Двигатель с нижним расположением клапанов – 3.Механизмы газораспределения. Взаимодействие деталей механизма с нижним и верхним расположением клапанов. Преимущества и недостатки. Тепловой зазор в механизме.

Содержание

Нижнеклапанный двигатель, его плюсы и минусы

nn621

Как известно сердцем любого механизма является его двигатель, поэтому от его выбора зависит качество и долговечность роботы машины. А чтобы грамотно подобрать эту неотъемлемую часть любого механизма, нужно хорошо разобраться в этом вопросе.

В нынешнее время существует довольно большое количество разновидностей двигателей. В основном квалификация двигателей происходит по следующей схеме:

  1. В соответствии с расположением распределительного вала.
  2. В соответствии с расположением клапанов.

Дальше двигатели принято распределять на целые ряды подтипов. Но важно перед этим разобраться именно со второй позицией, ведь от нее в большей степени зависит насколько мощным и выносливым будет двигатель. В соответствии с расположением клапанов, двигатели бывают нижнеклапанные, верхнеклапанные и соответственно со смешанным расположением клапанов.

Особенности роботы нижнеклапанного двигателя

Большинство двигателей работают по схеме ДВЗ (двигатель внутреннего сгорания), для этого необходимыми элементами есть клапаны и распределительный вал, с помощью которых синхронизируется робота выброса и заброса топлива, воздуха и использованных газов. Поэтому так важно место клапанов в работе двигателя. Нижнеклапанный двигатель характеризуется расположением распределителя и клапанов в блоке, рядом с цилиндрами. Также в одном блоке с ними располагается и привод.

Нижнеклапанный двигатель

Преимущества нижнеклапанного двигателя

Данное расположение многие считают наиболее выгодным, ведь оно имеет достаточно долгий перечень плюсов. Именно эта конструкция обеспечивает низкую шумность. Также, благодаря такому расположению данная модель установки клапанов считается самой безопасной, ведь при ней практически исключается возможность касания между клапанами и поршнем, что часто происходит при неправильном расположении распределительного вала.

При роботе нижнеклапанного двигателя, при установленных параллельно гидравлических толкателях, единственный шум, который слышен – это шум обтекающего вентилятор воздуха. Также одним из главных плюсов вышеназванного типа двигателей есть тот, что при правильной их эксплуатации практически сводиться к нулю возможность перегрева, что также увеличивает безопасность двигателю.
Двигатель нижнеклапанный

Хорошую службу сослужили нижнеклапанные двигатели во времена, когда поршни нуждались в регулярной чистке от нагара, ведь они в отличии от других типов двигателей является самыми доступными, ведь сам клапан представлен обычной алюминиевой, или чугунной пластинкой.

Минусы в роботе нижнеклапанного двигателя

Но как известно, прогресс не стоит на месте. Идеал недосягаем, но все же человек во всем стремится к совершенству, а в автомобилях главным критерием идеальности есть скорость. В этой постановке вопроса и проявляется главный недостаток машин с нижнеклапанным двигателем. Ведь при данном расположении двигателя из-за извилистого пути, который должна пройти бензовоздушная смесь значительно замедляется процесс наполнения цилиндров. Двигатель при этом становится неэкономичным и тихоходным. Также показатели двигателя отстают по вине нижнеклапанного мотора, имеющего сложную форму, что затрудняет процесс обработки мотора. При этом и появляется злосчастная шероховатость замедляющая роботу мотора.

При всех плюсах, существенным недостатком есть то, что при подобной компоновке механизма газораспределения затруднен доступ к толкателям клапанов. В некоторых случаях данного расположения мотора корректировка клапанного мотора вообще не была предусмотрена.

Также среди перечисленных минусов следует обозначить и то, что при нижнеклапанном двигателе машина более всего склонна к детонации. Обуславливается это с одной стороны вытянутой формой камеры сгорания, а с другой те, что такой вид двигателя не позволяет увеличить степень сжатия, с помощью которой и повышается удельная мощность.

Обобщенная характеристика нижнеклапанного двигателя

Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод о том, что в изначально нижнеклапанный двигатель в автомобилестроении занимал приоритетные перед другими видами двигателей позиции. После 1950-х, когда автомобилестроение получило новый виток развития и в широком обиходе начало появляться топливо с высокими октановыми числами, нижнеклапанные двигатели потеряли свою популярность, уступая в скорости машинам с другими видами двигателей. На сегодняшнее время стало очевидным, сослужив в свое время хорошую службу, сегодня место нижнеклапанным двигателям в музее, или гаражах коллекционеров.

Похожие записи

Газораспределительный механизм с нижним расположением клапанов

Основа нормального функционирования двигателя – это слаженная работа всех его механизмов и систем. Одним из таких важных составляющих силового агрегата является газораспределительный механизм, который отвечает за подачу воздуха во все цилиндры машины и вывод выхлопных газов.

Назначение и принцип действия ГРМ

Газораспределительный механизм в двигателе внутреннего сгорания предназначается для своевременной подачи воздушно-топливной смеси или воздуха в цилиндры и выпуска оттуда отработанных газов. Работа механизма осуществляется за счет своевременного открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

Рабочий процесс ГРМ основывается на синхронном движении распределительного и коленчатого вала, что обуславливает открытие и закрытие клапанов в нужный момент моторного цикла. Во время вращательного движения распредвала, кулачки надавливают на рычаги, а те на стержни клапанов, открывая их. Следующий поворот распредвала поворачивает кулачек, который занимает исходную позицию и закрывает клапан.

Классификация газораспределительных механизмов

Двигатели на современных автомобилях оснащаются разными газораспределительными механизмами, которые имеют следующую классификацию:

  1. В зависимости от расположения распределительного вала – нижнее или верхнее.
  2. В зависимости от числа распределительных валов – один или SONC (Single OverHead Camshaft), либо два вала – DOHC (Double OverHead Camshaft).
  3. В зависимости от количества клапанов – от 2 до 5.
  4. От разновидности привода вала – шестеренчатый, цепной или с зубчатым ремнем.

Двигатели с верхним расположением вала считаются наиболее эффективными, и получили самое широкое распространение. В них клапана приводятся в движение распредвалом через рычаги толкателей. Это упрощает всю конструкцию, снижает массу двигателя и уменьшает силу инерции. В такой компоновке вал монтируется в головке, рядом с клапанами. Движение с коленчатого вала передается при помощи роликовой цепи или зубчатого ремня.

