Основные типы механизмов газораспределения

 

                                           Содержание:

1 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, КамАЗ-5320, ГАЗ-24-10 «Волга», ВАЗ-2108 «Спутник» и др.).

При нижнем расположении клапанов (в блоке цилиндров) усилие от кулачка 10 (рис. 1.1, а) распределительного вала передается толкателю 9, а затем через регулировочный болт 7 с контргайкой 8 клапану 2, головка которого отходит от седла.

При работе газораспределительного механизма стержень клапана движется возвратно-поступательно в направляющей втулке 3. На нижнем конце втулки свободно устанавливается пружина 4, верхний торец которой упирается в блок, а нижний — в тарелку 6, закрепленную на конце стержня клапана сухариками 5. Закрытие клапана происходит под действием пружины по мере того, как выступ кулачка 10 выходит из-под толкателя.

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. 1.1,6) усилие от кулачка 10 распределительного вала передается толкателю 9, а от него — штанге 19. Штанга через регулировочный винт 7 воздействует на короткое плечо коромысла 17, которое, поворачиваясь на оси 18, нажимает своим носком на стержень клапана 2. При этом пружина 4 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 10 выйдет из-под толкателя 9, клапанный механизм возвращается в исходное положение под действием пружины 4. При работе клапанного механизма положение направляющей втулки, запрессованной в головку цилиндров 15, фиксируется стопорным кольцом 16, а регулировочного винта 7 — контргайкой 8. Верхний конец стержня клапана закреплен сухариками 14, установленными в тарелке 12 при помощи втулки 13.

Распределительные валы при  верхнем расположении клапанов могут быть установлены в блоке цилиндров — нижнее расположение (двигатели автомобилей ЗИЛ-130, -4331, КамАЗ-5320) или на головке блока — верхнее расположение (однорядные двигатели автомобилей семейств ВАЗ и «Москвич»). При верхнем расположении распределительного вала (рис. 1.2) 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. 1.2, а) распределительный вал

                   

расположен в отдельном  картере на головке 2 блока цилиндров и вращается в подшипниках скольжения. Привод к клапанам 1, размещенным в один ряд, осуществляется непосредственно от кулачков 4 распределительного вала через одноплечие рычаги (рокеры) 3. Одним концом одноплечий рычаг опирается на стержень клапана, другим — на сферическую головку болта 5 и удерживается на ней при помощи шпилечной пружины 7.

В двигателях автомобилей семейства «Москвич» (рис. 1.2, б) клапаны 1 расположены в два ряда и приводятся в действие коромыслами 9 от кулачков 4 распределительного вала. Для регулировки теплового зазора в клапанах служит регулировочный болт 5 с контргайкой 6, который связан со сферическим наконечником 8.

В двигателях переднеприводных автомобилей ВАЗ-2108 «Спутник», ВАЗ-2109, верхний распределительный вал установлен в отдельном корпусе 10 (рис. 1.2, в), расположенном на головке цилиндров 2, в которую запрессованы чугунные седла 14 и направляющие втулки 13 клапанов. Верхняя часть втулок уплотняется металлорезиновыми маслоотражательными колпачками 12.

Клапаны 1 приводятся в действие непосредственно кулачками 4 через цилиндрические толкатели 15 без промежуточных рычагов. В гнездах толкателей находятся шайбы 11 для регулировки зазора h в клапанном механизме.

 

               2 Механизм газораспределения V-образного двигателя

На V-образных восьмицилиндровых двигателях применяют верхнее расположение клапанов (рис. 2.1). Нижний распределительный вал таких двигателей, установленный в развале блока, является общим для клапанов правого и левого рядов цилиндров

                    

Рис. 2.1 Газораспределительный механизм V-образного двигателя

 

Открытие клапанов 9 (впускного и выпускного), перемещающихся в направляющих втулках 10, происходит под действием усилия, передаваемого от кулачков 6 и 7 через толкатели 19 штанги 18 и коромысла 14, установленные на осях 13. Закрытие клапанов осуществляется под действием пружин 12, нижние концы которых упираются в шайбы 11. При наличии у выпускных клапанов механизма вращения их пружины опираются на опорные шайбы 17 этих механизмов. Верхними концами пружины обоих клапанов упираются в тарелки 20. 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 2 раза медленнее коленчатого вала. Поэтому зубчатое колесо распределительного вала имеет в 2 раза больше зубьев, чем ведущая шестерня коленчатого вала.

 

3 Распределительный вал.

Распределительный вал изготовляют из стали или специального чугуна и подвергают термической обработке. Профиль его кулачков как впускных 6,  так и выпускных 7 у большинства двигателей делают одинаковым.

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 4, диаметр шеек уменьшается, что облегчает установку распределительного вала в картере двигателя. Число опорных шеек обычно равно числу коренных подшипников коленчатого вала. Втулки 8 опорных шеек изготовляют из стали, а внутреннюю поверхность их покрывают антифрикционным сплавом. На переднем конце распределительного вала расположен эксцентрик 5, воздействующий на штангу 26 привода топливного насоса, а на его заднем конце находится шестерня 28, которая приводит во вращение зубчатое колесо валика 27, расположенного в корпусе 29 привода распределителя зажигания и масляного насоса.

Между зубчатым колесом  распределительного вала и его передней опорной шейкой установлены распорное кольцо 3 и упорный фланец 2, крепящийся болтами к блоку и удерживающий вал от продольного перемещения. Так как толщина распорного кольца 3 больше толщины упорного фланца 2, обеспечивается осевой зазор («разбег») распределительного вала, который должен быть в пределах 0,08—0,21 мм. В отверстии переднего торца распределительного вала (двигатели ЗИЛ-130, ЗМЗ-53-11 и др.) расположен узел привода центробежного датчика регулятора частоты вращения коленчатого вала, состоящий из валика 22, пружины 21 и шайбы 24, закрепленных кольцом 23.

