Устройство механизма газораспределения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Механизм газораспределения

1.1 Устройство механизма газораспределения

газораспределение механизм клапан фаза

Механизм газораспределения предназначен для своевременного впуска в цилиндры воздуха (дизели) или горючей смеси (карбюраторные и газовые двигатели) и выпуска из них отработавших газов. Механизм газораспределения может иметь верхнее расположение клапанов (в головке цилиндров) или нижнее (в блоке цилиндров). В современных автомобильных двигателях применяют механизм газораспределения с верхним расположением клапанов, которое позволяет получить компактную камеру сгорания, обеспечить лучшее наполнение цилиндров горючей смесью и облегчить регулировку тепловых зазоров.

Механизм газораспределения:

1 - шестерня распределительного вала, 2 - упорный фланец, 3 - распорное кольцо, 4 - опорные шейки,

5 - эксцентрик привода топливного насос, 6 - кулачки выпускных клапанов, 7 - кулачки впускных клапанов,

8 - втулки, 9 - впускной клапан, 10 -направляющая втулка, 11 - упорная шайба, 12 - пружина,

13 - ось коромысел, 14 - коромысло, 15 - регулировочный винт, 16 -стойка оси коромысел,

17 - механизм поворота выпускного клапана, I8 - выпускной клапан, 19 - штанга, 20 - толкатели,

21 - шестерня привода масляного насоса и прерывателя-распределителя

1.2 Механизм газораспределения с верхним расположением клапанов

На рисунке показан механизм газораспределения двигателя ЗИЛ-130. Усилие от кулачков 6 и 7 распределительного вала через толкатели 20, штанги 19 и коромысла 14 передается клапанам, которые открываются, сжимая пружины 12. Закрытие клапанов происходит под действием сжатых пружин. На общем для обоих рядов цилиндров распределительном вале имеются также шестерни 21 привода масляного насоса и прерывателя-распределителя, а также эксцентрик 5 привода топливоподкачивающего насоса. Распределительный вал расположен в блоке цилиндров и шестерней 1 приводится от коленчатого вала; частота вращения распределительного вала должна быть в два раза меньше частоты вращения коленчатого вала.

Для ограничения осевых перемещений распределительного вала между шестерней 1 и передней опорной шейкой 4 установлено распорное кольцо 3, которое обеспечивает зазор (0,1 - 0,2 мм) между упорным фланцем 2 и шестерней 1.

Механизм газораспределения дизеля КамАЗ-740 также имеет один распределительный вал 1 с шестерней привода 17, установленной на заднем конце вала.

Детали механизма газораспределения:

1 - распределительный вал, 2 - толкатель, 3 - направляющая толкателей, 4 - штанга,

5 - регулировочный винт, 6 - коромысло, 7 - контргайка, 8 - втулка, 9 - тарелка,

10 - пружина внутренняя, 11 - пружина наружная, 12- шайба, 13 - сухарь, 14 - впускной клапан,

15 - выпускной клапан, 16 - фланец, 17 - шестерня.

Стальной распределительный вал установлен в развале блока цилиндров на пяти подшипниках скольжения.

Осевое перемещение вала ограничено корпусом заднего подшипника, в торцы которого с одной стороны упирается ступица шестерни 17, а с другой - упорный борт задней опорной шейки вала.

Стальные толкатели 2 грибкового типа пустотелые с цилиндрической направляющей частью. Тарелка толкателя имеет наплавку отбеленным чугуном.

Направляющая 3 толкателей делается съемной, общей для четырех толкателей, что облегчает ее ремонт. Впускной 14 и выпускной 15 клапаны изготовлены из жаропрочной стали. Стержни клапанов на длине 120 мм от верхнего торца покрыты графитом для лучшей приработки. Во время работы двигателя клапаны поворачиваются относительно седла за счет специальной конструкции разъемного соединения (втулка 8 - тарелка 9), что повышает продолжительность их эксплуатации без ремонта.