При нижнем положении вала ГРМ, он монтируется рядом с коленчатым валом в блоке цилиндров. Передача усилия на клапана происходит при помощи толкателей через коромысла. Распредвал входит в зацепление с коленвалом при помощи шестерни. Такая конструкция двигателя считается усложненной, к тому же инерция двигающихся частей механизма возрастет.

Количество распределительных валов механизма и клапанов на каждый цилиндр зависит от варианта двигателя. Чем больше в нем клапанов предусмотрено, тем лучше цилиндры заполняются воздухом или горючей смесью, и очищаются от газов. Благодаря этому, двигатель в состоянии развить больший крутящий момент и мощность. Нечетное количество клапанов означает большее число впускных в сравнении с выпускными.

Устройство ГРМ

Газораспределительный механизм имеет следующие основные элементы:

1. Распределительный вал. Открывает клапаны в определенной последовательности в зависимости от порядка работы цилиндров. Его изготавливают из чугуна или стали, и подвергают закалке токами высокой частоты трущиеся поверхности. Он может быть смонтирован в головке блока цилиндров или в картере. В многоклапанных двигателях расположено два распределительных вала, один из которых управляет впускными клапанами, а другой выпускными. Вращение вала происходит на цилиндрических опорных шейках. Прямое или непрямое воздействие на клапана осуществляется кулачками, расположенными на валу. Каждый кулачек соответствует одному клапану.

2. Привод клапанов. Клапаны приводятся в движение различными способами: при расположении распредвала в картере, усилие от кулачков передается на толкатели, штанги и коромысла.

Коромысло (рокер или роликовый рычаг) выполнено из стали, его устанавливают на полую ось, зафиксированную в стойках головки цилиндров. Одна его сторона упирается в кулачек вала, а другая давит на торец стержня клапана. При работе двигателя клапаны нагреваются и удлиняются, что грозит им неполной посадкой в седло. Поэтому между клапаном и коромыслом обязательно соблюдают тепловой зазор.

Также кулачек может воздействовать на клапан через рычаг или непосредственно на его толкатель. Толкатели могут быть выполнены в механическом (жестком), роликовом варианте или в виде гидрокомпенсатора. Первый вид из-за шумности почти не используется, а последний отличается мягкостью и отсутствием необходимости осуществления регулировок. Роликовые толкатели используют в форсированных и спортивных двигателях.

3. Механизм привода распределительного вала. Осуществляется цепной, ременной или шестеренной передачей. Цепная отличается надежностью, до сложна в устройстве и дорога, ременная дешевле, но менее надежна, и в случае порыва ремня может повлечь за собой повреждение двигателя за счет удара клапанов о поршни.

4. Клапаны. Предназначены для открытия и закрытия впускного и выпускного канала. Состоят из стержня и головки, на которой имеется узкая, скошенная под углом фаска, плотно прилегающая к фаске седла, для чего их взаимно притирают. Головки впускных клапанов делают большими, чем выпускных. Но выпускные сильнее нагреваются, поэтому изготавливаются из жаропрочной стали и внутри наполнены натрием для лучшего охлаждения.

Цилиндрический стержень клапана сверху выточен для крепления пружины, не дающей ему оторваться от коромысла, которая упирается в шайбу на головке, и фиксируется упорной тарелкой. Стержень помещается в направляющую втулку, запрессованную в головку цилиндров, чтобы масло не попадало в камеру сгорания, на него надевают маслоотражающий колпачок.

Фазы газораспределения

Фазами газораспределения принято считать начало открытия и момент закрытия клапана, выраженный в градусах угла поворота коленвала относительно мертвых точек. Лучшая очистка цилиндра от выхлопных газов достигается при открытии выпускного клапана до наступления нижней мертвой точки (НМТ), и закрытии после ВМТ. Наполнение цилиндров воздухом или горючей смесью происходит при открытии впускного клапана до прохождения им ВМТ, и закрытии после НМТ. Период одновременного открытия обоих клапанов называется их перекрытием.

Фазы подбираются на заводе-изготовителе двигателя экспериментальным путем, и зависят от его конструкции и быстроходности. При этом колебание газов используется таким образом, что перед закрытием впускного клапана перед ним находится волна давления, а перед закрытием выпускного – волна разрежения. Такой подбор фаз обеспечивает одновременное улучшение заполнения цилиндров воздухом или смесью, а также их очистку от выхлопных газов.

Установка механизма газораспределения осуществляется при помощи меток на шестернях. Отклонение от нормы на пару зубов или звездочек может привести к удару клапана о поршень и поломке двигателя. Постоянство фаз сохраняется при наличии теплового зазора в клапанном механизме, нарушения которого вызывают уменьшение или увеличение продолжительности открытия.

Для каждого двигателя завод-изготовитель указывает фазы газораспределения в виде диаграммы, где показаны моменты открытия, закрытия, и перекрытия клапанов.

Возможные неисправности ГРМ

Судить о неисправности газораспределительной системы можно по следующим внешним признакам:

  1. Уменьшение компрессии, хлопки в трубопроводах. Происходит по причине неплотного прилегания клапанов к седлам из-за образовавшегося нагара, раковин на рабочей поверхности, при деформации головок клапанов, прогорании клапана, поломке пружин, заедании стержня во втулке или отсутствием зазора между клапаном и коромыслом.
  2. Падение мощности и резкие металлические стуки происходят из-за неполного открытия клапанов. Причиной неполадки выступает большой тепловой зазор или отказ гидрокомпенсатора.
  3. Износ шестерни распредвала, втулок и осей коромысел, направляющих втулок клапанов, заметное осевое смещение распределительного вала.
  4. Выход из строя цепи, зубчатого ремня, а также успокоителя для цепи, и натяжителя для зубчатого ремня.

Что такое газораспределительный механизм (ГРМ)?

Газораспределительный механизм (ГРМ) — это механизм предназначенный для впуска в цилиндры двигателя свежего заряда (горючей смеси в классических бензиновых двигателях или воздуха в дизелях) и выпуска отработавших газов в соответствии с рабочим циклом, а также для обеспечения надежной изоляции камеры сгорания от окружающей среды во время тактов сжатия и рабочего хода.

В зависимости от вида устройств, осуществляющих впуск заряда и выпуск отработавших газов, различают два типа механизмов газораспределения:

Клапанный механизм наиболее широко распространен и используется во всех четырехтактных двигателях. Возможно верхнее и нижнее расположение клапанов. Верхнее расположение в настоящее время применяется чаще, так как в этом случае процесс газообмена протекает эффективнее. Характерные конструкции газораспределительных механизмов с верхним расположением клапанов представлены на рисунке.

