D6ca двигатель схема механизм газораспределения - Авто Журнал
Aklaypart.ru

Авто Журнал
7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

D6ca двигатель схема механизм газораспределения

ГРМ есть во всех поршневых ДВС, в которых рабочий процесс проистекает во всех цилиндрах при каждом вращении в 2 оборота коленчатого вала, то есть за 4 хода поршня. Посмотрите внимательно на схему работы цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизма, за четыре хода поршня, коленвал ДВС вращается 2 раза. Поэтому такие двигатели называются 4-х тактными.

Работа ГРМ в том, чтобы открывать впускные и выпускные клапаны. Открытие клапанов осуществляется за счет вращения колевала ДВС, которые через ременную или цепную передачу передает вращение распределительному вал (распредвал). Установленные на вале распредвала кулачки физически толкают клапана. А закрытие клапанов осуществляется за счет пружинных клапанов. Через впускные клапаны происходит впрыск топлива, а через выпускные — выпуск отработанных газов.

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.

МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ОКНА И КЛАПАНЫ

Нарушения во времени питания цилиндров дизеля воздухом или топливом, в очистке их от отработавших газов и т. п. немедленно вызовут неполное сгорание топлива и, как следствие, снижение экономичности, образование сажи (дымление), появление токсичных газов, отравляющих окружающую среду. Сажа осядет на деталях дизеля, сам дизель перегреется, мощность его уменьшится, расход топлива увеличится. Могут возникнуть и другие нежелательные явления.
В двухтактных дизелях с прямоточно-щелевой продувкой (например, в дизелях 10Д100 и 2Д100) газы из цилиндров удаляются через окна в цилиндровой втулке. Окна открываются самим поршнем (нижним). Газы, отработавшие в цилиндрах двухтактных дизелей, имеющих клапанно-щелевую продувку (например, в дизелях 14Д40, 11Д45), выпускаются с помощью клапанов, В соответствии со своим назначением они называются выпускными. В четырехтактных дизелях Д50, М750, Д49, Д70 и др. выпуск газов из цилиндров производится также с помощью выпускных клапанов.

МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

А как заполняются цилиндры свежим воздухом? В четырехтактных дизелях (Д49, Д70, Д50, М750) это осуществляется через каналы в цилиндровой крышке, которые перекрываются впускными клапанами. В двухтактных дизелях 10Д100, 2Д100, 11Д45, 14Д40 и др. воздух в цилиндры поступает через окна в цилиндровой втулке; окна открываются и закрываются самим поршнем (на дизелях типа Д100 верхним поршнем). Механизм, который управляет движением впускных и выпускных органов и обеспечивает подачу воздуха и топлива в полном соответствии с установленным для данного дизеля порядком работы цилиндров, называется газораспределительным. Таким образом, устройство механизма газораспределения дизелей определяется тактностью дизеля, а на двухтактных дизелях — типом продувки.
На рис. 67 показана наиболее простая схема клапанного механизма дизелей типа Д50; такую же схему имеет клапанный механизм дизелей тепловозов ЧМЭЗ и ЧМЭ2.

Рис. 67. Простейшая схема привода клапанного механизма

Открытие клапанов в таких дизелях осуществляется распределительным валом, который приводится во вращение от коленчатого вала через зубчатую передачу (рис. 68). Поскольку цикл работы каждого цилиндра четырехтактного дизеля совершается за два оборота коленчатого вала, то распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого. Поэтому ведомое зубчатое колесо имеет в два раза больше зубьев, чем ведущее зубчатое колесо. Как же преобразуется вращательное движение распределительного вала в поступательное движение клапанов? Деталями, с помощью которых создается движение в системе рычагов, являются кулачки. Кулачкам придают нужную форму, благодаря которой получают заданную продолжительность открытия впускного или выпускного клапана в каждом цилиндре в соответствии с диаграммой газораспределения. Поэтому профиль кулачка имеет важное значение.Чем шире выступ кулачка, тем большее время управляемый им клапан остается открытым, давая проход свежему воздуху в цилиндр или отработавшим газам из цилиндра.
Чтобы улучшить очистку цилиндров от отработавших газов, на дизелях 2Д50, ПД1 и ПД2 постройки Пензенского дизельного завода выступ у выпускного кулачка сделан таким же широким, как и у впускного кулачка, и они имеют одинаковую форму.

