с шатровой камерой сгорания и рядным расположением клапанов. Возможно, это покажется странным, но двигатели с одним нижним распределительным валом выпускаются в Америке и по настоящее время, хотя в остальном эти двигатели имеют все атрибуты очень современного двигателя. У этого двигателя распределительный вал располагался по середине, в развале цилиндров. При такой компоновке один, расположенный в блоке цилиндров распределительный вал приводит все клапаны (впускные и выпускные) даже двигателя V8.

1.    Выпускной газовый канал

2.    Выпускной клапан

3.    Впускной газовый канал

4.    Коромысло

5.    Ось (вал) коромысел

6.    Впускной клапан

7.    Штанга

8.    Толкатель

9.    Нижний распределительный вал   

Двигатель «Hemi»

1.    Полусферическая камера сгорания

2.    Свеча зажигания

3.    Толкатель

4.    Распределительный вал

5.    Впускной коллектор

6.    Впускной клапан

7.    Коромысло впускного клапана

8.    Ось коромысел впускных клапанов

9.    Штанга впускного клапана

10.  Коромысло выпускного клапана

11.  Ось коромысел выпускных клапанов

12.  Штанга выпускного клапана

13.  Выпускной клапан

14.  Выпускной канал ГБЦ

15.  Впускной канал ГБЦ

16.  Выпускной коллектор (спортивного автомобиля)

Разрез легендарного американского двигателя «Hemi» с полусферической камерой сгорания. У сферы самый низкий коэффициент соотношения поверхности камеры сгорания к её объёму, что значительно улучшает процессы сгорания за счёт меньшего отбора тепла от топливовоздушной смеси.

При применении сферической камеры сгорания клапаны могут быть расположены только в два ряда под углом к оси цилиндра двигателя. В этом случае, при нижнем расположении распределительного вала, толкающий штанги впускных и выпускных клапанов, расположены под углом друг к другу.

1.    Толкатель впускного клапана

2.    Штанга впускного клапана

3.    Штанга выпускного клапана

4.    Толкатель выпускного клапана

5.    Распределительный вал

Легендарный «Hemi» имел множество модификаций и выпускался всеми ведущими американскими производителями, Которые и по настоящее время выпускают все запасные части практически ко всем выпускавшимся модификациям двигателя, а сторонние независимые фирмы могут изготовить из этих запасных частей новый двигатель

Верхнее расположение распределительного вала

Схемы с нижним расположением распределительного вала и верхним расположением клапанов, были очень прогрессивным решением для своего времени, позволившим увеличить обороты двигателя и, соответственно, улучшить эффективность его работы. Они позволили конструкторам создавать камеры сгорания любой формы и создавать двигатели с необходимой степенью сжатия. Но и эта компоновка имела значительные недостатки.

Клапаны были далеко расположены от распределительного вала. Усилие от толкателей передавалась на коромысла (рычаги) клапанов при помощи длинных толкающих штанг. Детали привода клапанов, совершающие возвратно-поступательное движение (особенно штанги), имели большую массу, что увеличивало инерционные нагрузки и, соответственно, ограничивало дальнейшее увеличение оборотов. Попытки уменьшить массу толкающих штанг приводили к тому, что штанги приобретали недопустимую упругую деформацию, что приводило к изменению параметров работы газораспределительного механизма. Поэтому многие конструкторы постарались отказаться от применения штанг.

Первоначально штанги сделали просто короче, за счёт отказа от шестерёнчатого привода распределительного вала в пользу привода цепью. Это позволило поднять расположенный в блоке цилиндров распределительный вал.

1.    Ведомая шестерня (распределительный вал)

2.    Ведущая шестерня (коленчатый вал)

3.    Ведущая звёздочка (коленчатый вал)

4.    Ведомая звёздочка (распределительный вал)

5.    Цепь привода распределительного вала.

Такая схема называлась – среднее расположение распределительного вала.