Из чего состоит газораспределительный механизм (ГРМ) двигателя?

Основными элементами газораспределительного механизма являются:

  • распределительный вал
  • впускные и выпускные клапаны с пружинами, крепежными деталями и направляющими втулками
  • привод распределительного вала
  • также детали (толкатели, штанги, коромысла и др.), обеспечивающие передачу перемещения от распределительного вала к клапанам

У V-образных двигателей основная деталь рассматриваемого механизма — распределительный вал — может иметь как нижнее, так и верхнее расположение. При нижнем расположении (рис. а) распределительный вал 7, размещенный в блок-картере, приводится во вращение от коленчатого вала двигателя с помощью зубчатой передачи, обычно содержащей одну пару цилиндрических или конических шестерен (возможно применение и нескольких пар шестерен).

У четырехтактного двигателя передаточное отношение привода равно двум, т.е. распределительный вал вращается вдвое медленнее коленчатого. При вращении распределительный вал с помощью кулачков перемещает толкатели 2 и штанги 3. Последние поворачивают коромысла 5 относительно оси 4. В то же время противоположные концы коромысел воздействуют на клапаны 7, перемещая их вниз и преодолевая при этом сопротивление пружин 6. Расположение кулачков на распределительном валу и их форму выбирают так, чтобы впускные и выпускные клапаны открывались и закрывались в строго определенные моменты согласно рабочему циклу двигателя.

Рис. Газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов:
а — с нижним расположением распределительного вала: 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — штанга; 4 — ось коромысел; 5 — коромысло; 6 — пружина; 7 — клапан; б — с верхним расположением распределительного вала: 1 — винт; 2 — контргайка; 3 — коромысла; 4 — распределительный вал

У рядных верхнеклапанных двигателей и V-образных двигателей с четырьмя клапанами на цилиндр распределительный вал (валы) находится в головке блока, в непосредственной близости от клапанов (рис. б). Поскольку при верхнем расположении распределительного вала расстояние между его осью и осью коленчатого вала оказывается значительным, для приведения распределительного вала во вращение обычно используют цепную передачу. У двигателей сравнительно малой мощности можно также применять зубчатый ремень.

Распределительные валы мощных V-образных дизелей приводятся во вращение с помощью зубчатой передачи, у которой число пар конических шестерен может составлять две и более. При верхнем расположении распределительного вала уменьшается число передаточных деталей. Например, в механизме, представленном на рис. б, отсутствуют толкатели и штанги. Распределительный вал 4 непосредственно воздействует на коромысла 3, которые, в свою очередь, перемещают клапаны.

При работе двигателя детали газораспределительного механизма нагреваются (наиболее сильно — клапаны) и, следовательно, расширяются и удлиняются. Чтобы обеспечить возможность удлинения стержня клапана при его нагреве без нарушения плотности посадки головки клапана в седле, между отдельными деталями газораспределительного механизма у непрогретого двигателя должен быть зазор (например, между стержнем клапана и концом коромысла). Регулировать этот зазор можно различными способами, например с помощью винта 1 (см. рис. б), самоотвинчивание которого предотвращает контргайка 2. Чтобы исключить необходимость в регулировке зазора и уменьшить шумность двигателя в газораспределительных механизмах многих современных двигателей используются гидравлические толкатели. В эти толкатели встроены гидрокомпенсаторы, изменяющие их длину под действием давления масла, которое специально подается из смазочной системы двигателя. Клапан, его направляющая втулка, пружина и опорная шайба с деталями ее крепления образуют клапанную группу газораспределительного механизма.

Клапан состоит из головки и стержня, между которыми для уменьшения сопротивления движению газов выполнен плавный переход. Головка клапана имеет шлифованную конусную рабочую поверхность — фаску, по которой клапан плотно прилегает к седлу. Для крепления опорной шайбы пружины конец стержня клапана снабжен канавкой. В некоторых случаях для улучшения отвода теплоты от головки выпускного клапана стержень со стороны головки выполняют полым и вводят в него жидкий металлический натрий.

Клапаны изготавливают высадкой из стального прутка с последующей механической и термической обработкой. Материалом для них служит износо- и жаростойкая сталь. Иногда головку и стержень выпускного клапана выполняют из разных марок стали, а затем соединяют сваркой. Торец стержня клапана дополнительно закаливают для повышения твердости и износостойкости. В некоторых случаях на фаску выпускного клапана для увеличения его долговечности наплавляют особо жаростойкий сплав.

Каждый цилиндр двигателя имеет, как минимум, два клапана — впускной и выпускной. Однако в настоящее время наметилась тенденция к увеличению числа клапанов на цилиндр. Все шире применяются двигатели с тремя (два впускных и один выпускной) и четырьмя (два впускных и два выпускных) клапанами. При наличии одного впускного и одного выпускного клапанов первый имеет большую головку. Это необходимо для лучшего наполнения цилиндра свежим зарядом.

Направляющая втулка, через которую проходит стержень клапана, обеспечивает его точную посадку в седло. Стержень имеет высокоточное сопряжение с втулкой (зазор составляет 0,05… 0,12 мм). Направляющие втулки изготавливают из чугуна или спеченного пористого материала, который может быть пропитан смазочным маслом.

Клапанная пружина удерживает клапан в закрытом положении, обеспечивая его плотную посадку в седле. Пружины изготавливают методом холодной навивки из специальной стальной, термически обработанной проволоки с последующей дробеструйной обработкой, что увеличивает их долговечность. Иногда для предотвращения появления резонансных колебаний используют пружины с переменным шагом витков.

Опорная шайба удерживает пружину в сжатом состоянии. Крепление стержня клапана к опорной шайбе осуществляется с помощью конических разрезных сухарей, входящих в выточку на стержне.

Седло клапана, в которое он садится фаской головки, у верхнеклапанного двигателя расположено в головке цилиндров. Обычно седла выпускных, а иногда и впусковых клапанов, выполняют в виде вставных колец и наглухо запрессовывают в выточки головки цилиндров. Вставные кольца изготавливают из жаростойкой стали, специального чугуна или спеченного материала.

Передаточные детали газораспределительного механизма обеспечивают передачу усилия от распределительного вала к стержням клапанов. К таким деталям относятся:

Толкатели передают осевое усилие от кулачков распределительного вала на штанги или стержни клапанов. Они могут быть плоскими, грибовидными, цилиндрическими или рычажными. Их изготавливают из стали или чугуна. Для повышения твердости и износостойкости рабочие поверхности толкателей упрочняют, а затем шлифуют.