Рис. 68. Схема зубчатой передачи

Дизели ПД1, 2Д50 и Д50 имеют шесть цилиндров, поэтому на распределительном валу размещено шесть кулачков для впускных клапанов и шесть для выпускных. Каждый кулачок должен открывать и закрывать клапаны в соответствии с порядком работы цилиндров дизеля (1-3-5-6-4-2, см. с. 80). Это достигается за счет соответствующего расположения кулачков на валу по отношению друг к другу.
Во время работы дизеля ролики толкателей (см. рис. 67) катятся по криволинейной поверхности кулачков. От этого штанги периодически поднимаются и опускаются и с помощью рычагов открывают или закрывают впускные и выпускные клапаны. Рычаги привода клапанов размещены в специальной коробке, устанавливаемой па каждой крышке цилиндра (рис. 69). На дизелях типов Д70, М750 и др. с двухрядным V-образным расположением цилиндров имеются два распределительных вала, кулачки которых приводят в движение клапаны своего ряда цилиндров. На дизелях Д49 установлен один распределительный вал. Через сложную систему рычагов он приводит в движение впускные и выпускные клапаны всех цилиндров дизеля.

ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Начнем с того, что клапаны, открывшись, должны возвращаться в исходное положение. Для быстрого и плотного закрытия клапанов на их стержни надевают пружины. Что же мешает клапану постоянно следовать за кулачком? Ответ очень простой — силы инерции. Они стремятся на участке закрытия клапана оторвать ролик, а вместе с ним и другие детали механизма газораспределения от поверхности кулачка. В связи с этим на стержни клапанов ставят по две пружины: наружную большего диаметра и внутреннюю меньшего диаметра (рис, 70). Эти пружины должны преодолеть силы инерции и обеспечить неразрывность связи кулачка с клапаном, т. е. обеспечить безударную работу деталей привода и закрытие клапана в соответствии с профилем кулачка.

Читать еще:  Характеристики двигателей хундай соляриса

Рис. 69. Привод клапанов дизелей ПД1, 2Д50, Д50

Для нормальной работы дизеля необходимо, чтобы каждый клапан в закрытом положении плотно прилегал к своему месту посадки (седлу) в крышке, не допуская пропуска воздуха при сжатии и пропуска газов в момент сгорания топлива в цилиндре. Для этого посадочные места на крышке цилиндра и клапана точно обрабатывают и притирают с помощью специальных паст.
В цилиндровой крышке дизелей Д49 и Д70 размещено по четыре клапана: два впускных и два выпускных.
Для чего установлено не по одному, а по два клапана? Главное требование, которое предъявляется к клапанам дизеля, — это создание наилучших условий для впуска воздуха и выпуска газов. Если при впуске воздух, проходя клапан, будет испытывать большое сопротивление, то заряд воздуха в цилиндре и давление в начале сжатия уменьшаются, что невыгодно. При выпуске, если проходное сечение выпускного клапана будет малым, цилиндр не успеет достаточно хорошо очиститься от отработавших газов. Вот почему проходные сечения клапанов должны быть максимальными. Эта цель и достигается при увеличении числа клапанов. А что, если увеличить диаметр выпускного клапана? Тогда, казалось бы, вместо двух можно ограничиться одним клапаном. Однако в этом случае температура тарелки клапана повысится, так как ухудшатся условия отвода тепла (возрастет термическое сопротивление тарелки клапана). Естественно, что в таких условиях работа клапана усложнится и его придется изготовлять из более жаростойких материалов. Не случайно поэтому на некоторых зарубежных тепловозных дизелях в одной цилиндровой крышке размещают даже шесть клапанов (три впускных и три выпускных). Известны, однако, и дизели, имеющие только один впускной и один выпускной клапан.
Клапаны работают в неблагоприятных условиях, так как подвержены сильному нагреву (до 600—700° С). Особенно сильно нагреваются выпускные клапаны, так как они омываются газами в момент выпуска из цилиндра, поэтому эти клапаны изготовлены из так называемой жаростойкой стали, хорошо противостоящей высоким температурам.

