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

Дисциплина Силовые агрегаты Практическое занятие 1 Механизм газораспределения

Учебные вопросы:

  1. Схемы механизмов газораспределения.

  2. Элементьі механизма газораспределения

1. Схемы механизмов газораспределения

Двигатель внутреннего сгорания состоит следующих механизмов и сис­тем:

  1. Кривошипно-шатунный механизм − преобразование индика­торной работы, получаемой в результате сгорания, в эффектив­ную работу, отдаваемую потребителю.

  2. Газораспределительный механизм − наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом и очистка их от отработавших газов.

  3. Система питания топливом − подача топлива, организация смесеобразования.

  4. Смазочная система − обеспечение смазывания трущихся по­верхностей подвижных деталей двигателя.

  5. Система охлаждения − обеспечение требуемого температурно­го режима работы двигателя.

  6. Система питания воздухом − очистка и подача воздуха в ци­линдры двигателя и снижение шума впуска.

  7. Система наддува − организация форсирования двигателя.

  8. Система выпуска − глушение шума выпуска и нейтрализация отработавших газов.

  9. Система пуска − обеспечение надежного пуска двигателя в раз­личных эксплуатационных условиях.

  10. Система зажигания − воспламенение рабочей смеси в двигате­ле с искровым зажиганием.

Назначение механизма газораспределения (МГР) состоит в обеспечении периодической смены рабочего тела в цилиндре ДВС при реализации действительного цикла. Смена рабочего тела предполагает наполнение цилиндра свежим зарядом и его очистьсу от отработавших газов. При зтом необходимо обеспечить максималь­но возможную мощность и наилучшую зкономичность двигателя при приемлемых параметрах токсичности на каждом режиме его работы.

Основные конструктивные решения и схемы МГР

Впускные и выпускные тракты МГР имеют окна, которые могут открываться и закрываться подвижным злементом тремя способами:

  1. Клапа­ном, перемещающимся в отверстии.

  2. Диском или цилиндром, содержащим отверстие, которое совпадает с отверстиями в камере (отверстие может совершать вращательное или плоскрпараллельное движение).

  3. Поршнем, перекрывающим окна в цилиндре дви­гателя (в ряде двухтактных двигателей).

Механизмы газораспределения, использующие первый способ, называют клапанными, а последние два − золотниковими. Клапанные МГР широко применяются в современньгх четцрехтактных автотракторных двигателях в силу простоты конструкции, малой стоимости изготовления и ремонта, хорошего уплотнения камеры сгорания и надежности в работе.

Клапанные механизмы газораспределения могут быть трех типов:

  1. Верхнее расположение клапанв − с клапанами, расположенными в головке цилиндров.

  2. Нижнее расположение клапанов − с клапанами, размещенными в блоке цилиндров.

  3. Смешанное располложение клапанов − с клапанами, расположенными вголовке и в блоке цилиндров.

Верхнее расположение клапанов является основным вариантом, реализуеымым в современных МГР.

Коленчатьій вал через привод вращает распределительный вал, которьій с помощью привода клапанного узла задает управляющее воздействие и закон подъема клапану. Схема МГР

зависит от взаимосвязанных факторов:

  1. Выбранного способа организации ра­бочего процесса, что предопределяет форму и расположение камеры сгорания (в дизелях камеры сгорания обычно располагаются в поршне, а в двигателях с искровьім зажиганием − в головке блока цилиндров).

  2. Принятого количества клапанов на один цилиндр (2, 3 и более).

  3. Места расположения (нижнее или верхнее).

  4. Количества (1 или 2) распределительных валов.

Двухклапанннй механизм (один впускной и один вьшускной клапаны на цилиндр) является наиболее простым. Относительно продольной оси двигателя клапаны могут располагаться продольно и поперечно (косо).

Продольное расположение клапанов

(рис. 1, а) наиболее простое и применяется в двигателях с искровым зажиганием для кли­новидних и плоскоовальньїх камер сгорания, а в дизелях − для удобства размещения и обслуживания форсунок.