Штанги служат для передачи усилий от толкателей к коромыслам при нижнем расположении распределительного вала в верхнеклапанном двигателе (см. рис. а). Штанги изготавливают из стали или алюминиевого сплава, придавая им форму трубки. На концах штанг крепят стальные наконечники со сферическими поверхностями, имеющими высокую твердость. Нижними концами штанги упираются в гнезда толкателей, а верхними — в регулировочные винты коромысел.

Коромысла предназначены для изменения направления и величины усилий, передаваемых на стержни клапанов. Коромысла шарнирно устанавливают на осях, которые крепятся к головке цилиндров. На одном конце коромысла может быть установлен регулировочный винт, который позволяет изменять зазор в газораспределительном механизме. Материалом для коромысла служит сталь или ковкий чугун. Рабочие поверхности коромысла закаливают, а затем шлифуют.

Распределительный вал служит для своевременного открытия и закрытия клапанов при помощи кулачков. Конструкция распределительного вала зависит от типа двигателя, числа цилиндров и клапанов, а также типа привода. Характерные конструкции распределительных валов представлены на рисунке. Любой распределительный вал имеет кулачки впускных 2 и выпускных 4 клапанов, а также опорные шейки 2. Распределительный вал бензинового карбюраторного двигателя снабжен также винтовой шестерней 5 привода масляного насоса и распределителя зажигания и эксцентриком 3, приводящим в действие топливный насос. Число кулачков соответствует общему числу клапанов, которые обслуживаются данным валом. Число опорных шеек чаще всего равно числу коренных шеек коленчатого вала. В рядном четырех- цилиндровом двигателе вершины одноименных кулачков располагаются под углом 90° (рис. а), в рядном шестицилиндровом — под углом 60° (рис. б), а в V-образном восьмицилиндровом — под углом 45° (рис. в). Угол установки разноименных кулачков зависит от фаз газораспределения. Вершины кулачков располагают в соответствии с принятым для двигателя порядком работы с учетом направления вращения вала. В качестве подшипников для распределительного вала чаще всего применяют запрессованные в картер (при нижнем расположении) или головку цилиндров (при верхнем расположении) тонкостенные биметалические или триметаллические втулки. Одна из опорных шеек вала (обычно передняя) снабжена фиксирующим устройством для предотвращения его осевых перемещений. Для смазывания опорных шеек к ним подается масло под давлением из общей смазочной системы двигателя. При верхнем расположении распределительного вала в его теле сверлят осевое отверстие, по которому масло поступает ко всем опорным шейкам и кулачкам.

Рис. Распределительные валы рядного четырехцилиндрового (а), рядного шестицилиндрового (б) и V-образного восьмицилиндрового (в) двигателей со схемами расположения кулачков:
1 — опорная шейка; 2, 4 — кулачки впускных и выпускных клапанов; 3 — эксцентрик привода топливного насоса; 5 — винтовая шестерня привода масляного насоса

Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает своевременный впуск в цилиндры свежего заряда горючей смеси и выпуск отработавших газов. Он включает в себя элементы привода, распределительную шестерню, распределительный вал, детали привода клапанов, клапана с пружинами и направляющие втулки.

Распределительный вал служит для открытия клапанов в определенной последовательности в соответствии с порядком работы двигателя. Распредвалы отливают из специального чугуна или отковывают из стали. Трущиеся поверхности распределительных валов для уменьшения износа подвергнуты закалке при помощи нагрева токами высокой частоты.

Распредвал может располагаться в картере двигателя либо в головке блока цилиндров. Существуют двигатели с двумя распредвалами в головке цилиндров (в многоклапанных ДВС). Один используется для управления впускными клапанами, второй – выпускными. Такая конструкция называется DOHC (Double Overhead Camshaft). Если распредвал один, то такой ГРМ именуется SOHC (Single OverHead Camshaft). Распредвал вращается на цилиндрических шлифованных опорных шейках.

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

Привод распределительного вала от коленчатого вала может осуществляться одним из трех способов: ременной передачей, цепной передачей, а при нижнем расположении распредвала — зубчатыми шестернями. Цепной привод отличается надежностью, но его устройство сложнее и цена выше. Ременной привод существенно проще, но ресурс зубчатого ремня ограничен, а в случае его разрыва могут наступить тяжелые последствия.

При обрыве ремня распредвал останавливается, а коленвал продолжает вращаться. Чем это грозит? В простых двухклапанных моторах, где, как правило, поршень конструктивно не достает до головки открытого клапана, ремонт ограничивается заменой ремня. В современных многоклапанных двигателях при обрыве ремня поршни ударяются о клапана, «зависшие» в открытом состоянии. В результате сгибаются стержни клапанов, а также могут разрушиться направляющие втулки клапанов. В редких случаях разрушается поршень.

Еще тяжелее при обрыве ремня приходится дизелям. Так как камера сгорания у них находится в поршнях, то в ВМТ у клапанов остается очень мало места. Поэтому при зависании открытого клапана разрушаются толкатели, распредвал и его подшипники, велика вероятность деформирования шатунов. А если обрыв ремня произойдет на высоких оборотах, возможно даже повреждение блока цилиндров.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя происходит за два оборота коленвала. За это время должны последовательно открыться впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра. Поэтому распредвал должен вращаться в два раза медленнее коленвала, а, следовательно, шестерня распредвала всегда в два раза больше шестерни коленвала. Клапаны в цилиндрах должны открываться и закрываться в зависимости от направления движения и положения поршней в цилиндре. При такте впуска, когда поршень движется от в.м.т. к н.м.т., впускной клапан должен быть открыт, а при тактах сжатия, рабочего хода и выпуска – закрыт. Чтобы обеспечить такую зависимость, для правильной установки на шестернях ГРМ делают метки.

Привод клапанов может осуществляться разными способами. При нижнем расположении распредвала, в картере двигателя, усилие от кулачков передается через толкатели, штанги и коромысла. При верхнем расположении возможны три варианта: привод коромыслами, привод рычагами и привод толкателями.

Коромысла (другие названия – роликовый рычаг или рокер) изготавливают из стали. Коромысло устанавливают на полую ось, закрепленную в стойках на головке цилиндров. Одной стороной коромысла упираются в кулачки распредвала, а другой воздействуют на торцевую часть стержня клапана. В отверстие коромысла для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку. От продольного перемещения коромысло удерживается при помощи цилиндрической пружины. Во время работы двигателя в связи с нагревом клапанов их стержни удлиняются, что может привести к неплотной посадке клапана в седло. Поэтому между стержнем клапана и носком коромысла должен быть определенный тепловой зазор.