 

3.1 Привод распределительного вала.

Распределительный вал  приводится в движение при помощи зубчатой или цепной передачи (рис. 3.1). На двигателях грузовых автомобилей в основном применяют зубчатые передачи. Ведущая шестерня такой передачи (рис., 3.1, а) установлена на переднем конце коленчатого вала, а ведомое колесо 3 — на переднем конце распределительного вала и закреплено гайкой 25 (см. рис. 2.1).

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.

Рис. 3.1.1.  Типы   привода   распределительного вала: а — зубчатый; б — цепной

Поэтому при сборке двигателя зубчатые колеса вводятся в зацепление по меткам 2 (см. рис. 3.1.1, а) на их зубьях (на впадине между зубьями колеса и на зубе шестерни). Чтобы уменьшить уровень шума зубчатых колес, их изготовляют с косыми зубьями и из различных материалов. На коленчатом валу устанавливают стальную шестерню, а на распределительном — чугунное (двигатели автомобилей ЗИЛ-130, МАЗ-5335) или текстолитовое (двигатели автомобилей ГАЗ-53-12, УАЗ-3151-01) колесо.

В двигателях легковых автомобилей семейств «Москвич» и ВАЗ (с приводом на задние колеса) газораспределительный механизм приводится в действие от коленчатого вала двухрядной втулочно-роликовой цепью 5 (рис. 3.1.1,6), которая соединяет ведущую звездочку 8 коленчатого вала со звездочкой 4 распределительного вала и звездочкой 7 валика привода масляного насоса и прерывателя-распределителя зажигания. При резком изменении частоты вращения коленчатого вала появляются колебания ветви, цепи, для их гашения служит пластмассовая колодка 6 (успокоитель). С противоположной стороны колодки б размещается башмак 9 натяжного устройства. Один конец башмака закреплен на оси, а другой соединяется с регулировочным механизмом 10, прижимающим башмак к цепи. Цепь натягивают при помощи гайки регулировочного механизма.

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

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.

 

   4 Детали  клапанного  механизма

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

4.1 Толкатели.

   Они предназначены для передачи усилия от распределительного вала через штанги к коромыслам. Изготовляют их из стали или чугуна. Толкатели выполняют цилиндрическими и рычажно-роликовыми. В дизелях ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 применяют рычажно-роликовые толкатели качающегося типа (рис. 4.1.1, а), установленные на оси / над распределительный/ валом. Ролик 2 толкателя 3 опирается на кулачок распределительное вала. Ось ролика вращается н; игольчатых подшипниках, поэтом; при перекатывании ролика по кулачку трение скольжения заменяете! трением качения. Сверху на толкатель опирается штанга 4.

В двигателях ЗИЛ-130, ЗМЗ-53-11 и КамАЗ-740 применяют цилиндрические толкатели 7 (рис. 4.1.1,6), установленные в специальных отверстиях  направляющих. У дизеля К.амАЗ-740 направляющие съемные. Внутренняя полость толкателя имеет сферическую поверхность 10 под штангу и отверстие 9 для слива масла. Для повышения работоспособности торцовую поверхность 8 стальных толкателей в месте соприкосновения с кулачком наплавляют специальным износостойким чугуном.

 

4.2 Штанги.

 Для передачи усилия  от толкателей к коромыслам служат штанги. Из изготовляют из стального прутка с закаленными концами (двигатели ЗИЛ-130) или из дюралюминиевого стержня (двигатели ЗМЗ-53-11 и ЗМЗ-24-04) со стальными сферическими наконечниками.

В дизелях ЯМЗ и КамАЗ  штанги 4 (см. рис. 4.1.1, б) делают из стальной трубки. На концах штанг напрессовывают стальные сферические наконечники , которыми они с одной стороны упираются в сферические поверхности регулировочных винтов 5 (см. рис 4.1.1, а), ввернутых в коромысла 6, а с другой в толкатели.

4.3 Коромысло.

 Для передачи усилия от штанги в клапану служит коромысло, представляющее собой неравноплечий рычаг, изготовленный из стали или чугуна. Плечо а коромысла примерно в 1,5 раза больше плеча в. 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 13 (см. рис. 1.2), в конце которой запрессованы заглушки, что позволяет подводить масло к бронзовым втулкам коромысел и к 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 за одно целое со стойками и каждое коромысло качается на своей оси.

 

 

 

 

Рис. 4.1.1. Детали привода клапанов дизелей: а—ЯМЗ; б—КамАЗ

 

4.4 Клапаны.

Открытие и закрытие впускных и выпускных каналов, соединяющих цилиндры с газопроводами системы питания, происходят при помощи клапанов. Клапан состоит из плоской головки и стержня , 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 изготовляют 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 из жаропрочного чугуна, которые называются седлами. Применение вставных седел повышает срок службы головки цилиндров и клапанов.

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

Стержни клапанов имеют цилиндрическую форму. Они перемещаются в чугунных или металлокерамических втулках , запрессованных в головку блока. На конце стержня проточены цилиндрические канавки под выступы конических сухариков, которые прижимаются к конической поверхности тарелки под действием пружины. В двигателях ЯМЗ, КамАЗ и автомобилей семейства «Москвич» для повышения работоспособности газораспределительного механизма клапана прижимаются к седлам не одной, а двумя пружинами. В этом