Рисунок 1 Расположение и число клапанов

а – два; б – три; в — четыре

Привод клапанов осуществляется от одного распределительного вала: при его верхнем расположении — непосредственно толкателями, а при нижнем — коромыслами или рычагами.

Расположение одноименных клапанов смежных цилиндров может быть попарное либо поочередное. При попарном располо­жении впусьсньїе канальї соседних цилиндров могут иметь общий патрубок или разделенные патрубки для каждого клапана. Для каждого выпускного клапана выіполняют индивидуальный канал во избежание перегрева патрубков. При обьединении одноимен­ных каналов соседних цилиндров возрастает неравномерность рас-пределения температур по длине головки, что приводит к ее короблению.

Впускной и вьіпускной коллекторы в линейных карбюраторных двигателях размещают, как правило, с одной стороны для подогрева смеси и улучшения испарения топлива. В У-образных двигателях впускные и вьіпускные трубопроводы размещают с разных сторон головки блока в целях упрощения его компоновки и улучшения формы впускных и вьіпускных каналов.

Расположение клапанов относительно оси цилиндра может бьггь параллельным в дизелях и при плоскоовальных камерах сгорания у двигателей с искровьім зажиганием, а также под наклоном для клиновьж камер сгорания двигателей с искровым зажиганием. Последнее позволяет улучшить впускную систему и расположение свечей зажигания.

Поперечное или косоерасположение клапанов в цилиндре исполь-зуют в полусферических и шатровьж камерах сгорания двигателей с искровым зажиганием при установке свечи в центре камеры сгорания. Такая компоновка клапанов обеспечивает наиболее плав­ную форму каналов и большие проходные сечения, что снижает гидравлические потери и увеличивает наполнение. Возможность наклона или смещения клапанов относительно оси цилиндра по­зволяет улучшить впускную систему, камеру сгорания, располо­жение форсунок или свечей зажигания.

При зтом клапаны размещают под углом к оси цилиндра, который вязьівается углом развала. С ростом утла развала появляется возможность увеличения диаметров клапанов.

Привод клапанов осуществляется от одного распределительного вала через коромысла или от двух валов через толкатели и реже − через коромысла или рычаги.

При поперечном расположении клапанов впускные и внпускные каналы направлены в разные стороны, а при косом — в одну или в разные стороны. Расположение каналов в разные стороны позволяет максимально приблизить друг к другу тарелки клапанов, и, как следствие, несколько увеличить их диаметр. Однако возможности улучшения наполнения цилиндров в двухклапанном механизме за счет увеличения диаметров головок клапанов ограничены.

Многоклапанные МГР (3, 4, 5 клапанов на цилиндр) (рис. 1, б, в) позволяют получить более высокий козффициент наполне­ния за счет увеличения общего проходного сечения трактов. При этом уменьщаются габариты и масса подвижных элементов МГР и, следовательно, сили инерции. Однако при зтом повышаются стоимость изготовления, сложность конструкций и снижается надежность функционирования МГР.

По месту расположения распределительного вала различают МГР с нижним или средним (рис. 2, а) и верхним (рис. 2, б… є) расположением.

Рисунок 2 Расположение и число распределительных валов:

а – нижнее; б, г – верхнее одного распределительного вала; д,е – двух распределительных валов; 1 – распределительный вал; 2 – толкатель; 3 – штанга; 4 – коромысло; 5 – клапанный механизм; 6 – траверса.

Нижние распределительные валы располагают в картере двигателя, а в У-образных конструкциях − в развале блока цилиндров. Достоинствами данного расположения являются простота конструкции и компактность привода. К недостаткам схемы относятся сравнительно большая масса движущихся злементов МГР и меньшая жесткость привода клапанного узла из-за длинной податливой штанги, что может привести к возникновению колебаний и изменениям требуемого закона подьема клапана. Поэтому такая схема используется в двигателях с относительно невысокой номинальной частотой вращения.