Во втором варианте распредвал располагается над клапанами, и приводит их в действие посредством рычагов. Кулачки распределительного вала действуют на рычаги, которые, поворачиваясь на сферической головке регулировочного болта, другим концом нажимают на стержень клапана и открывают его. Регулировочный болт ввернут во втулку головки цилиндров и стопорится контргайкой. Существуют ГРМ, в которых между рычагом и клапаном устанавливается гидрокомпенсатор. Такие механизмы не требуют регулировки зазора.

И, наконец, при третьем варианте привода распределительный вал при вращении воздействует непосредственно на толкатель клапана. Существует три варианта исполнения толкателей – механические (жесткие), гидротолкатели (гидрокомпенсаторы) и роликовые толкатели. Первый тип в современных моторах практически не используется, в связи с большой шумностью работы и необходимостью частой регулировки зазора клапанов. Второй тип наиболее широко применяется, так как не требует настройки и регулировки теплового зазора, а работа отличается мягкостью и гораздо меньшим шумом. Гидрокомпенсатор состоит из цилиндра, поршня с пружиной, обратного клапана и каналов для подвода масла. Работа гидрокомпенсатора основана на свойстве несжимаемости моторного масла, которое постоянно заполняет его внутреннюю полость и перемещает поршень при появлении зазора в приводе клапана.

Роликовые толкатели чаще всего применяются в спортивных и форсированных двигателях, так как позволяют улучшить динамические характеристики автомобиля за счет снижения трения. В месте контакта с кулачком распредвала у них находится ролик. Поэтому кулачок не трется, а катится по толкателю. Вследствие этого роликовые толкатели выдерживают более высокие нагрузки и обороты, а также позволяют обеспечить более высокий подъем клапанов. Недостатки – большая стоимость и вес, а, значит, и большие нагрузки на детали ГРМ.

Клапаны служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов. Клапан состоит из головки и стержня. Головка клапана имеет узкую, скошенную под определенным углом, фаску. Фаска клапана должна плотно прилегать к фаске седла. Для этой цели их взаимно притирают. Головки впускных и выпускных клапанов имеют неодинаковый диаметр. Для лучшего наполнения цилиндров свежей горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают больше. Клапаны во время работы двигателя нагреваются неодинаково. Выпускные клапаны, контактирующие с отработанными газами, нагреваются больше. Поэтому их изготавливают из жароупорной стали.

Стержень клапана цилиндрической формы в верхней части имеет выточку для деталей крепления клапанной пружины. Стержень выпускного клапана — полый, с натриевым наполнением для лучшего охлаждения. Стержни клапанов помещают в направляющих втулках, изготовленных из чугуна или металлокерамики. Втулки запрессовывают в головку цилиндров.

Клапан прижимается к седлу при помощи цилиндрической стальной пружины. Кроме того, пружина не дает возможности клапану отрываться от коромысла. Пружина имеет переменный шаг витков, что необходимо для устранения ее вибрации. Другой вариант борьбы с вибрацией — установка двух пружин меньшей жесткости, имеющих противоположную навивку. Пружина одной стороной упирается в шайбу, расположенную на головке цилиндров, а другой – в упорную тарелку. Упорная тарелка удерживается на стержне клапана при помощи двух конических сухарей, внутренний буртик которых входит в выточку стержня клапана. Для уменьшения проникновения масла по стержням клапанов в камеру сгорания двигателя на стержни клапанов надеты маслоотражательные колпачки.

В теории открытие и закрытие клапанов должно происходить в моменты прихода поршня в мертвые точки. Однако в связи инерционностью процесса, особенно при больших оборотах коленвала, этого периода времени недостаточно для впуска свежей смеси и выпуска отработанных газов. Поэтому впускной клапан открывается до прихода поршня в в.м.т. в конце такта выпуска, т.е. с опережением в пределах 9-24 градусов поворота коленчатого вала, а закрывается в начале такта сжатия, когда коленвал пройдет положение н.м.т на 51-64 градусов. Таким образом, продолжительность открытия впускного клапана составит 240-270 градусов поворота коленчатого вала, что значительно увеличивает количество поступаемой в цилиндры горючей смеси.

Выпускной клапан открывается за 44-57 градусов до прихода поршня в н.м.т. в конце рабочего хода и закрывается после прихода поршня в в.м.т. такта выпуска на 13-27 градусов. Продолжительность открытия выпускного клапана составляет 240-260 градусов поворота коленчатого вала.

В двигателе бывают моменты (в конце такта выпуска и начале такта впуска) когда оба клапаны открыты. В это время происходит продувка цилиндров свежим зарядом горючей смеси для лучшей их очистки от продуктов сгорания. Этот период носит название перекрытие клапанов.

Моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженных в градусах поворота коленчатого вала, называются фазами газораспределения.

🔎 Основные неисправности газораспределительного механизма

Внешними признаками неисправности ГРМ являются: уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, падение мощности двигателя и металлические стуки.

Уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, а также падение мощности двигателя возможно вследствие плохого прилегания клапанов к седлам. Плохое прилегание клапана к седлу происходит вследствие отложения нагара на клапанах и седлах, образования раковин на рабочих поверхностях, коробления головок клапанов, поломки клапанных пружин, заедания стержня клапана в направляющей втулке, а также отсутствия зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом).

Падение мощности двигателя и резкие металлические стуки могут происходить вследствие неполного открытия клапанов. Эта неисправность возникает из-за большого теплового зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом) или отказа гидрокомпенсаторов.

К неисправностям ГРМ также относят износ шестерен распредвала и коленвала, направляющих втулок клапанов, втулок и осей коромысел, а также увеличенное осевое смещение распредвала.

3.Механизмы газораспределения. Взаимодействие деталей механизма с нижним и верхним расположением клапанов. Преимущества и недостатки. Тепловой зазор в механизме.

Газораспределительный механизм (ГРМ) — механизм своевременного распределения впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания.

Механизм газораспределения обеспечивает наполнение цилиндров свежей порцией горючей смеси или воздуха и очистку их от продуктов сгорания. Основными частями механизма газораспределения четырехтактных двигателей являются впускные и выпускные клапаны, клапанные рычаги и толкатели, распределительный вал и его привод.

В настоящее время в двигателях внутреннего сгорания используют следующие типы механизмов газораспределения: клапанные, золотниковые и комбинированные.