Рис.70 Цилиндровая крышка тепловозных дизелей типа Д49

Когда клапан закрыт, между его колпачком и бойком рычага, перемещающего клапан, должен оставаться небольшой зазор. Его величина на холодном дизеле должна находиться в пределах 0,4 — 0,5 мм. Для чего нужен зазор? Известно, что при нагревании тела расширяются. Так, например, между рельсами железнодорожного пути оставляют зазоры. В жаркие летние дни зазоры едва заметны, зимой же в сильные морозы они увеличиваются. Если соединять рельсы вплотную, то, удлиняясь при нагревании, они изогнутся. То же может получиться с деталями привода клапанов, которые нагреваются при работе. Значит, зазор нужен для того, чтобы в моменты, когда ролик находится на затылочной части кулачка, клапаны имели возможность полностью закрыть выпускные и всасывающие отверстия в крышке цилиндра.
Если зазора не будет, то детали привода после нагрева удлинятся и не дадут пружинам клапана закрыть его, что приведет к нарушениям в рабочем процессе дизеля.
Правильная установка величины зазора при регулировке имеет очень большое значение. Чрезмерное увеличение зазора также нежелательно потому, что боек будет сильно ударять по колпачку клапана, вызывая быстрый износ деталей привода.
В дизелях 11Д45, Д49 и др. необходимую величину зазора в зависимости от температуры деталей привода автоматически поддерживает особое устройство — гидротолкатель, который к тому же уменьшает шум при работе газораспределительного механизма.
Рабочим телом гидротолкателя служит масло, которое поступает из масляной системы дизеля через невозвратный клапан.

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.

ОКНА И КЛАПАНЫ

Нарушения во времени питания цилиндров дизеля воздухом или топливом, в очистке их от отработавших газов и т. п. немедленно вызовут неполное сгорание топлива и, как следствие, снижение экономичности, образование сажи (дымление), появление токсичных газов, отравляющих окружающую среду. Сажа осядет на деталях дизеля, сам дизель перегреется, мощность его уменьшится, расход топлива увеличится. Могут возникнуть и другие нежелательные явления.
В двухтактных дизелях с прямоточно-щелевой продувкой (например, в дизелях 10Д100 и 2Д100) газы из цилиндров удаляются через окна в цилиндровой втулке. Окна открываются самим поршнем (нижним). Газы, отработавшие в цилиндрах двухтактных дизелей, имеющих клапанно-щелевую продувку (например, в дизелях 14Д40, 11Д45), выпускаются с помощью клапанов, В соответствии со своим назначением они называются выпускными. В четырехтактных дизелях Д50, М750, Д49, Д70 и др. выпуск газов из цилиндров производится также с помощью выпускных клапанов.

МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

А как заполняются цилиндры свежим воздухом? В четырехтактных дизелях (Д49, Д70, Д50, М750) это осуществляется через каналы в цилиндровой крышке, которые перекрываются впускными клапанами. В двухтактных дизелях 10Д100, 2Д100, 11Д45, 14Д40 и др. воздух в цилиндры поступает через окна в цилиндровой втулке; окна открываются и закрываются самим поршнем (на дизелях типа Д100 верхним поршнем). Механизм, который управляет движением впускных и выпускных органов и обеспечивает подачу воздуха и топлива в полном соответствии с установленным для данного дизеля порядком работы цилиндров, называется газораспределительным. Таким образом, устройство механизма газораспределения дизелей определяется тактностью дизеля, а на двухтактных дизелях — типом продувки.
На рис. 67 показана наиболее простая схема клапанного механизма дизелей типа Д50; такую же схему имеет клапанный механизм дизелей тепловозов ЧМЭЗ и ЧМЭ2.