После этого распределительный вал переместился поближе к клапанам в головку блока цилиндров (6).

Один распределительный вал, расположенный в головке блока цилиндров

Установленный в головку блока цилиндров единственный распределительный вал (SOHC), управлял работой как впускных, так и выпускных клапанов. Поскольку чем ближе распределительный вал к клапанам, тем меньше в газораспределительном механизме количество и масса деталей, совершающих возвратно-поступательное движение. Уменьшение инерционных нагрузок обеспечивает лучшую работу газораспределительного механизма и, что позволяет увеличить обороты двигателя.

При такой схеме клапаны могут иметь как рядное, так и наклонное двухрядное расположение. Клапаны могут приводится, как непосредственно кулачком распределительного вала, расположенного над клапанами, так и посредством рычагов (рокеров).

1.    Головка блока цилиндров

2.    Клапан

3.    Наружная пружина клапана

4.    Внутренняя пружина клапана

5.    Тарелка клапанной пружины

6.    Стаканчатый толкатель

7.    Корпус подшипников распределительного вала

8.    Распределительный вал

9.    Шайба регулировки теплового зазора

10.  Конусные сухарики крепления тарелки клапанной пружины

11.  Маслосъёмная манжета клапана

12.  Направляющая втулка клапана

13.  Седло клапана           

На этом рисунке изображён газораспределительный механизм автомобиля ВАЗ-2108. Эта конструкция ГРМ очень типичная и применяется на многих автомобилях.

В этой конструкции ГРМ клапан нажимает непосредственно на толкатель без применения рычага, следовательно, подъём клапана равен высоте подъёма кулачка распределительного вал. При такой конструкции ГРМ клапаны могут быть расположены только в ряд. Этот двигатель имеет камеру сгорания в виде клина.

1.    Клапан

2.    Направляющая втулка клапана

3.    Наружная пружина клапана

4.    Внутренняя пружина клапана

5.    Тарелка пружины клапана

6.    Корпус распределительного вала

7.    Распределительный вал

8.    Пружина рычага

9.    Рычаг привода клапана (рокер)

10.  Шаровая опора рычага с регулировкой теплового зазора

11.  Контргайка регулятора теплового зазора

На этом рисунке дана схема газораспределительного механизма с верхним расположением распределительного вала и с применением рычага в приводе клапанов. По такой схеме сделан газораспределительный механизм всех моделей с ВАЗ-2101 по ВАЗ-2107.

На обоих рисунках показаны двигатели с клиновой камерой сгорания, в этом случае клапаны расположены в один ряд.

1- Выпускной клапан; 2 – Нижняя упорная шайба пружин клапана; 3 – Внутренняя пружина клапана; 4 – Наружная пружина клапана; 5 – Маслоотражающий колпак; 6 – Резиновое маслоудерживающее кольцо; 7 – Тарелка пружины клапана; 8 – Сухарик; 9 – Наконечник клапана; 10 – Ось коромысел выпускных клапанов; 11 – Коромысло выпускного клапана; 12 – Распределительный вал; 13 – Ось коромысел впускных клапанов; 14 – Коромысло впускного клапана; 15 – Контргайка регулировочного болта; 16 – Болт регулировки теплового зазора; 17 – Головка блока цилиндров; 18 – Впускной клапан; 19 – Кулачок впускного клапана; 20 – Седло впускного клапана; 21 – Кулачок выпускного клапана; 22 – Седло выпускного клапана.

Клапанный механизм изображённый на этом рисунке с единственным распределительным валом, управляющий как впускными, так и выпускными клапанами при помощи коромысел позволил создавать двигатели с любой формой камеры сгорания.

При применении газораспределительного механизма с единственным распределительным валом. В этом случае для расположения клапанов под углом к оси цилиндра, без применения коромысел не обойтись.

На верхнем рисунке изображён клапанный механизм отечественного автомобиля Москвич 412, на автомобиле с таким двигателем команда АЗЛК выиграла легендарное ралли Лондон-Сидней. Подобная схема была очень типична для своего времени. Она широко применяется и сегодня, причём как в рядных, так и V-образных двигателях.