Клапанное газораспределение является наиболее распространенным благодаря простоте устройства и большой надежности в работе. Клапаны, которые перекрывают впускные отверстия в головке цилиндров, называют впускными, а перекрывающие выпускные отверстия — выпускными. Как правило, каждый рабочий цилиндр должен иметь один впускной и один выпускной клапаны. Некоторые двигатели снабжают тремя или четырьмя клапанами; в этом случае два из них управляют впуском.

В зависимости от места установки клапанов различают верхние (подвесные), нижние и комбинированные (смешанные) клапаны. Верхние клапаны размещаются в головке цилиндров, они как бы подвешены над ними, поэтому их иногда называют подвесными. При таком расположении клапанов камера сгорания имеет малый объем и небольшую поверхность охлаждения и может быть цилиндрической, конической или сферической формы, благоприятной для смесеобразования и сгорания рабочей смеси.

Привод клапанного механизма газораспределения с верхними клапанами осуществляется от распределительного вала через промежуточные детали в виде коромысел, рычагов, траверс, штанг, толкателей.

Распределительный вал может быть установлен как на головке цилиндров, так и в блоке цилиндров. В первом случае расположение распределительного вала называется верхним, во втором — нижним.

Верхние клапаны способствуют получению большой мощности при высокой быстроходности, поскольку при таком расположении уменьшается гидравлическое сопротивление на впуске и улучшается на 7-8% наполнение цилиндров.

При таком газораспределении повышается жесткость конструкции, упрощается механизм газораспределения и снижается шум работы, уменьшается число деталей механизма газораспределения и высота двигателя. Однако камеры сгорания при нижнем расположении клапанов имеют менее компактную форму и относительно большие поверхности охлаждения, через которые теряется часть теплоты, выделяющейся при сгорании топлива. Это приводит к снижению экономичности двигателя. Удовлетворительное наполнение цилиндров горючей смесью нижние клапаны обеспечивают при степенях сжатия, не превышающих 7,5 единиц.

У двигателей с комбинированным (смешанным) расположением клапанов в головке цилиндра устанавливаются впускные клапаны, а в блоке цилиндров — выпускные. Конструкция механизма газораспределения в этом случае несколько упрощается и, кроме того, используются преимущества верхних клапанов.

а)с нижним расположением клапанов. в)с верхним расположением клапанов.

б)с комбинированным расположением клапанов

  Тепловой зазор это зазор между торцом клапана и коромыслом (ЗИЛ-130), между коромыслом и кулачком (ВАЗ-2101) или между регулировочными прокладками и кулачком (ВАЗ-2110). Если на холодном двигателе нет этого зазора, то при прогреве двигателя стержень клапана удлинится

Преимущества и недостатки верхнего расположения клапанов

Стр 1 из 4Следующая ⇒

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.

МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Преимущества и недостатки верхнего расположения клапанов

К недостаткам верхнего расположения клапанов следует отнести усложнение механизма газораспределения при нижнем расположении распределительного вала или усложнение привода к нему при верхнем расположении последнего, а также увеличение высоты головки цилиндра, что при вертикальном расположении цилиндров приводит к увеличению высоты, а при горизонтальном – ширины двигателя. В короткоходных двигателях последний недостаток сказывается меньше вследствие небольшой высоты блока и картера. При верхнем расположении клапанов камера сгорания получается более компактной, с относительно малой поверхностью охлаждения, вследствие чего уменьшаются потери в систему охлаждения и увеличивается индикаторный КПД двигателя. Компактность камеры сгорания уменьшает опасность детонации и позволяет при том же октановом числе бензина увеличить степень сжатия примерно на пол-единицы по сравнению с двигателями, имеющими нижние клапаны, что также оказывает положительное влияние на увеличение индикаторного КПД. Все это вместе взятое, а также применение высокооктанового бензина позволяет в настоящее время достигнуть высокой топливной экономичности автомобильных бензиновых двигателей, приближающейся к экономичности дизелей с разделенными камерами сгорания. Простая форма впускного канала с малым гидравлическим сопротивлением, а также возможность увеличения площади проходного сечения клапанов за счет увеличения числа клапанов или расположения их под углом к оси цилиндра повышают коэффициент наполнения на 5–7%, что создает более широкие возможности для форсирования двигателя по числу оборотов.

Как отличить впускной и выпускной каналы по размерам, почему они различаются?

Что бросается в глаза — это неточная стыковка отверстий каналов коллекторов и ГБЦ. Любые «ступеньки» в канале рождают паразитные завихрения, заметно тормозящие поток, поэтому от них необходимо избавиться. Убираем нестыковки, одновременно доработав прокладки под коллектора (дабы пресловутых ступенек не создавали и они). Настоятельно рекомендую перед удалением нестыковок каналов сделать следущее — посадить коллектора на штифты. Причиной тому служит крепёж коллекторов на отечественных автомобилях, допускающий некоторое смещение плоскостей коллекторов и ГБЦ друг относительно друга. Чем это грозит, предельно ясно — немного сместив коллектора при крепеже после удаления нестыковок, мы самостоятельно убиваем плоды своей же работы. Штифтов достаточно по два на коллектор — по краям. Ищем место на ГБЦ и коллекторе, где можно безопасно всверлиться. В ГБЦ прочно сажаем металлический штифт, на который легко, но без особых люфтов должен надеваться коллектор — вуаля, точное позиционирование коллекторов относительно ГБЦ нам гарантировано. Не забудьте только сделать несколько дополнительных отверстий в прокладке. Отмечу так же, что если диаметр канала впускного коллектора меньше диаметра канала ГБЦ на 1-1,5 мм при нормальной соосности каналов, то это не создаст измеримого сопротивления прохождению потока, поэтому филигранной подводкой диаметров каналов в этом случае можно принебречь. На выпуске аналогично, только наоборот — выпускной канал в ГБЦ может быть несколько меньше канала в выпускном коллекторе. Более того, т.к. называемые «обратные ступеньки» на выпуске используют для борьбы с некоторыми негативными явлениями настроенной выпускной системы, но сейчас разговор не об этом.

Перечислите преимущества и недостатки нижнего расположения клапанов

Нижнее расположение клапанов применялось только в карбюраторных и газовых двигателях. При этом высота головки цилиндров и всего двигателя уменьшается, а привод распределительного вала и клапанов упрощается, но ограничивается возможность повышения степени сжатия (до 7,5) и ухудшаются технико-экономические показатели двигателя.