Рис. 67. Простейшая схема привода клапанного механизма

Открытие клапанов в таких дизелях осуществляется распределительным валом, который приводится во вращение от коленчатого вала через зубчатую передачу (рис. 68). Поскольку цикл работы каждого цилиндра четырехтактного дизеля совершается за два оборота коленчатого вала, то распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого. Поэтому ведомое зубчатое колесо имеет в два раза больше зубьев, чем ведущее зубчатое колесо. Как же преобразуется вращательное движение распределительного вала в поступательное движение клапанов? Деталями, с помощью которых создается движение в системе рычагов, являются кулачки. Кулачкам придают нужную форму, благодаря которой получают заданную продолжительность открытия впускного или выпускного клапана в каждом цилиндре в соответствии с диаграммой газораспределения. Поэтому профиль кулачка имеет важное значение.Чем шире выступ кулачка, тем большее время управляемый им клапан остается открытым, давая проход свежему воздуху в цилиндр или отработавшим газам из цилиндра.
Чтобы улучшить очистку цилиндров от отработавших газов, на дизелях 2Д50, ПД1 и ПД2 постройки Пензенского дизельного завода выступ у выпускного кулачка сделан таким же широким, как и у впускного кулачка, и они имеют одинаковую форму.

Читать еще:  Что такое 4 тактный дизельный двигатель

Рис. 68. Схема зубчатой передачи

Дизели ПД1, 2Д50 и Д50 имеют шесть цилиндров, поэтому на распределительном валу размещено шесть кулачков для впускных клапанов и шесть для выпускных. Каждый кулачок должен открывать и закрывать клапаны в соответствии с порядком работы цилиндров дизеля (1-3-5-6-4-2, см. с. 80). Это достигается за счет соответствующего расположения кулачков на валу по отношению друг к другу.
Во время работы дизеля ролики толкателей (см. рис. 67) катятся по криволинейной поверхности кулачков. От этого штанги периодически поднимаются и опускаются и с помощью рычагов открывают или закрывают впускные и выпускные клапаны. Рычаги привода клапанов размещены в специальной коробке, устанавливаемой па каждой крышке цилиндра (рис. 69). На дизелях типов Д70, М750 и др. с двухрядным V-образным расположением цилиндров имеются два распределительных вала, кулачки которых приводят в движение клапаны своего ряда цилиндров. На дизелях Д49 установлен один распределительный вал. Через сложную систему рычагов он приводит в движение впускные и выпускные клапаны всех цилиндров дизеля.

ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Начнем с того, что клапаны, открывшись, должны возвращаться в исходное положение. Для быстрого и плотного закрытия клапанов на их стержни надевают пружины. Что же мешает клапану постоянно следовать за кулачком? Ответ очень простой — силы инерции. Они стремятся на участке закрытия клапана оторвать ролик, а вместе с ним и другие детали механизма газораспределения от поверхности кулачка. В связи с этим на стержни клапанов ставят по две пружины: наружную большего диаметра и внутреннюю меньшего диаметра (рис, 70). Эти пружины должны преодолеть силы инерции и обеспечить неразрывность связи кулачка с клапаном, т. е. обеспечить безударную работу деталей привода и закрытие клапана в соответствии с профилем кулачка.