 

А на этом рисунке изображён газораспределительный механизм оппозитного двигателя супер автомобиля Порше 911. Поскольку качество изготовления мы не рассматриваем, можно заметить, что особых отличий нет.

Но современные двигатели чаще имеют газораспределительный механизм с двумя распределительными валами, расположенными в головке блока цилиндров (DOHC), при этом один распределительный вал управляет впускными, а второй выпускными клапанами.

Два распределительных вала, расположенных в головке блока цилиндров

1.    Выпускной распределительный вал

2.    Крышка подшипника распределительного вала

3.    Стаканчатый толкатель с гидравлическим компенсатором теплового зазора

4.    Канавка подвода масла на толкателе

5.    Масляная магистраль, подвода масла к гидравлическим компенсаторам

6.    Пружина клапана

7.    Выпускной клапан

8.    Седло выпускного клапана

На этой фотографии дан разрез головки блока цилиндров с двумя распределительными валами. На фотографии пронумерованы детали выпускного клапана, детали впускного клапана ничем не отличаются от деталей выпускного клапана, часто они взаимозаменяемы. Исключением является только сам клапана, поскольку, как указывалось ранее, тарелка впускного клапана обычно имеет больший диаметр. Соответственно и седло впускного клапана имеет увеличенный диаметр. При такой компоновочной схеме клапаны могут быть расположены только в два ряда.

Широкое распространение на серийных автомобилях двухвальная схема (DOHC) получила сравнительно недавно, хотя первые подобные конструкции появились в самом начале 20 века. Такая схема имела высокую себестоимость и по этой причине в автомобильных двигателях серийных автомобилей широкого распространения не получила. Но эта схема имела широкое распространение в поршневой авиации и в дорогих спортивных автомобилях, почти все спортивные автомобили 30-х – 40-х годов прошлого века имели по два распределительных вала на головку.

За последние 20 лет резко возросли требования по токсичности и топливной экономичности к двигателям серийных автомобилей, при одновременном улучшении машиностроительных технологий. Для выполнения возросших требований к двигателю автомобиля эту схему стали широко применять практически на всех серийных автомобилях

Подобная компоновочная схема даёт некоторые преимущества современному двигателю.

Первое, применение этой схемы позволило выпускать многоклапанные головки. Много лет каждый цилиндр серийного автомобильного и многих других двигателей внутреннего сгорания имел по два клапана на цилиндр, один впускной и один выпускной клапан. Хотя в авиации и в спортивных автомобилях широко применялись двигатели, имеющие по три, четыре и даже пять клапанов на цилиндр. Там они применялись для повышения коэффициента наполняемости, что способствовало увеличению литровой мощности двигателя.

В современных двигателях многоклапанные схемы позволяют снизить потребление топлива при одновременном выполнении строгих норм по токсичности.

Второе, раздельные впускные и выпускные распределительные валы позволили создать современные системы с раздельной регулировкой (изменением) фаз газораспределения выпускных и выпускных клапанов.

Почти все современные двигатели имеют по 4 клапана на цилиндр, два впускных и два выпускных. Схемы с применением более чем четырёх клапанов на один цилиндр широкого распространения не получили.

Типичное расположение клапанов в головке блока цилиндров современного двигателя

1.    Впускной клапан

2.    Выпускной клапан

3.    Свеча зажигания     

autopribor.ru

---

• 
  Газопламенная сварка
• 
  Газели бизнес
• 
  Газ 330263
• 
  Газ 3307 реле стеклоочистителя где находится
• 
  Принцип работы газоструйного вакуум аппарата
• 
  Установка шестерен газораспределения
• 
  32705 газ
• 
  Фаза газораспределения это
• 
  Объем бака газ 32213
• 
  Порядок работы цилиндров газ
• 
  Как развести колодки на газ 53