Нижние клапаны размещают с одной стороны блока цилиндров в один ряд и обычно чередуют так же, как и верхние клапаны при расположении их в один ряд.

Почему невозможно применение нижнего расположения клапанов в дизелях?

В дизелях возможно только верхнее расположение клапанов, так как относительно малый объем камеры сгорания, получающийся при высоких значениях степени сжатия, не позволяет разместить клапаны сбоку цилиндра. В бензиновых двигателях возможно как верхнее, так и нижнее расположение клапанов.

Какая основная причина обусловливает верхнее расположение распредилительного вала?

В современных высокооборотных двигателях легковых автомобилей ВАЗ «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.

Как регулируется тепловой зазор при непосредственном приводе клапанов от распределительного вала?

Тепловые зазоры между кулачками и рычагами впускных и выпускных клапанов должны быть равны:

– 0,15 мм – на холодном двигателе;

– 0,20 мм – на прогретом двигателе.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

— Снять крышку головки блока цилиндров с прокладкой.

— Вращая коленчатый вал (специальным ключом) по часовой стрелке, совместить установочную метку (1) на звездочке распределительного вала с установочным приливом (2) на корпусе подшипников распределительного вала. При этом поршень четвертого цилиндра находится в ВМТ в конце такта сжатия и оба клапана закрыты.

— Отрегулировать зазоры между рычагами и кулачками распределительного вала у выпускного клапана четвертого цилиндра (восьмой кулачок) и впускного клапана третьего цилиндра (шестой кулачок).

— Для этого необходимо ослабить контргайку (3) регулировочного болта и, вращая регулировочный болт (2), проверить требуемый зазор плоским щупом (1), вставленным между кулачком и рычагом.

— Удерживая в этом положении ключом регулировочный болт, затянуть контргайку и вновь проверить зазор. Щуп должен перемещаться в зазоре с легким защемлением.

— Проворачивая коленчатый вал на 1/2 оборота, отрегулировать зазоры в определенной последовательности.

— Установить крышку на место.

Перечислите преимущества наклонного расположения клапанов по отношению к оси цилиндра

В случае верхнего расположения клапанов коэффициент наполнения может быть на 5—7% больше, чем при нижнем расположении клапанов. Это достигается с помощью увеличения числа клапанов или расположения их под углом к оси цилиндра.

С какой скоростью вращается распределительный вал двух и –четырехтактного двигателя по отношению к коленчатому валу?

ТНВД точно так же как и коленчатый вал, для синхронности и сохранения фазы впрыска , ну а распределительный вал в 2 раза медленнее.

Почему для дизельного двигателя предпочтительным является расположение впускных и выпускных каналов на противоположных сторонах головки цилиндров?

Впускные и выпускные каналы выведены на противоположные боковые стороны головки. В местах выхода каналов предусмотрены фланцы и резьбовые отверстия для крепления впускного и выпускного коллекторов. Охлаждающая жидкость поступает в головку цилиндров из блока цилиндров через сверления в нижней плите головки (по три отверстия на каждый цилиндр).

Одно отверстие каждой группы выходит в поперечный канал, создающий направленный поток охлаждающей жидкости к наиболее нагретым местам головки между стаканом форсунки и выпускным клапаном. Отводится охлаждающая жидкость от головки через отверстия со стороны воздушного кол-Лектора. В этом месте на боковой плоскости головки предусмотрены фланцы и резьбовые отверстия для крепления водоотводящей трубы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.

МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Преимущества и недостатки верхнего расположения клапанов

К недостаткам верхнего расположения клапанов следует отнести усложнение механизма газораспределения при нижнем расположении распределительного вала или усложнение привода к нему при верхнем расположении последнего, а также увеличение высоты головки цилиндра, что при вертикальном расположении цилиндров приводит к увеличению высоты, а при горизонтальном – ширины двигателя. В короткоходных двигателях последний недостаток сказывается меньше вследствие небольшой высоты блока и картера. При верхнем расположении клапанов камера сгорания получается более компактной, с относительно малой поверхностью охлаждения, вследствие чего уменьшаются потери в систему охлаждения и увеличивается индикаторный КПД двигателя. Компактность камеры сгорания уменьшает опасность детонации и позволяет при том же октановом числе бензина увеличить степень сжатия примерно на пол-единицы по сравнению с двигателями, имеющими нижние клапаны, что также оказывает положительное влияние на увеличение индикаторного КПД. Все это вместе взятое, а также применение высокооктанового бензина позволяет в настоящее время достигнуть высокой топливной экономичности автомобильных бензиновых двигателей, приближающейся к экономичности дизелей с разделенными камерами сгорания. Простая форма впускного канала с малым гидравлическим сопротивлением, а также возможность увеличения площади проходного сечения клапанов за счет увеличения числа клапанов или расположения их под углом к оси цилиндра повышают коэффициент наполнения на 5–7%, что создает более широкие возможности для форсирования двигателя по числу оборотов.




Привод клапанов — Энциклопедия журнала «За рулем»

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

Конструктивные варианты привода клапанов:
а — привод клапанов с помощью штанг при нижнем расположении распределительного вала;
б — привод клапанов рычажным толкателем;
в — привод клапанов двумя коромыслами от одного кулачка верхнего распределительного вала;
г — непосредственный привод от распределительного вала через толкатель при верхнем расположении клапанов;
ОНV — верхнеклапанная схема с нижним распределительным валом;
OHC — верхнее расположение распределительного вала;
DOHC — схема с двумя распределительными валами верхнего расположения

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

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

Ушли в прошлое нижнеклапанные ГРМ, в которых клапаны располагались не в головке цилиндров, а в блоке, рядом с камерой сгорания, и открывались снизу вверх с помощью простого толкателя от распределительного вала, расположенного в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. В таком двигателе головка цилиндров получалась простой и плоской, но камера сгорания была очень неудачной формы. Такие двигатели выпускались до 50-х гг., а затем их заменили более эффективные верхнеклапанные.
До настоящего времени выпускаются двигатели, у которых клапаны расположены в головке цилиндров, а распределительный вал размещен в блоке. При такой схеме для привода коромысел клапанов требуются дополнительные толкатели и штанги толкателей. Такие двигатели принято обозначать OHV (Overhead Valve) — верхнеклапанный. Для привода распределительного вала, расположенного в блоке цилиндров близко к коленчатому валу, можно использовать простую зубчатую передачу. Когда нужно выбрать привод для распределительных валов, находящихся в головке, приходится выбирать между цепью и зубчатым ремнем. Цепной привод надежнее и более долговечен, чем ременный, но требует смазки и, как следствие, герметизации крышки, закрывающей привод. Цепь существенно тяжелее ремня и поэтому для нее требуется более качественное натяжение и устройство для гашения вибраций. Зубчатые ремни дешевле, но требуют более частого контроля и замены после определенного пробега. Лучшие образцы современных ремней ГРМ могут прослужить без замены более 150 000 км пробега автомобиля.

Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм обеспечивает впуск топливо-воздушной смеси в цилиндры двигателя и последующее удаление отработавших газов из камеры сгорания.

Назначение газораспределительного механизма

ГРМ — один из самых сложных узлов в двигателе, так как его задача не только открывать и закрывать группы клапанов, но и делать это в строго определенный момент. Работа газораспределительного механизма синхронизирована с работой зажигания и впрыска.

Перенос распределительного вала привел к революционному развитию ГРМ и появлению двигателей с большим количеством клапанов на 1 цилиндр

Чтобы увеличить скорость движения, водитель нажимает на педаль акселератора, увеличивая поступление в двигатель топлива и воздуха. «Воспринять» усилившийся поток двигатель может только одним образом — за счет увеличения оборотов, а значит, группы клапанов должны открываться и закрываться чаще. Инженеры нашли простое и изящное решение для этой задачи, обеспечив привод ГРМ непосредственно от коленчатого вала. Чем быстрее вращается коленвал, тем чаще открываются и закрываются клапана, а значит, двигатель успевает пропустить через себя и сжечь ровно столько смеси воздуха и топлива, сколько нужно для развития желаемой скорости.

Конструкция газораспределительного механизма

Сложные задачи может решить только сложный механизм, поэтому ГРМ состоит из нескольких групп деталей. Клапана открывают и закрывают каналы впуска и выпуска, приводные механизмы вращают валы с заданной скорость, а распределительные валы обеспечивают своевременное открытие и закрытие клапанов.

В верхней части блока цилиндров расположена головка блока цилиндров (ГБЦ). На ней расположен распределительный вал, клапаны, толкатели или коромысла. Шкив привода распределительного вала находится за пределами головки блока цилиндров. Чтобы масло не вытекало из-под клапанной крышки, на шейке распредвала есть сальник. Клапанная крышка устанавливается через прокладку, устойчивую к горюче-смазочным материалам. Ремень или цепь ГРМ надевается на шкив распределительного вала, а приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня применяются ролики, а для натяжения цепи – «башмаки». Обычно в системе применяется два ремня или ремень и цепь. Ремень или цепь приводят в действие механизм ГРМ, а второй ремень – дополнительное оборудование.

Распределительный вал – это ось с выточенными «кулачками». Когда вал вращается, кулачки соприкасаются с толкателями клапанов в моменты, соответствующие тактам двигателя.

Клапанная группа и распределительный вал

Клапанная группа это не только клапаны, но и направляющие втулки, пружины и детали крепления, а также передаточные элементы.

Распредвал, или кулачковый вал, в определенный момент надавливает на штоки клапанов или рычаги (рокеры, коромысла и тп), которые передают усилие на штоки. Механизм нуждается в регулировке, поэтому в состав передаточных элементов входят также регулировочные шайбы и болты. В некоторых двигателях постоянный зазор достигается автоматической регулировкой — при помощи гидрокомпенсаторов.

Основной недостаток цепного привода ГРМ — слишком шумная работа

Распределительный вал приводится в движение приводным ремнем или цепью. Для передачи энергии от коленчатого вала на одном из торцов распредвала укреплена ведомая звездочка цепного привода или шкив, если в конструкции применен ременный привод.

Вращение распределительного вала в корпусе головки блока цилиндров обеспечивают подшипники, закрепленные в верхней пчасти ГБЦ.

ГРМ с верхним и нижним расположением клапанов

Газораспределительными механизмами с верхним расположением клапанов оснащены практически все современные двигатели. Эта конструкция постепенно сменила нижнеклапанную в середине шестидесятых годов, в начале «гонки за лошадиными силами». Применение верхнеклапанного механизма позволило избавиться от лишних передаточных деталей. Кулачки распредвала, надавливающие непосредственно на штоки клапанов, позволили обеспечить устойчивую работу двигателя на высоких оборотах. Кроме того, верхнее расположение клапанов позволило упростить ремонт и обслуживание двигателя. Верхнее расположение распредвала позволило уменьшить массу двигателя и снизить уровень шума при его работе. В конечном итоге, благодаря переходу на верхнеклапанную конструкцию, инженерам удалось увеличить количество клапанов (16, 24 и более), установив вместо одного распредвала два — для каждой группы клапанов. Единственным минусом конструкции можно считать только относительную сложность привода, который осуществляется ремнем или цепью.

Виды привода ГРМ 

Вне зависимости от типа привода в работе ГРМ должно быть обеспечено одно важное условие — положение валов друг относительно друга должно оставаться неизменным. Если один из валов начнет «отставать», синхронизированная работа немедленно нарушится.

Именно поэтому цепной привод ГРМ появился раньше ременного. Роликовая цепь, собранная из звеньев одинаковой длины, обеспечивает постоянство синхронизации наилучшим образом.

Два основных недостатка цепи — шум при работе и сложности, связанные с обеспечением постоянного натяга, побудили инженеров к разработке привода на основе зубчатого ремня. Ремень лишен недостатков цепи, но обладает своими собственными — прежде всего, возможностью обрыва.

Газораспределительный механизм под контролем

С появлением распределенного впрыска и распространением микропроцессорных систем управления работой двигателя у производителей появились обширные возможности привлекать покупателей не только мощностью автомобилей, но и экономичностью. В процессе борьбы за снижение расхода топлива была придумана система контроля и для газораспределительного механизма. Задача системы изменяемых фаз газораспределения — обеспечивать точнейшую синхронизацию впуска и выпуска в зависимости от режима работы двигателя. Если описать работу этой системы в двух словах, то можно сказать, что скорость вращения распределительных валов в современном двигателе перестала быть постоянной. Это нужно для уменьшения наполнения цилиндров топливо-воздушной смесью в моменты, когда обычный объем смеси почти наверняка не сгорит полностью. К примеру, если водитель едет под уклон, поддерживать скорость помогают законы физики, и в эти секунды подавать в камеру сгорания столько же топлива, сколько необходимо для движения в гору, не нужно. За этими динамическими изменениями следит система VVT, управляющая движением распределительных валов и открытием клапанов.

Газорапределительный механизм



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.

     

 

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о