Привод распределительного вала от коленчатого вала обично осуществляется с помощью зубчатой пары. Для снижения шума при работе зубья шестерен выполняют косыми. С зтой же целью шестерню распределительного вала нередко изготовляют из текстолита.

Привод клапана от кулачка распределительного вала осу­ществляется через толкатель, штангу и коромисло.

Верхние распределительные валы устанавливают в головке блока цилиндров. Эго обусловливает большое межосевое расстояние между коленчатым и распределительным валами. Причем из-за большого диаметра шестерни на распределительном валу габариты двигателя, особенно четырехтактного (в головке), возрастают. Для привода клапанов могут использоваться один (рис. 2,

б… г) или два (рис. 2, д, є) распределительных вала.

Привод распределительного вала от коленчатого вала организуется цепью или зубчатим ремнем. В мощных дизелях привод возможен с помощью цилиндрических шестерен, а также системы промежуточннх валов с коническими или винтовыми шестернями.

Привод клапанов осуществляется одним или двумя распредели-тельными валами.

При одном распределительном вале и двух кла­панах на цилиндр с продольным расположением предпочтителен непосредственный привод их кулачками вала через направляющий стакан 1 (рис. 3, а), перемещающийся в стойке 2 или че­рез одноплечие рычаги (рис. 3, б…г), а при поперечном и ко-сом расположении клапанов − через коромысла

.

Для ГРМ с двумя распределительными валами характерен непосредственный привод клапанов кулачками вала (рис. 2, д, є). При зтой схеме удобно располагать в центре камеры сгорания свечу или форсунку. Аналогично для многоклапанных механизмов здесь возможен привод непосредственно от кулачков или попарный с помощью продольной траверсы (рис. 2, б) или вильчатых коромысел (рис. 3, з).

Рисунок 3 Привод клапанного механизма:

а – непосредственный; б…г – через рычаги; д…з – с помощью коромысла: 1 – стакан, 2 и 6 – стойки, 3 и 4 – регулировочные болты, 5 – шарик, 7 – канал.

Тема 13:»Газораспределительный механизм» — Автомеханик. Персональный сайт преподавателя Добровольского Е.И.

Подробности
Автор: Добровольский Е.И.

Опубликовано: 27 Октябрь 2013

 

Основные типы механизмов газораспределения

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

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

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

Газораспределительные механизмы могут иметь нижнее или верхнее расположение клапанов.

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

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

 

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

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

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

 

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

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

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

 

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

Недостатком этого механизма является более сложное устройство привода распределительного вала.

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

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

 

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

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

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

  

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

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

    

 

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

 

 

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

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

Механизм газораспределения V-образного двигателя

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

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

 

 

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

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

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

 

Рис.9. Распределительный вал

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

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

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

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

 

Рис. 10. Установочные метки на распределительных шестернях:

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

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

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

 

Рис.11.Цепной привод распределительного вала

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

 

Рис.12.Ременной привод распределительного вала

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

Детали клапанного привода

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

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

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

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

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

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

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

 

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

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

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

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

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

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

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

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Фазы газораспределения

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

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

 

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

1 — впускной клапан; 2 — выпускной клапан

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

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

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

Для закрепления полученных знаний просмотрите видеоролик » Газораспределительный механизм «

Просмотр доступен только для авторизованных пользователей сайта.

 

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

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

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

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

4. Материалы, размещенные на сайтах:

www.youtube.com/   

tezcar.ru

www.autoprospect.ru

autoustroistvo.ru/

ru.wikipedia.org/

 

Подробности

Просмотров: 2044

Нижнее расположение — клапан — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Нижнее расположение — клапан

Cтраница 1

Нижнее расположение клапанов применяется на двигателях со сравнительно невысокой степенью сжатия.  [1]

При нижнем расположении клапанов зазор регулируют регулировочными болтами толкателей, а при верхнем расположении — регулировочными винтами коромысел.  [2]

При нижнем расположении клапанов передача движения от кулачка распределительного вала к клапану производится с помощью толкателя ( см. фиг.  [3]