Рис. 69. Привод клапанов дизелей ПД1, 2Д50, Д50

Для нормальной работы дизеля необходимо, чтобы каждый клапан в закрытом положении плотно прилегал к своему месту посадки (седлу) в крышке, не допуская пропуска воздуха при сжатии и пропуска газов в момент сгорания топлива в цилиндре. Для этого посадочные места на крышке цилиндра и клапана точно обрабатывают и притирают с помощью специальных паст.
В цилиндровой крышке дизелей Д49 и Д70 размещено по четыре клапана: два впускных и два выпускных.
Для чего установлено не по одному, а по два клапана? Главное требование, которое предъявляется к клапанам дизеля, — это создание наилучших условий для впуска воздуха и выпуска газов. Если при впуске воздух, проходя клапан, будет испытывать большое сопротивление, то заряд воздуха в цилиндре и давление в начале сжатия уменьшаются, что невыгодно. При выпуске, если проходное сечение выпускного клапана будет малым, цилиндр не успеет достаточно хорошо очиститься от отработавших газов. Вот почему проходные сечения клапанов должны быть максимальными. Эта цель и достигается при увеличении числа клапанов. А что, если увеличить диаметр выпускного клапана? Тогда, казалось бы, вместо двух можно ограничиться одним клапаном. Однако в этом случае температура тарелки клапана повысится, так как ухудшатся условия отвода тепла (возрастет термическое сопротивление тарелки клапана). Естественно, что в таких условиях работа клапана усложнится и его придется изготовлять из более жаростойких материалов. Не случайно поэтому на некоторых зарубежных тепловозных дизелях в одной цилиндровой крышке размещают даже шесть клапанов (три впускных и три выпускных). Известны, однако, и дизели, имеющие только один впускной и один выпускной клапан.
Клапаны работают в неблагоприятных условиях, так как подвержены сильному нагреву (до 600—700° С). Особенно сильно нагреваются выпускные клапаны, так как они омываются газами в момент выпуска из цилиндра, поэтому эти клапаны изготовлены из так называемой жаростойкой стали, хорошо противостоящей высоким температурам.

Рис.70 Цилиндровая крышка тепловозных дизелей типа Д49

Когда клапан закрыт, между его колпачком и бойком рычага, перемещающего клапан, должен оставаться небольшой зазор. Его величина на холодном дизеле должна находиться в пределах 0,4 — 0,5 мм. Для чего нужен зазор? Известно, что при нагревании тела расширяются. Так, например, между рельсами железнодорожного пути оставляют зазоры. В жаркие летние дни зазоры едва заметны, зимой же в сильные морозы они увеличиваются. Если соединять рельсы вплотную, то, удлиняясь при нагревании, они изогнутся. То же может получиться с деталями привода клапанов, которые нагреваются при работе. Значит, зазор нужен для того, чтобы в моменты, когда ролик находится на затылочной части кулачка, клапаны имели возможность полностью закрыть выпускные и всасывающие отверстия в крышке цилиндра.
Если зазора не будет, то детали привода после нагрева удлинятся и не дадут пружинам клапана закрыть его, что приведет к нарушениям в рабочем процессе дизеля.
Правильная установка величины зазора при регулировке имеет очень большое значение. Чрезмерное увеличение зазора также нежелательно потому, что боек будет сильно ударять по колпачку клапана, вызывая быстрый износ деталей привода.
В дизелях 11Д45, Д49 и др. необходимую величину зазора в зависимости от температуры деталей привода автоматически поддерживает особое устройство — гидротолкатель, который к тому же уменьшает шум при работе газораспределительного механизма.
Рабочим телом гидротолкателя служит масло, которое поступает из масляной системы дизеля через невозвратный клапан.

Устройство автомобилей

Назначение газораспределительного механизма

Газораспределительный механизм (ГРМ) двигателя внутреннего сгорания предназначен для своевременного впуска свежего заряда в цилиндры двигателя и выпуска из них отработавших газов.
При этом свежим зарядом в карбюраторных двигателях подразумевается порция смеси воздуха и бензина, подаваемого в цилиндр для последующего воспламенения от специального поджигающего устройства.
В дизельных двигателях и прочих двигателях с внутренним смесеобразованием при помощи газораспределительного механизма в цилиндры подается чистый воздух, в который, после предварительного сжатия, впрыскивается топливо при помощи специального устройства (форсунки, компрессора и т. п.), имеющего отношение к другой системе двигателя – системе питания.

Очевидно, что без тщательно налаженного и безотказно функционирующего газораспределительного механизма двигатель работать не будет.