В современных высокооборотных двигателях легковых автомобилей ВАЗ и «Москвич» распределительный вал установлен на головке блока цилиндров, что упрощает кинематическую связь между кулачками и клапанами. Такое расположение распределительного вала называется верхним, оно позволяет упростить блок цилиндров и уменьшить шум при работе механизма газораспределения. При верхнем расположении распределительный вал приводится цепью или зубчатым ремнем.

Привод механизма газораспределения с верхним расположением распределительного вала:

а - цепью, б - зубчатым ремнем; 1 - коленчатый вал, 2 - ведущая звездочка, 3 - цепь,

4 - башмак натяжного устройства, 5 - натяжное устройство, 6 - ведомая звездочка,

7 - распределительный вал, 8 - рычаг привода клапана, 9 - клапаны,

10 - втулка регулировочного болта, 11 - регулировочный болт, 12 - успокоитель цепи,

13 - звездочка привода масляного насоса и прерывателя-распределителя,

14, 16, 17 - зубчатые шкивы, 15 - зубчатый ремень, 18 - болт

Например, на двигателях автомобилей ВАЗ-2101 «Жигули» (рис. а) чугунный распределительный вал 7 расположен в пяти опорах, алюминиевый корпус которых устанавливается на шпильки и притягивается сверху к головке цилиндров гайками.

Кулачки распределительного вала действуют на рычаги 8, которые, поворачиваясь на сферической головке регулировочного болта 11, другим концом нажимают на стержень клапана и открывают его. Регулировочный болт ввернут во втулку 10 головки цилиндров и стопорится контргайкой. Закрывается клапан двумя пружинами. Вращение от коленчатого вала 1 к распределительному валу 7 передается втулочно-роликовой цепью 3. Этой же цепью приводится во вращение ведомая звездочка 13 привода масляного насоса и прерывателя-распределителя зажигания. Для уменьшения колебаний цепи служит успокоитель 12, закрепленный на торце двигателя. Для натяжения цепи предусмотрено натяжное устройство 5 с башмаком 4.

Привод распределительного вала в двигателе автомобиля ВАЗ-2105 осуществляется зубчатым ремнем. Для этого на коленчатом и распределительном валах (рис. б) установлены шкивы 14 и 16 с наружными зубьями специального профиля. Шкивы 14 и 16 охватываются ремнем 15, на внутренней поверхности которого также имеются зубья. Ремень охватывает также зубчатый шкив 17 привода масляного насоса. Ремень изготовлен из специальной резины, армированной стеклокордовым шнуром, а его рабочая зубчатая поверхность покрыта специальной эластичной тканью.

В конструкции привода предусмотрено натяжное устройство, состоящее из закрепленного на поворотной пластине гладкого ролика, который прижимается к наружной поверхности ремня 15 пружиной. Чтобы натяжение ремня сделать нормальным, достаточно отпустить болт 18, проходящий сквозь прорезь в пластине. Это позволит пружине подтянуть пластину вместе с роликом 5, после чего болт 18 следует затянуть.

Весь привод распределительного вала не нуждается в смазке; от пыли и грязи защищен легкими пластмассовыми крышками. Привод зубчатым ремнем позволяет (по сравнению с цепным) снизить металлоемкость и шум механизма газораспределения.

1.3 Детали механизма газораспределения

Поверхности кулачков и опорных шеек распределительного вала дизеля КамАЗ-740 отцементированы и закалены токами высокой частоты. Втулки подшипников сделаны из биметаллической ленты и запрессованы в перегородки блока. Шестерни привода распределительного вала расположены на заднем торце блока цилиндров.

Между каждой парой опорных шеек вала имеются четыре кулачка - для клапанов одного цилиндра правого ряда и одного цилиндра левого ряда. Углы взаимного расположения кулачков зависят от порядка работы цилиндров и фаз газораспределения.

Каждый цилиндр имеет по одному впускному и одному выпускному клапану. Для некоторых двигателей распределительные валы изготовляют из чугуна, в этом случае их кулачки и шейки подвергают отбеливанию.

Шестерни распределительных валов карбюраторных двигателей делают из чугуна или из текстолита. Зубья у шестерен косые, что вызывает появление силы, стремящейся переместить распределительный вал в осевом направлении.