При нижнем расположении клапанов высота головки цилиндров и двигателя в целом уменьшается, а механизм газораспределения и привод к распределительному валу упрощается. Однако из-за менее компактной формы камеры сгорания IV ( см. рис. 2.7, а) экономические показатели таких двигателей ниже, а невозможность достижения высокого коэффициента наполнения при повышенном скоростном режиме работы ограничивает степень их форсирования.  [4]

При нижнем расположении клапанов их открытие происходит по — следующей схеме: коленчатый вал — распределительные шестерни — распределительный вал и кулачок-толкатель — клапан с пружиной — седло клапана. Закрытие клапана происходит под действием пружины клапана.  [5]

При нижнем расположении клапанов всггда достаточно иметь две шестерни.  [6]

В случае нижнего расположения клапанов в торец толкателя ввернут регулировочный болт ( рис. 31, е) с контргайкой.  [7]

Двигатели могут иметь нижнее расположение клапанов, при котором клапаны размещены в блоке цилиндров, и верхнее, когда они расположены в головке цилиндров.  [8]

У двигателей с нижним расположением клапанов свечу зажигания размещают на линии, соединяющей ось впускного клапана с осью цилиндра, приблизительно в том месте, где надклапанная зона сопрягается с цилиндром. У двигателей с верхним расположением клапанов свечу зажигания размещают между впускным и выпускным клапаном горизонтально, наклонно или вертикально ( см. фиг.  [9]

В некоторых двигателях с нижним расположением клапанов интенсификация искрового разряда достигается применением двух свечей зажигания. Одна свеча ( передняя) расположена по оси цилиндра, а другая ( задняя) — над клапаном; обе свечи работают последовательно, одна за другой. В конце такта сжатия искрообразование происходит сначала в передней свече, мимо которой движется турбулентный поток горючей смеси, перетекающий из цилиндра в камеру сгорания над клапанами. После воспламенения турбулентное движение смеси усиливается вокруг задней свечи, повышается температура в камере сгорания. В этот момент происходит искрообразование в задней свече, расположенной над клапанами, а затем воспламенение несгоревшей части смеси и полнее сгорание. Усовершенствование процесса воспламенения рабочей смеси возможно путем применения многоэлектродных свечей зажигания.  [10]

В механизме газораспределения с нижним расположением клапанов ( рис. 22, а) клапан 5 размещен сбоку цилиндра. Клапан состоит из тарелки и стержня. На тарелке выполнен конусный поясок, который, когда клапан закрыт, плотно прижимается пружиной 7 к седлу 6, имеющему также конусную поверхность. Для обеспечения требуемой герметичности цилиндра конусные поверхности притирают одну к другой. Пружина, закрепленная на стержне клапана, одним концом упирается в шайбу 8, а другим — в тело цилиндра. Когда вращающийся кулачок 10 поднимает толкатель 9, регулировочный болт 4 которого упирается в стержень клапана, клапан отходит от седла и соединяет цилиндр с впускным или выпускным каналом. Когда выступ кулачка сходит с толкателя, пружина плотно прижимает клапан к седлу, обеспечивая тем самым герметичность внутренней полости цилиндра. Каждый клапан поднимается с седла своим кулачком. В многоцилиндровых двигателях кулачки находятся на общем распределительном валу.  [11]

В механизме газораспределения с нижним расположением клапанов ( рис. 20, а) клапан 5 размещен сбоку цилиндра. Клапан состоит из тарелки и стержня.  [12]

Механизм запирания формы с нижним расположением клапана наполнения применяются во многих отечественных и зарубежных машинах ( фиг. Длительная эксплуатация этих машин показала высокую надежность и удобство в обслуживании этих механизмов.  [13]

Клапанные механизмы бывают с верхним и нижним расположением клапанов.  [14]

Страницы:      1    2    3    4

РАСПОЛОЖЕНИЕ КЛАПАНОВ

Два клапана в каждом цилиндре могут быть расположены в один или в два ряда вдоль оси блока цилиндров.