Исходя назначения и из условий, в которых работают детали и узлы газораспределительного механизма, к нему предъявляются следующие основные требования:

  • хорошее наполнение и очистка цилиндров;
  • минимальные габариты и масса деталей;
  • высокая надежность деталей, обусловленная требуемой жесткостью их конструкции, стойкостью к изнашиванию и высоким температурам;
  • минимальные потери на трение при работе;
  • простота и технологичность конструкции.

В зависимости от элементов, посредством которых цилиндры двигателя сообщаются с внешней средой, газораспределительные механизмы делятся на клапанные и золотниковые .

Золотниковый принцип газораспределения применяется, преимущественно, в двухтактных двигателях, где подача свежего заряда и удаление отработавших газов осуществляется через специальные окна в цилиндрах, сообщающиеся с впускными и выпускными каналами. Окна открываются и перекрываются поршнем в процессе его перемещения вдоль цилиндра, т. е. основные функции ГРМ выполняют детали кривошипно-шатунного механизма двигателя.

В современных четырехтактных двигателях наибольшее применение получили клапанные ГРМ, обеспечивающие более качественный газообмен без потерь тепловой энергии и части топлива, т. е. способствующие повышению общего КПД теплового двигателя.

Клапанный газораспределительный механизм состоит из привода, передаточных деталей и клапанной группы.
Привод обычно включает зубчатую, ременную или цепную передачу и распределительный вал.

Передаточные детали являются промежуточным звеном между приводом и клапанным механизмом. К передаточным деталям относятся толкатели, штанги, коромысла или другие конструктивные элементы, выполняющие сходные функции.

Клапанная группа включает клапаны, направляющие втулки клапанов и пружины клапанов с замковыми устройствами.

Классификация клапанных газораспределительных механизмов

Клапанные газораспределительные механизмы могут иметь различную конструкцию и выполняться по разнообразным техническим решениям.

По расположению клапанов различают ГРМ:

  • с нижним расположением клапанов;
  • с верхним расположением клапанов.

В случае с нижним расположением (рис. 1) клапаны размещаются, как правило, в один ряд сбоку цилиндров и приводятся в действие через толкатели 9 от общего распределительного вала, на котором выполнены кулачки 10.
Такая схема расположения клапанов имеет существенные недостатки: неудобство регулировки тепловых зазоров, растянутая форма камеры сгорания, высокое сопротивление клапанов, что приводит к недостаточному наполнению и очистке цилиндров. По этим причинам нижнеклапанная схема газораспределительных механизмов на современных двигателях почти не применяется.

При верхнем расположении клапанов (рис. 1) указанные выше недостатки отсутствуют, поэтому мощность и экономичность двигателя выше.

Читать еще:  245 двигатель троит и дымит

По расположению распределительного вала ГРМ могут быть:

  • с нижним расположением вала;
  • с верхним расположением вала.

При нижнем расположении (рис. 1) распределительный вал находится сбоку и немного выше коленчатого вала или над коленчатым валом. Нижнеклапанный газораспределительный механизм, показанный на рисунке 1,а, выгодно отличается высокой жесткостью и меньшей инерционностью передаточных деталей, чем верхнеклапанный ГРМ, изображенный на рис. 1,б, поскольку второй механизм имеет много промежуточных звеньев (штанги, коромысла). Эти недостатки можно устранить, используя верхнее расположение распределительного вала (рис. 1,в), когда вал находится в головке блока цилиндров и непосредственно воздействует на клапаны.

Клапанный ГРМ работает следующим образом: приводимый во вращение от коленчатого вала распределительный вал своими кулачками воздействует на толкатели или непосредственно на клапаны через направляющие стаканы (рис. 1,в).
При нижнем расположении клапанов усилие от толкателя передается непосредственно на клапан, а при верхнем – от толкателя на штангу, затем на коромысло и после этого на клапан.
Далее клапан, преодолевая усилие пружины, перемещается в направляющей втулке и открывается, соединяя полость цилиндра с впускным или выпускным каналом (в зависимости от назначения клапана).
При дальнейшем вращении распределительного вала кулачок проворачивается, отпуская клапан, и он возвращается в исходное положение под воздействием пружины, закрывая канал. Поскольку кулачки на распределительном валу выполнены под определенными углами, клапаны цилиндров открываются и закрываются в строго определенные моменты, что обуславливает правильное газораспределение.