Толкатели изготовляют из стали или чугуна. Стальные толкатели имеют наплавленную чугунную пятку, соприкасающуюся с кулачком. Толкатели бывают цилиндрическими, грибовидными или роликовыми. Толкатели имеют углубления, в которые входят нижние концы штанг. Перемещаются толкатели в направляющих, выполненных в блоке цилиндров, или в привернутых к нему корпусах направляющих.

Штанги изготовляют полыми из стали или из дюралюминия со стальными сферообразными наконечниками, которыми штанга упирается с одной стороны в толкатель, а с другой - в сферическую поверхность регулировочного винта.

Коромысло изготовляют из стали или чугуна. Плечо коромысла со стороны клапана длиннее, чем со стороны штанги толкателя. Это позволяет уменьшить высоту подъема толкателя и штанги. В отверстие коромысла запрессована бронзовая втулка. Устанавливают коромысла на полых осях, которые бывают общими для всех цилиндров или выполняют отдельно для каждого цилиндра.

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапан состоит из тарельчатой плоской головки и стержня. Диаметр головки впускного клапана больше, чем выпускного. Впускные клапаны изготовляют из хромистой стали; выпускные клапаны (или их головки) - из жаростойкой стали. Вставные седла клапанов, запрессованные в головку или блок цилиндров, изготовляют из жаростойкого чугуна. На рабочую поверхность головки выпускных клапанов иногда наплавляют жаростойкий сплав. Для лучшего охлаждения внутреннюю полость некоторых выпускных клапанов заполняют металлическим натрием, который имеет высокую теплопроводность и температуру плавления 98°С. При движении клапана расплавленный натрий, перемещаясь внутри стержня, отводит теплоту от головки к стержню, которая затем передается направляющей втулке 10.

Рабочая поверхность головки клапана (фаска) обычно имеет угол 45°; только у впускных клапанов двигателя ЗИЛ-130 этот угол равен 30°. Фаску головки клапана тщательно обрабатывают и притирают к седлу.

Стержень клапана имеет выточку, в которую вставляют сухарики 7 для крепления упорной шайбы 6 пружины клапана. Стержни клапанов перемещаются в направляющих втулках 10 - чугунных или металлокерамических.

Клапан прижимается к седлу одной или двумя пружинами. При двух пружинах направление их витков должно быть различным, чтобы при поломке одной из них ее витки не могли попасть между витками другой.

Выпускной клапан:

а - выпускной клапан, б - клапан закрыт, в - клапан открыт, г - детали механизма;

1 - корпус механизма поворота, 2 - шарики, 3 - опорная шайба, 4 - замочное кольцо, 5 - пружина клапана,

6 - упорная шайба пружины, 7 - сухарики, 8 - дисковая пружина, 9 - возвратная пружина,

10 - направляющая втулка, 11 - металлический натрий

Выпускные клапаны двигателей принудительно поворачиваются при работе, что предотвращает их заедание и обгорание. Механизм поворота состоит из неподвижного корпуса 1 (рис. а-г), пяти шариков 2 с возвратными пружинами 9, дисковой пружины 8 и опорной шайбы 3 с замочным кольцом 4. Корпус 1 установлен на направляющей втулке 10 клапана в углублении головки цилиндров и имеет секторные пазы для шариков 2. Опорная шайба 3 и дисковая пружина 8 с зазором надеты на выступ корпуса. При закрытом клапане (рис. б), когда усилие его пружины 5 невелико, дисковая пружина 8 выгнута наружной кромкой кверху, а внутренней кромкой опирается на заплечик корпуса /. При открытии клапана усилие его пружины 5 увеличивается, дисковая пружина 8 распрямляется и ложится на шарики 2 (рис. в). Усилие пружины 8 передается на шарики 2, и они, перекатываясь по секторным пазам корпуса, поворачивают дисковую пружину и опорную шайбу, а следовательно, пружину клапана и клапан.