При расположении в один ряд чередование впускных и выпускных клапанов может быть различным. Попарное расположение одноименных клапанов дает возможность уменьшить число каналов в блоке цилиндров и упростить форму трубопроводов, но при этом увеличивается неравномерность износа цилиндров по окружности. Поэтому в настоящее время применяют смешанное чередование клапанов, при котором рядом располагаются как одноименные, так и разноименные клапаны соседних цилиндров. Соседние каналы впускных клапанов объединяют, а соседние каналы выпускных делают отдельными для лучшего охлаждения клапанов.

В карбюраторных двигателях оба трубопровода обычно размещают с одной стороны головки цилиндров, что обеспечивает подогрев впускного трубопровода и более интенсивное испарение топлива, направляющегося из карбюратора в цилиндры двигателя. В дизелях впускные и выпускные трубопроводы часто располагают по обе стороны головки цилиндров. При этом уменьшается подогрев воздуха, направляющегося в цилиндры, и повышается коэффициент наполнения.

На схеме показан непосредственный привод клапанов от распределительного вала, расположенного над ними, а на схеме приведено нижнее (в блоке цилиндров) расположение распределительного вала с приводом клапанов через толкатели, штанги и коромысла.

При расположении клапанов в два ряда впускные и выпускные клапаны размещают в разных рядах, а впускные и выпускные трубопроводы располагают с обеих сторон головки цилиндров. Применение клапанов, наклоненных к оси цилиндров, позволяет увеличить размеры клапана и упростить форму канала и головки цилиндров. В дизелях размещение клапанов в два ряда затрудняет установку форсунки в цилиндре и доступ к ней.

При двухрядном расположении клапанов их привод может быть различным: 1) с одним верхним распределительным валом и системой рычагов; 2) с двумя верхними распределительными валами, размещенными над клапанами; 3) с отдельным распределительным валом каждого ряда клапанов (в этом случае распределительные валы располагаются по обе стороны блока цилиндров). В V-образном двигателе часто устанавливают три распределительных вала.

Четыре клапана в цилиндре применяют для увеличения общей площади проходных сечений и уменьшения размеров клапанов. При этом жесткость клапанов значительно увеличивается и они лучше охлаждаются. Одноименные клапаны могут быть расположены в разных рядах или в одном.

При расположении одноименных клапанов в разных рядах уменьшается число каналов в головке цилиндров и оба трубопровода можно разместить с одной стороны. Однако при этом увеличивается тепловая напряженность выпускного клапана, находящегося со стороны трубопровода, так как его стержень обтекается отработавшими газами соседнего клапана. Поэтому чаще одноименныеклапанырасполагаютвразныхрядах.Привод к клапану осуществляется в этом случае от одного верхнего распределительного вала с помощью поперечных траверс, обеспечивающих одновременное открытие обоих одноименных клапанов, или от двух верхних распределительных валов, размещенных над клапанами.

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.

Смешанная система расположения клапанов применяется только в карбюраторных и газовых двигателях. Впускной клапан обычно размещается в головке цилиндров, а выпускнойв блоке цилиндров двигателя. При этом проходное отверстие клапана значительно увеличивается, что позволяет форсировать двигатель, но значительно усложняется привод клапанов.

Основные типы механизмов газораспределения

Категория:

   Техническое обслуживание автомобилей

Публикация:

   Основные типы механизмов газораспределения

Читать далее:



Основные типы механизмов газораспределения

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси (карбюраторные двигатели) или очищенного воздуха (дизели) и выпуска отработавших газов. На поршневых четырехтактных карбюраторных двигателях впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов осуществляются клапанами, которые могут иметь нижнее или верхнее расположение. При нижнем расположении клапаны устанавливают в блоке цилиндров (у двигателей ГАЗ-52-04, ЗИЛ-157КД), а при верхнем — в головке цилиндров (у двигателей автомобилей ЗИЛ-130, КамАЭ-5320, ГАЗ-24-10 «Волга», ВАЗ-2108 «Спутник» и др.).

При нижнем расположении клапанов (в блоке цилиндров) усилие от кулачка (рис. 3.1, а) распределительного вала передается толкателю, а затем через регулировочный болт с контргайкой клапану, головка которого отходит от седла.

При работе газораспределительного механизма стержень клапана движется возвратно-поступательно в направляющей втулке. На нижнем конце втулки свободно устанавливается пружина, верхний торец которой упирается в блок, а нижний — в тарелку, закрепленную на конце стержня клапана сухариками. Закрытие клапана происходит под действием пружины по мере того, как выступ кулачка выходит из-под толкателя.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

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 тепла с охлаждающей жидкостью.

В рядных двигателях при верхнем расположении клапанов (рис. 3.1, б) усилие от кулачка распределительного вала передается толкателю, а от него — штанге. Штанга через регулировочный винт воздействует на короткое плечо коромысла, которое, поворачиваясь на оси, нажимает своим носком на стержень клапана. При этом пружина сжимается, а клапан перемещается вниз, отходит от седла, обеспечивая в зависимости от назначения клапана впуск горючей смеси или выпуск отработавших газов. После того как выступ кулачка выйдет из-под толкателя, клапанный механизм возвращается в исходное положение под действием пружины. При работе клапанного механизма положение направляющей втулки, запрессованной в головку цилиндров фиксируется стопорным кольцом, а регулировочного винта — контргайкой. Верхний конец стержня клапана закреплен сухариками, установленными в тарелке при помощи втулки.

Рис. 3.1. Схемы газораспределительных механизмов с различным расположением клапанов:
а — нижним; б — верхним

Распределительные валы при верхнем расположении клапанов могут быть установлены в блоке цилиндров — нижнее расположение (двигатели автомобилей ЗИЛ-130, -4331, КамАЭ-5320) или на головке блока— верхнее расположение (однорядные двигатели автомобилей семейств ВАЗ и «Москвич»).

При верхнем расположении распределительного вала (рис. 3.2) 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.

В двигателях автомобилей ВАЗ (с приводом на задние колеса) (рис. 3.2, а) распределительный вал расположен в отдельном картере на головке блока цилиндров и вращается в подшипниках скольжения. Привод к клапанам, размещенным в один ряд, осуществляется непосредственно от кулачков распределительного вала через одноплечие рычаги (рокеры). Одним концом одноплечий рычаг опирается на стержень клапана, другим — на сферическую головку болта и удерживается на ней при помощи шпилечной пружины.

Рис. 3.2. Газораспределительные механизмы двигателей с верхним расположением распределительных валов автомобилей:
а — ВАЗ-2105, -2107 «Жигули»; б — «Москвич-2140»; в — ВАЗ-2108 «Спутник», BA3-2109

В двигателях автомобилей семейства «Москвич» (рис. 3.2, б) клапаны расположены в два ряда и приводятся в действие коромыслами от кулачков распределительного вала. Для регулировки теплового зазора в клапанах служит регулировочный болт с контргайкой, который связан со сферическим наконечником.

В двигателях переднеприводных автомобилей ВАЗ-2108 «Спутник», ВАЗ-2109, верхний распределительный вал установлен в отдельном корпусе (рис. 3.2, в), расположенном на головке цилиндров, в которую запрессованы чугунные седла и направляющие втулки клапанов. Верхняя часть втулок уплотняется металлорезиновыми маслоот-ражательными колпачками.

Рис. 3.3. Газораспределительный механизм V-образного двигателя

Клапаны приводятся в действие непосредственно кулачками через цилиндрические толкатели без промежуточных рычагов. В гнездах толкателей находятся шайбы для регулировки зазора h в клапанном механизме.

Рекламные предложения:


Читать далее: Механизм газораспределения V-образного двигателя

Категория: — Техническое обслуживание автомобилей

Главная → Справочник → Статьи → Форум


Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о