По расположению и числу клапанов ГРМ могут быть:

  • с продольным расположением относительно оси двигателя;
  • с поперечным или косым расположением;
  • с двумя клапанами на цилиндр;
  • с тремя клапанами на цилиндр;
  • с четырьмя клапанами на цилиндр.

Продольное расположение клапанов (рис. 2, а-в) является наиболее простым. Расположение клапанов может быть попарное и или поочередное. При попарном расположении впускные каналы соседних цилиндров могут иметь общий патрубок.

Поперечное расположение клапанов (рис. 2,г) используется при установке свечи зажигания в центре камеры сгорания. При этом обеспечивается лучшее наполнение цилиндров.

Если при этом клапаны наклонены или смещены относительно оси цилиндра, то такое расположение клапанов называется косым. Косое расположение позволяет увеличить диаметр клапанов, оптимизировать расположение свечей зажигания или форсунок и форму камеры сгорания.

При поперечном расположении клапанов впускные и выпускные каналы направлены в разные стороны, что позволяет увеличить диаметр клапанов, а значит, увеличить их пропускную способность.

Увеличение диаметра клапанов положительно сказывается на газообмене в цилиндрах, но, вместе с тем, приводит к увеличению массы и габаритов клапана, а значит – к росту инерционных нагрузок на детали, особенно в высокооборотистых двигателях.
Одним из решений этой проблемы является применение многоклапанных двигателей, когда на каждый цилиндр устанавливают три или четыре клапана. Это позволяет увеличить проходное сечение при меньшей массе клапанов. Тем не менее, и такая конструкция не лишена недостатков, в первую очередь – из-за усложнения и, как следствие, снижения надежности и повышения стоимости.

В газораспределительных механизмах современных двигателей может применяться не только один, но и два распределительных вала. Такие двигатели называют двигателями типа DOHC.

Двигатель DOHC (Double Over Head Camshaft) – это, в соответствии с аббревиатурой, двигатель, имеющий два распределительных вала с верхним расположением. Появление таких двигателей связано с увеличением числа клапанов ГРМ для повышения эффективности процессов газообмена в цилиндрах.
В современных двигателях типа DOHC на каждый цилиндр приходится четыре клапана – два впускных и два выпускных, это позволяет быстрее очистить цилиндр от продуктов сгорания топлива и наполнить его свежим зарядом.
Очевидно, повышения эффективности газообмена можно достичь двумя способами – увеличением диаметра клапанных тарелок или увеличением количества клапанов.
В первом случае ограничение накладывает диаметр цилиндра – нельзя увеличивать диаметр тарелки клапана за границы, определяемые диаметром цилиндра двигателя. Поэтому использование увеличенных до предела тарелок клапанов не позволяет полностью использовать площадь цилиндра для повышения эффективности газообменных процессов.
Второй способ позволяет использовать площадь цилиндра более рационально, но приводит к усложнению конструкции ГРМ. Тем не менее, конструкторы современных автомобильных двигателей пошли по пути усложнения клапанного механизма с целью увеличения мощности и КПД при заданных параметра х двигателя.

Некоторые автопроизводители с этой целью используют не четыре клапана на цилиндр, а пять («Audi V6») и даже шесть («Maserati V6 — 4AC — 36v») (см. рисунок 2.а).

По виду привода распределительного вала ГРМ могут быть (рис. 3):

  • с приводом от зубчатой передачи;
  • с приводом от цепной передачи;
  • с приводом от ременной передачи (обычно применяется зубчатый ремень);
  • с вальным приводом.