При закрытии клапана усилие его пружины уменьшается, дисковая пружина 8 прогибается и упирается в заплечик корпуса, освобождая шарики 2, которые под действием пружины 9 возвращаются в исходное положение.

Для предотвращения попадания масла в цилиндр по зазору между стержнем клапана и направляющей втулкой 2 на ней или стержне клапана устанавливают резиновое уплотнение в виде колпачка 1 или сальника 3.

Уплотнения клапанов:

а - ЗМЗ-24, б - ВАЗ-2105;

1 - колпачок, 2 - направляющая втулка, 3 - сальник, 4 - лабиринтное уплотнение

В настоящее время за рубежом все шире применяют так называемую четырехклапанную конструкцию (в первую очередь для двигателей легковых автомобилей), т. е. установку в каждом цилиндре двух впускных и двух выпускных клапанов. Это позволяет улучшить наполнение цилиндров свежей смесью, а значит, увеличить литровую мощность двигателя (до 50 кВт/л). Свеча у четырехклапанных карбюраторных двигателей расположена в центре камеры, что сокращает время сгорания смеси и улучшает топливную экономичность двигателя.

2. Фазы газораспределения и порядок работы цилиндров

2.1 Фазы газораспределения

Под фазами газораспределения понимают моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов выпускной клапан должен открываться до достижения поршнем НМТ, а закрываться после ВМТ. С целью лучшего наполнения цилиндров смесью впускной клапан должен открываться до достижения поршнем ВМТ, а закрываться после прохождения НМТ. Период, в течение которого одновременно открыты оба клапана (впускной и выпускной), называют перекрытием клапанов.

Фазы газораспределения подбирают на заводах опытным путем в зависимости от быстроходности двигателя и конструкции его впускной и выпускной систем. При этом стремятся использовать колебательное движение газов во впускной и выпускной системах таким образом, чтобы к концу закрытия впускного клапана перед ним оказалась бы волна давления, а к концу закрытия выпускного клапана за ним была бы волна разрежения. При таком подборе фаз газораспределения удается одновременно улучшить заполнение цилиндров свежей смесью и их очистку от отработавших газов.

Заводы указывают фазы газораспределения для своих двигателей или в виде диаграмм. Диаграмма показывает, что впускной клапан начинает открываться за 10° до ВМТ, а заканчивает закрываться через 46° после НМТ. Выпускной клапан начинает открываться за 66° до НМТ и заканчивает закрываться через 10° после ВМТ. Перекрытие клапанов в этом случае составляет 20°.

Диаграмма фаз газораспределения:

1 - впуск, 2 - выпуск

Правильность установки механизма ВМТ газораспределения определяется зацеплением распределительных шестерен с имеющимися на них метками. Отклонение при установке фаз газораспределения хотя бы на два зуба шестерни или звездочки распределительного вала приводит к удару клапана о поршень, потери компрессии, выходу из строя клапана или двигателя.

Постоянство фаз газораспределения сохраняется только при соблюдении теплового зазора в клапанном механизме. Увеличение этого зазора приводит к уменьшению продолжительности открытия клапана, и наоборот.

2.2 Порядок работы цилиндров

Последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах называют порядком работы цилиндров двигателя. Порядок работы зависит от расположения цилиндров, расположения шеек коленчатого и кулачков распределительного валов.

У четырехтактного четырехцилиндрового однорядного двигателя такты чередуются через 180°, порядок работы может быть 1-3-4-2 («Москвич-2140», ВАЗ-2106 «Жигули») или 1-2-4-3 (ГАЗ-24 «Волга»).

В V-образных восьмицилиндровых четырехтактных двигателях шатунные шейки располагаются под углом 90°. Угол между двумя рядами цилиндров тоже 90°. Когда поршень одного цилиндра находится в какой-либо мертвой точке, поршень соседнего цилиндра находится примерно на середине своего хода. Поэтому такты, происходящие в левом ряду цилиндров, смещаются относительно соответствующих тактов, происходящих в цилиндрах правого ряда, на 90°, или 1/4 оборота, коленчатого вала.

Размещено на Allbest.ru