Привод от зубчатой передачи (рис. 4, в) обычно применяют в механизмах с нижним расположением распределительного вала. Как правило, в этом случае используется два косозубых зубчатых колеса, одно из которых устанавливается на коленчатом валу (ведущее), а второе – на распределительном валу (ведомое).
При значительном расстоянии между осями коленчатого и распределительного валов, например при расположении распределительного вала в верхней части блока или двух боковых распределительных валах, привод может иметь три или даже четыре зубчатых колеса.
Основное достоинство данного привода заключается в простоте конструкции, удобстве обслуживания, надежности и постоянстве передаточного числа.
Недостатки – относительно высокая стоимость изготовления и повышенный уровень шума.

Вальный привод (рис. 3, г) также надежен в работе и применяется в дизелях большой мощности при расположении распределительного вала в головке блока цилиндров. Его недостатки – сложность конструкции, более низкая жесткость и сложность регулировки по сравнению с приводом от зубчатой передачи.

Цепные передачи тоже используются в качестве привода распределительного вала (рис. 3, б), при этом в качестве промежуточного звена обычно применяются роликовые двухрядные и однорядные цепи.
Преимущество такого привода – возможность передачи момента вращения при больших расстояниях между коленчатым и распределительным валами, простота конструкции, небольшая масса деталей, относительно низкий уровень шума и удовлетворительная надежность.
Недостатки цепного привода – быстрое изнашивание и растяжение цепи, вибрация под действием переменных нагрузок. Для устранения этих недостатков в цепных приводах устанавливаются автоматические натяжные устройства и специальные направляющие колодки.

В двигателях невысокой передаваемой мощности, например, применяемых в легковых автомобилях, нередко в качестве привода распределительного вала используется ременная передача с зубчатым ремнем. Ремень чаще всего изготовляется из синтетических материалов, армированных стекловолокном или проволочным кордом.
Преимущества такого привода: малая масса движущихся деталей, низкий уровень шума, устойчивость регулировок, простота технического обслуживания, обусловленная отсутствием потребности в смазке и регулировках при эксплуатации.
Единственный недостаток такой передачи – невысокая долговечность.

На рис. 4 представлены различные приводы клапанного механизма.

При непосредственном приводе (рис. 4, а) на клапан воздействует кулачок распределительного вала через направляющий стакан 1, который исключает дополнительные нагрузки на стержень и втулку клапана.
При верхнем расположении распределительного вала и продольном расположении клапанов привод клапана может осуществляться и через одноплечие рычаги (рис. 4, б-г), а при поперечном и косом расположении клапанов – через коромысла (рис. 4, з).
При нижнем расположении распределительного вала привод клапанов осуществляется, как правило, через коромысла.

Представленный ниже видеоролик поможет лучше понять устройство и принцип работы газораспределительного механизма поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Гильзовая система газораспределения

Впервые разработана американским инженером Чарльзом Найтом (Charles Yale Knight), часто по его фамилии называется «системой Найта», хотя Найт разработал лишь один из типов гильзового газораспределения — со скользящими гильзами.

Применялась на дорогих легковых автомобилях — в первую очередь нужно отметить целую серию моделей SS (San-Soupape, фр. «без клапанов») французской фирмы Panhard et Levassor и автомобили фирмы Avions Voisin с двигателями Найта, а также такие модели, как Willys-Knight и Mercedes-Knight.
Принцип действия — открытие/закрытие окон в стенках цилиндра скользящими гильзами (sleeve valves). На британских авиадвигателях применялась не система Найта, а система МакКаллума, в которой гильзы не скользили вдоль цилиндра, а вращались относительно него, что было проще в реализации. Также существовало небольшое число двигателей, имевших окна не сбоку цилиндра, а в самой головке блока, то есть более близких к традиционной системе с тарельчатыми клапанами.
Главное преимущество — полная бесшумность. Кроме того, — долговечность и улучшение наполнения цилиндров бензовоздушной смесью за счёт большого размера и меньшего сопротивления окон в гильзах по сравнению с каналами клапанов, особенно в нижнеклапанных двигателях.
Основные недостатки — сложность и высокий расход масла.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector