Содержание
ᐉ Схема устройства и работа механизма газораспределения
В четырехтактных двигателях применяют клапанный механизм газораспределения, служащий для своевременной подачи в цилиндры воздуха (в дизелях) или горючей смеси (в карбюраторных двигателях) и для выпуска из цилиндров отработавших газов. Клапаны в определенные моменты открывают и закрывают впускные и выпускные каналы головки цилиндров, т.е. обеспечивают сообщение цилиндров двигателя с впускным и выпускным трубопроводами. В изучаемых двигателях используют механизм газораспределения с верхним расположением клапанов и нижним положением распределительного вала.
Рис. Схема механизма газораспределения: 1 — ось коромысел; 2 — регулировочный винт; 3 — контргайка; 4 — стойка; 5 — штанга; 6 — толкатель; 7 — распределительный вал; 8 — шестерня распределительного вала; 9 — шестерня коленчатого вала; 10 — промежуточная шестерня; 11 — поршень; 12 — клапан; 13 — головка цилиндров; 14 — направляющая втулка; 15 — пружина клапана; 16 — коромысло
Механизм газораспределения состоит из:
- впускных и выпускных клапанов с пружинами
- передаточных деталей от распределительного вала к клапанам
- распределительного вала
- шестерни
Механизм работает следующим образом: коленчатый вал с помощью шестерен вращает распределительный вал 7, каждый кулачок которого, набегая на толкатель 6, поднимает его вместе со штангой 5. Последняя, в свою очередь, поднимает один конец коромысла 16, при этом другой конец, двигаясь вниз, давит на клапан 12. Клапан опускается и сжимает пружину 15. Когда кулачок распределительного вала 7 сходит с толкателя 6, штанга 5 и толкатель опускаются, а клапан 12 под действием пружины «садится в седло» и плотно закрывает отверстие канала.
Для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов и заполнения их свежим воздухом или горючей смесью клапаны открыты дольше, чем в простейшем двигателе. От степени наполнения цилиндров «свежим зарядом» и степени очистки их от отработавших газов во многом зависит мощность двигателя.
Для того чтобы в цилиндры двигателя поступило больше воздуха или горючей смеси, впускные клапаны должны открываться с опережением, т.е. до прихода поршня в верхнюю мертвую точку (ВМТ). При большой частоте вращения коленчатого вала такт впуска повторяется часто, поэтому во впускном трубопроводе создается разрежение и воздух поступает в цилиндры двигателя, несмотря на то, что поршень некоторое время движется вверх. Поступление воздуха в цилиндры через открытый клапан продолжается по инерции и после того, как поршень пройдет нижнюю мертвую точку (НМТ). Впускной клапан закрывается с некоторым запаздыванием. Периоды от момента открытия клапанов до момента их закрытия, выраженные в угловых градусах поворота коленчатого вала, называют «фазами газораспределения». Их можно изобразить в виде таблицы, либо в виде круговой диаграммы, как, например, на рисунке. За счет опережения открытия и запаздывания закрытия впускного клапана период впуска воздуха у двигателя ЗМЗ-53 продлевается от 180 до 268°.
Рис. Диаграмма фаз газораспределения двигателя ЗМЗ-53
После закрытия впускного клапана происходят сжатие смеси и рабочий ход поршня. Выпуск отработавших газов из цилиндра, или открытие выпускного клапана, начинается до прихода поршня в НТМ, за 50° по углу поворота коленчатого вала. Выпускной клапан закрывается после прохода поршнем ВМТ. Продолжительность открытия выпускного клапана по углу поворота коленчатого вала составляет 252°.
В конце такта выпуска и начале такта впуска оба клапана некоторое время открыты одновременно, что соответствует 46 по углу поворота коленчатого вала. Такое угловое перекрытие тактов клапанов способствует лучшей очистке цилиндра от отработавших газов в результате его продувки свежим воздухом.
Моменты открытия и закрытия клапанов у каждого двигателя различны и зависят от профиля кулачков распределительного вала, а также от величины зазоров между клапанами и коромыслами.
Posted in Газораспределительный механизм (ГРМ)Tagged Газораспределение, ГРМ
Схема действия газораспределительного механизма двигателя
Схема действия газораспределительного механизма двигателя
Газораспределительный мёханизм управляет своевременным впуском в цилиндры воздушного заряда или горючей смеси и удалением из них отработавших газов. Он состоит из клапанов с пружинами, распределительного (кулачкового) вала с шестернями и деталей, которые передают движение от вала клапанам.
Схема этого механизма показана на рисунке 1.
Коленчатый вал через шестерни вращает распределительный вал. Выступ кулачка вала поднимает толкатель вместе со штангой; коромысло поворачивается на оси и опускает клапан, сжимая его пружину. При дальнейшем повороте вала выступ кулачка выходит из-под толкателя, давление на клапан прекращается, и он под действием сжатой пружины поднимается во втулке, плотно закрывая отверстие головки цилиндра.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
За один рабочий цикл четырехтактного двигателя, т. е. за два оборота коленчатого вала, клапаны должны открывать и закрывать отверстия головки цилиндров только один раз. При этом распределительный вал делает один оборот, так как шестерня на распределительном валу имеет в 2 раза больше зубьев, чем шестерня на коленчатом валу.
Мощность двигателя зависит от наполнения цилиндров свежим зарядом воздуха (или горючей смеси) и степени очистки их от отработавших газов. Чтобы смеси или воздуха поступало в цилиндры больше, впускной клапан открывается с опережением, т. е. до прихода поршня в в.м.т. Наполнение цилиндра начинается не от всасывающего действия поршня, а под влиянием инерционного напора во впускном трубопроводе, который создается вследствие часто повторяющихся тактов впуска. Закрывается впускной клапан с запаздыванием, т. е. после прихода поршня в н.м.т. Но воздух (смесь) продолжает поступать в цилиндр по инерции, а также потому, что давление в нем еще ниже атмосферного.
Выпускной клапан открывается тоже с опережением, т. е. до окончания такта рабочего хода, и часть газов, находящихся под небольшим давлением, выбрасывается из цилиндра. Это снижает противодавление оставшихся в нем газов, уменьшая затрату мощности на их выталкивание. Закрывается выпускной клапан с запаздыванием, т. е. после в.м.т., обеспечивая лучшую очистку камеры сгорания от отработавших газов. В какой-то момент оба клапана оказываются одновременно приоткрытыми. Наступает так называемое перекрытие клапанов, при котором выходящие из цилиндра газы способствуют подсасыванию воздуха (смеси) в цилиндр, увеличивая его наполнение.
Рис. 1. Схема распределительного механизма:
11— головка цилиндра; 2 — клапан; 3 — направляющая втулка; 4 — пружина; 5 — опорная тарелка пружины; 6 — коромысло; 7 — ось коромысла; 8 — регулировочный винт; 9 — контргайка; 10 — стойка оси коромысла; 11 — штанга; 12 — толкатель; 13 — распределительный вал; 14 — шестерня распределительного вала; 15 — шестерня коленчатого вала; 16 — промежуточная шестерня
Рис. 2. Диаграмма фаз газораспределения
Продолжительность открытого положения клапанов (или окон двухтактного двигателя), выраженная в градусах поворота коленчатого вала, называется фазами газораспределения. На рисунке 2 приведена диаграмма таких фаз, на которой видно, при каком положении шатунной шейки относительно мертвых точек открываются и закрываются клапаны.
Диаграмма фаз обеспечивается формой и взаимным положением кулачков распределительного вала, а также определенным зазором между стержнями клапанов и бойками коромысел.
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СХЕМА ДВУХТАКТНЫХ И ЧЕТЫРЕХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ: ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ФАКТИЧЕСКАЯ
15 Ago 2019
По INGENIERIA Y MECANICA AUTOMOTRIZ
Диаграмма фаз газораспределения представляет собой графическое представление открытия и закрытия впускного и выпускного клапана двигателя. Открытие и закрытие клапанов двигателя зависит от движения поршня от ВМТ до НМТ. , Эта взаимосвязь между поршнем и клапанами контролируется путем установки графического представления между ними, которое известно как диаграмма фаз газораспределения.
Диаграмма фаз газораспределения состоит из фигуры в 360 градусов, которая представляет собой движение поршня от ВМТ до НМТ во всех тактах цикла двигателя, которое измеряется в градусах, а открытие и закрытие клапанов управляется в соответствии с этими градусов.
ЗАЧЕМ НУЖНА ГРАФИЧЕСКАЯ СХЕМА КЛАПАНОВ?
Обычный двигатель совершает около 100000 циклов в минуту, поскольку мы знаем, что в одном цикле (от впуска воздушно-топливной смеси до выпуска продуктов сгорания) внутреннего сгорания участвует ряд процессов, что делает необходимым быть оснащен эффективной системой, которая может позволить
Синхронизация между этапами цикла двигателя от впуска топливовоздушной смеси до выпуска продуктов сгорания.
Полное заклинивание камеры сгорания в момент, когда происходит сгорание воздушно-топливной смеси, поскольку утечка может привести к повреждению двигателя и может быть опасной.
Обеспечьте двигатель смесью воздуха и топлива или воздуха в случае дизельного двигателя, когда это необходимо (во время всасывания), что необходимо двигателю.
Обеспечьте выход продуктов сгорания, чтобы мог произойти следующий цикл двигателя.
Идеальное время для открытия и закрытия впускного и выпускного клапана, которые, в свою очередь, защищают двигатель от дефектов, таких как стук или детонация.
Высокая степень сжатия, необходимая для сгорания топлива, особенно в случае дизельного двигателя, за счет перекрытия закрытия клапана.
Очистка цилиндра двигателя, что, в свою очередь, поддерживает качество сгорания и снижает износ внутри цилиндра.
Изучение деталей сгорания, необходимое для изменения мощности двигателя.
Таким образом, по этим причинам двигатель, будь то 2-тактный или 4-тактный, спроектирован в соответствии с диаграммой фаз газораспределения, так что движение поршня от ВМТ до НМТ обеспечивается с идеальным моментом открытия и закрытия впуска. и выпускных клапанов соответственно.
ГРАФИЧЕСКАЯ СХЕМА РАБОТЫ КЛАПАНОВ ДЛЯ 4-ТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (БЕНЗИНОВЫХ И ДИЗЕЛЬНЫХ)
Как мы все знаем, в 4-тактных двигателях цикл завершается в 4 такта: всасывание, сжатие, расширение и выпуск. Соотношение между клапанами (впускной и выпуск) и движение поршня от ВМТ к НМТ представлено графиком, известным как диаграмма фаз газораспределения.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ
Такт всасывания-
Цикл двигателя начинается с этого такта, Впускной клапан открывается, когда поршень, находящийся в ВМТ, начинает двигаться к НМТ и воздушно-топливная смесь в случае бензина и свежий воздух в случае дизельного двигателя начинает поступать в цилиндр, пока поршень не достигнет НМТ.
Такт сжатия-
После такта всасывания поршень снова начинает двигаться от НМТ к ВМТ, чтобы сжать топливовоздушную смесь (бензиновый двигатель) и свежий воздух (дизельный двигатель), что, в свою очередь, повышает давление внутри цилиндра, которое необходимы для сгорания топлива.
Впускной клапан закрывается во время этой операции, чтобы обеспечить захват камеры для сжатия топлива.
Такт расширения-
После сжатия топлива происходит сгорание топлива, которое, в свою очередь, толкает поршень, находящийся в ВМТ, к НМТ, чтобы сбросить давление, создаваемое сгоранием, и получить выходную мощность.
Примечание. В бензиновом двигателе сгорание происходит за счет искры, создаваемой свечой зажигания.
В бензиновом двигателе воздух и топливо поступают в цилиндр во время такта всасывания.
В дизельном двигателе сгорание происходит за счет высокой степени сжатия, обеспечиваемой тактом сжатия, который отвечает за повышение температуры внутри цилиндра до температуры самовоспламенения дизельного топлива и наддувочного воздуха.
В дизельном двигателе свежий воздух поступает внутрь цилиндра во время такта всасывания, и топливо распыляется топливными форсунками по воздуху.
Такт выпуска —
После такта расширения поршень, находящийся в НМТ, начинает двигаться к ВМТ, после чего открывается выпускной клапан для удаления остаточного сгорания
Выпускной клапан закрывается после достижения поршнем ВМТ.
РЕАЛЬНЫЙ ИЛИ ПРАКТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
В такте всасывания 4-тактного двигателя впускной клапан открывается на 10-20 градусов раньше ВМТ для надлежащего впуска воздуха-топлива (бензин) или воздуха (дизель), что также обеспечивает очистку оставшихся остатки сгорания в камере сгорания.
Когда поршень достигает НМТ, начинается такт сжатия, и снова поршень начинает движение к ВМТ. Впускной клапан закрывается на 25-30 градусов после НМТ во время такта сжатия, что обеспечивает полный захват камеры сгорания для сжатия воздуха- топливо (бензиновый двигатель) и воздух (дизельный двигатель).
Во время такта сжатия при движении поршня к ВМТ сгорание топлива происходит за 20-35 градусов до ВМТ, что обеспечивает правильное сгорание топлива и правильное распространение пламени.
Такты расширения начинаются из-за сгорания топлива, что, в свою очередь, снижает давление внутри камеры сгорания и обеспечивает вращение коленчатого вала. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ во время такта расширения, который продолжается 30-50 градусов до НМТ.
Выпускной клапан открывается за 30-50 градусов до НМТ, что, в свою очередь, запускает такт выпуска, а выброс остатка сгорания происходит с перемещением поршня от НМТ к ВМТ, которое продолжается до 10-20 градусов после достижения поршнем ВМТ.
Как видим за весь цикл двигателя клапаны перекрываются 2 раза т.е. закрытие обоих клапанов на такте сжатия и открытие обоих клапанов на такте выпуска.
ГРАФИЧЕСКАЯ СХЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КЛАПАНОВ ДЛЯ 2-ТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
В 2-тактном бензиновом двигателе, как мы все знаем, цикл двигателя завершается в 2 такта, т. е. такта расширения и такта сжатия. Впуск топлива и остаточный выхлоп происходят соответственно во время этих 2 тактов .
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЗ
Такт расширения-
В начале такта расширения поршень, находящийся в ВМТ, начинает двигаться к НМТ за счет сгорания сжатого воздуха-топлива (бензиновый двигатель) и (дизельного топлива в дизельном двигателе) на такте сжатия и получается выходная мощность.
Воздух-топливо (бензиновый двигатель) и воздух (дизельное топливо) поступает через впускное отверстие во время тактов расширения, когда поршень перемещается от ВМТ к НМТ во время этого такта.
Ход расширения продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет НМТ.
Такт сжатия-
В конце такта расширения поршень, находящийся в НМТ, начинает двигаться к ВМТ, и начинается сжатие воздушно-топливного (бензиновый двигатель) и дизельного распыляемого заряда (дизельный двигатель) вместе с выпуском продуктов сгорания. остаточное через выпускное отверстие из-за движения поршня от НМТ к ВМТ.
Поршень закрывает впускной и выпускной каналы из-за своего перемещения от НМТ к ВМТ, что, в свою очередь, повышает давление внутри камеры сгорания.
В конце такта сжатия, т.е. когда поршень достигает ВМТ, происходит сгорание топливовоздушной смеси (бензиновый двигатель) за счет искры и впрыска дизельного топлива (дизельный двигатель) за счет высокого давления, И цикл повторяется снова.
РЕАЛЬНЫЙ ИЛИ ПРАКТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
Перед тактом расширения, т.е. завершением такта сжатия, впускное отверстие открывается на 10-20 градусов до того, как поршень достигает ВМТ, что, в свою очередь, запускает такт расширения из-за сгорания воздушно-топливной смеси. (бензиновый двигатель) из картера, а воздух (дизельный двигатель) поступает из впускного отверстия, которое, в свою очередь, толкает поршень к НМТ.
Впускное отверстие закрывается на 15-20 градусов после ВМТ во время такта расширения двухтактного двигателя.
Из-за движения поршня от ВМТ к НМТ во время такта расширения выпускное отверстие открывается на 35-60 градусов до того, как поршень достигнет НМТ, что, в свою очередь, запускает выпуск остатка сгорания.
Перепускное отверстие открывается на 30-45 градусов до НМТ для процесса очистки.
Когда поршень перемещается от НМТ к ВМТ, порт перекачки закрывается на 30-45 градусов после НМТ, что, в свою очередь, останавливает процесс продувки.
При движении поршня от НМТ к ВМТ выпускной клапан закрывается на 35-60 градусов после НМТ, что приводит к заклиниванию камеры сгорания и увеличению давления внутри камеры сгорания за счет начала такта сжатия, и цикл начинается заново.
Воздушно-топливная смесь (бензиновый двигатель) и воздух (дизельный двигатель) подается в цилиндр при открытии перепускного отверстия.
Примечание. Открытие и закрытие клапанов за несколько градусов до ВМТ и НМТ необходимо для нормальной работы двигателя, так как зазоры в этом градусе обеспечивают правильное завершение работы тактов и предотвращают дефекты двигателя, такие как детонация, а также вызывают меньший выброс вредных веществ.
Для модификации мощности регулируются фазы газораспределения, что, в свою очередь, увеличивает мощность и крутящий момент двигателя, но снижает экономичность.
В этой статье мы узнали о фазе газораспределения диаг
Опубликовано в Motores
Диаграмма фаз газораспределения четырехтактного двигателя SI — работа на низких и высоких скоростях
🔗Работа четырехтактного двигателя с искровым зажиганием с диаграммой PV
🔗Газовая диаграмма портов двухтактного двигателя
Что подразумевается под фазы газораспределения двигателя?
Фаза газораспределения – это регулировка клапанов двигателя, в соответствии с которой они должны открываться и закрываться во время рабочего цикла. На диаграмме показано время открытия и закрытия впускного и выпускного клапана в течение одного полного цикла из четырех тактов. Время газораспределения является одним из важных факторов, влияющих на объемный КПД двигателя. И впускные, и выпускные клапаны точно синхронизированы, чтобы обеспечить наиболее удовлетворительный результат для нормальных условий эксплуатации. Кулачки управления клапаном обеспечивают открытие и закрытие клапана. Специально разработанная настройка кулачка определяет и контролирует синхронизацию клапана.
Для бесперебойной работы клапана требуется ограниченный период времени для надлежащего открытия и закрытия клапана, это небольшое время называется временем опережения. [Что известно как время опережения в фазе газораспределения?]. На рисунке показаны фазы газораспределения четырехтактного двигателя с искровым зажиганием как для низкой скорости, так и для высокой скорости.
Указанные углы немного отличаются в зависимости от конструкции двигателя.
Фазы впускного клапана
Теоретически впускной клапан должен открываться в ВМТ (ВМТ). Однако почти во всех двигателях SI впускной клапан открывается на несколько градусов до ВМТ, чтобы гарантировать, что клапан полностью открыт, и свежий заряд поступает в цилиндр, когда поршень достигает ВМТ. Впускной клапан открывается за 10° до ВМТ как для тихоходного двигателя, так и для высокооборотного двигателя. Когда поршень отходит от головки блока цилиндров, двигатель всасывает в цилиндр новый заряд.
Когда поршень достигает НМТ (нижней мертвой точки) и снова поднимается во время такта сжатия, инерция протекающей воздушно-топливной смеси стремится продолжить подачу заряда в цилиндр. Инерция имеет тенденцию удерживать впускной клапан открытым в течение короткого периода времени. Если впускной клапан остается открытым далеко за пределами НМТ, такт сжатия вытесняет некоторое количество свежего заряда с последующим снижением объемного КПД. Следовательно, впускной клапан должен закрываться относительно рано после достижения НМТ. Для тихоходного двигателя инерция протекающего заряда также мала, и впускной клапан закрывается на 10° после НМТ. Для высокоскоростного двигателя всасываемый заряд имеет более высокую инерцию, он вызывает эффект «тарана», когда поршень движется вверх во время такта сжатия. Эффект тарана имеет тенденцию накапливать больше свежего заряда в цилиндре. Чтобы воспользоваться эффектом поршня, в высокоскоростном двигателе закрытие впускного клапана задерживается. Для высокоскоростного двигателя впускной клапан закрывается на 60° после НМТ. Если обороты высокоскоростного двигателя выходят за пределы его рабочего диапазона, поток заряда может засориться из-за трения. Эта потеря может стать больше, чем преимущества эффекта тарана, и заряд на цилиндр за цикл упадет.
🔗Изменяемая фаза газораспределения VVT двигателя внутреннего сгорания — Преимущества
Фаза выпускного клапана
Выпускной клапан обычно открыт до достижения поршнем НМТ (во время такта расширения).
Содержание
Схема действия газораспределительного механизма двигателя
Схема действия газораспределительного механизма двигателя
Газораспределительный мёханизм управляет своевременным впуском в цилиндры воздушного заряда или горючей смеси и удалением из них отработавших газов. Он состоит из клапанов с пружинами, распределительного (кулачкового) вала с шестернями и деталей, которые передают движение от вала клапанам.
Схема этого механизма показана на рисунке 1.
Коленчатый вал через шестерни вращает распределительный вал. Выступ кулачка вала поднимает толкатель вместе со штангой; коромысло поворачивается на оси и опускает клапан, сжимая его пружину. При дальнейшем повороте вала выступ кулачка выходит из-под толкателя, давление на клапан прекращается, и он под действием сжатой пружины поднимается во втулке, плотно закрывая отверстие головки цилиндра.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
За один рабочий цикл четырехтактного двигателя, т. е. за два оборота коленчатого вала, клапаны должны открывать и закрывать отверстия головки цилиндров только один раз. При этом распределительный вал делает один оборот, так как шестерня на распределительном валу имеет в 2 раза больше зубьев, чем шестерня на коленчатом валу.
Мощность двигателя зависит от наполнения цилиндров свежим зарядом воздуха (или горючей смеси) и степени очистки их от отработавших газов. Чтобы смеси или воздуха поступало в цилиндры больше, впускной клапан открывается с опережением, т. е. до прихода поршня в в.м.т. Наполнение цилиндра начинается не от всасывающего действия поршня, а под влиянием инерционного напора во впускном трубопроводе, который создается вследствие часто повторяющихся тактов впуска. Закрывается впускной клапан с запаздыванием, т. е. после прихода поршня в н.м.т. Но воздух (смесь) продолжает поступать в цилиндр по инерции, а также потому, что давление в нем еще ниже атмосферного.
Выпускной клапан открывается тоже с опережением, т. е. до окончания такта рабочего хода, и часть газов, находящихся под небольшим давлением, выбрасывается из цилиндра. Это снижает противодавление оставшихся в нем газов, уменьшая затрату мощности на их выталкивание. Закрывается выпускной клапан с запаздыванием, т. е. после в.м.т., обеспечивая лучшую очистку камеры сгорания от отработавших газов. В какой-то момент оба клапана оказываются одновременно приоткрытыми. Наступает так называемое перекрытие клапанов, при котором выходящие из цилиндра газы способствуют подсасыванию воздуха (смеси) в цилиндр, увеличивая его наполнение.
Рис. 1. Схема распределительного механизма:
11— головка цилиндра; 2 — клапан; 3 — направляющая втулка; 4 — пружина; 5 — опорная тарелка пружины; 6 — коромысло; 7 — ось коромысла; 8 — регулировочный винт; 9 — контргайка; 10 — стойка оси коромысла; 11 — штанга; 12 — толкатель; 13 — распределительный вал; 14 — шестерня распределительного вала; 15 — шестерня коленчатого вала; 16 — промежуточная шестерня
Рис. 2. Диаграмма фаз газораспределения
Продолжительность открытого положения клапанов (или окон двухтактного двигателя), выраженная в градусах поворота коленчатого вала, называется фазами газораспределения. На рисунке 2 приведена диаграмма таких фаз, на которой видно, при каком положении шатунной шейки относительно мертвых точек открываются и закрываются клапаны.
Диаграмма фаз обеспечивается формой и взаимным положением кулачков распределительного вала, а также определенным зазором между стержнями клапанов и бойками коромысел.
мк амевро » СХЕМЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА
Даже если бы на всех двигателях внутреннего сгорания был всегда один распределительный вал, и он всегда был бы установлен на одно и то же место, конструкторы двигателей в зависимости от технологий, применяемых на производстве, доступных материалов или обеспечения расчётных технических характеристик и снижения себестоимости двигателя могли бы придумать множество разнообразных конструкций привода распределительного вала. Но на одном автомобильном двигателе может быть установлено от одного до четырёх распределительных валов, а вал может быть установлен и в блоке цилиндров двигателя и в головке блока цилиндров. В V-образном двигателе может быть установлено четыре распределительных вала по два в двух разных головках блока цилиндров, а может быть установлен и один распределительный вал в развале блока цилиндров. Двигатель может иметь различные формы камеры сгорания и соответственно различное расположение клапанов. Поэтому количество практических конструкций схем газораспределительного механизма безгранично, их не только невозможно описать в пределах одной статьи, но и даже просто перечислить.
Какую компоновочную схему применить конструктор принимает на основании осмысления очень многих параметров – себестоимость производства и технические возможности предприятия, возможности унификации с ранее выпускавшимися моделями двигателя и предполагаемая форма камеры сгорания.
Далее будут рассмотрены наиболее часто встречающиеся компоновочные схемы газораспределительного механизма, остальные схемы, чаще всего просто вариации или комбинации этих конструкций.
Немного истории
Историческое развитие различных схем компоновки газораспределительного механизма
1. Нижнее расположение распределительного вала, выпускной клапан с механическим приводом в блоке цилиндров, автоматический впускной клапан, расположенный в головке блока цилиндров.
2. Нижнее расположение распределительного вала с нижним расположением клапанов. Клапаны расположены с обеих сторон цилиндра.
3. Нижнее расположение распределительного вала с нижним расположением клапанов вдоль одной стороны блока цилиндров.
4. Нижнее расположение распределительного вала. С верхним расположение впускного клапана и нижним расположением выпускного клапана
5. Нижнее расположение распределительного вала с верхним расположением клапанов
6. Верхнее расположение одного распределительного вала с верхним рядным расположением клапанов и толкателями
7. Верхнее расположение одного распределительного вала с верхним рядным расположением клапанов.
8. Верхнее расположение одного распределительного вала с верхним двухрядным расположением клапанов
9. Верхнее расположение двух распределительных валов
Нижнее расположение распределительного вала
1 – Нижнее расположение распределительного вала, выпускной клапан с механическим приводом в блоке цилиндров, автоматический впускной клапан, расположенный в головке блока цилиндров.
Самые первые четырёхтактные двигатели внутреннего сгорания, работающие по циклу Отто, имели выпускной клапан с механическим приводом, расположенный в нижней части цилиндра и верхний впускной автоматический клапан. Впускной автоматический клапан механического привода не имел и открывался только под воздействием разности давлений с обеих сторон клапана. При перемещении поршня вниз в надпоршневом пространстве образовывалось разрежение, то есть давление ниже атмосферного. Под воздействием давления атмосферы наружный воздух, преодолевая усилие пружины клапана, открывал клапан и поступал в цилиндр двигателя. Такую конструкцию имел и первый двигатель Отто и первые практические автомобильные двигатели немецких инженеров К. Бенца и Г. Даймлера. Выпускной клапан двигателя имел механический привод. Распределительный вал, толкатель клапана и сам выпускной клапан были расположены в нижней части цилиндра. Такие конструкции были широко распространены в конце 19 и самом начале 20 века. Двигатели эти были очень тихоходными максимальные обороты этих двигателей лежали в диапазоне 300 – 600 об/мин.
Поскольку впускной клапан двигателя не управлялся, точно установить момент открытия клапана было невозможно, и, соответственно, невозможно было увеличить максимальные обороты двигателя, подобные двигатели прекратили выпускать уже к 1905 году.
2 – Нижнее расположение распределительного вала с нижним расположением клапанов. Клапаны расположены с обеих сторон цилиндра.
Через некоторое время механический привод получил и впускной клапана, Что сразу позволило поднять обороты двигателя и увеличить его мощность. Первоначально клапаны располагались с обеих сторон цилиндра, но такая схема требовала применения двух распределительных валов и имела некоторые другие недостатки. Подобная схема газораспределительного механизма, называвшаяся Т-образная, применялась на выпускавшемся в России автомобиле Руссо-Балт С24-30 выпуска 1911 года. Но такая схема, по причине свойственных ей врождённых недостатков, долго не применялась.
3 – Нижнее расположение распределительного вала с нижним расположением клапанов вдоль одной стороны блока цилиндров.
В начале 20 века автомобиль быстро становился массовым предметом потребления, производители стремились удовлетворить спрос на автомобили. Конструкция, как и технологии производства автомобилей и, особенно, автомобильных двигателей стремительно развивались. Технологи быстро научились изготавливать довольно сложные блоки цилиндров и клапаны, как впускные, так и выпускные переместились на одну сторону блока цилиндров. Такая компоновка получила широкое распространение в самом начале 20-х годов прошлого века. Подобная схема для своего времени оказалась очень удачной и началась эра нижнееклапанных двигателей. Клапаны были очень близко расположены к распределительному валу, что уменьшало инерционные нагрузки, весь механизм имел достаточно простую, жёсткую и технологичную конструкцию.
Подобная схема позволила поднять рабочие обороты двигателя до 2500 – 3000 об/мин, а некоторые форсированные двигатели развивали максимальные обороты до 5000 об/мин.
Автомобильные двигатели с такой компоновкой газораспределительного механизма некоторыми производителями выпускались до начала 80-х годов. А для привода различных строительных, сельскохозяйственных и других механизмов они применяются и по настоящее время. Да и старые автомобили с подобными двигателями (ГАЗ-52) можно ещё встретить на наших дорогах.
Клапанный механизм нижнеклапанного двигателя
1. Выпускной газовый канал
2. Головка блока цилиндров
3. Камера сгорания
4. Выпускной клапан
5. Впускной клапан
6. Ведомая шестерня привода (распределительный вал)
7. Ведущая шестерня привода (коленчатый вал)
8. Распределительный вал
9. Кулачок распределительного вала
10. Толкатель
11. Болт регулировки теплового зазора
12. Тарелка пружины клапана
13. Пружина клапана
14. Направляющая втулка клапана
Взаимное расположение камеры сгорания и клапанов нижнеклапанного двигателя
1. Поршень
2. Блок цилиндров
3. Головка блока цилиндров
4. Камера сгорания
5. Свеча зажигания
6. Клапан (впускной или выпускной)
7. Газовый канал (впускной или выпускной)
Детали клапанного механизма нижнееклапанного двигателя
1. Седло клапана
2. Клапан
3. Направляющая втулка клапана
4. Пружина клапана
5. Тарелка пружины клапана
6. Болт регулировки теплового зазора
7. Толкатель
8. Распределительный вал
Клапанный механизм нижнеклапанного двигателя
1. Болт регулировки теплового зазора
2. Контргайка регулировочного болта
3. Толкатель клапана
4. Тепловой зазор
5. Пружина клапана
6. Специальное приспособление для снятия (рассухаривания) клапанов
Общая компоновка нижнеклапанного двигателя
Двигатели такой конструкции устанавливались на легковой автомобиль Победа, на грузовые автомобили ГАЗ-51, ГАЗ-52 и множество другой техники
Блок цилиндров нижнеклапанного двигателя отечественного автомобиля Победа.
1. Отверстие впускного клапана
2. Отверстие выпускного клапана
3. Входное окно впускного газового канала
4. Входное окно выпускного газового канала
5. Полости блока цилиндров для расположения клапанов
Обратите внимание, что диаметр отверстий впускных клапанов (1) больше диаметра отверстий выпускных клапанов (2), а площадь окна впускного канала (3) больше площади окна выпускного канала (4).
Не зависимо от компоновочной схемы расположения клапанов и всего клапанного механизма впускной клапан всегда имеет больший диаметр по сравнению с выпускным клапаном.
Нижнеклапанные двигатели доминировали несколько десятилетий. Конечно, в мире выпускались двигатели с другими компоновочными схемами газораспределительного механизма, но нижнеклапанные двигатель были преобладающими.
При всех их достоинствах они имели и неустранимые недостатки. Главный из недостатков, это очень большая камера сгорания, размеры которой уменьшить до приемлемых не получалось. Большая камера имела большую, по отношению к объёму камеры сгорания, площадь внутренних поверхностей, что приводило к большим потерям тепла и ухудшению процесса сгорания. К ухудшению процесса сгорания также приводила неудачная форма камеры сгорания. И, что пожалуй главное, большая камера сгорания не позволяла поднять степень сжатия двигателя, обеспечивающую эффективную работу двигателя. Вторым недостатком был очень сложный путь движения воздуха от воздушного фильтра до камеры сгорания. На своём пути воздушный поток изменял направление несколько раз, что приводило к снижению скорости движения потока и, следовательно, к снижению коэффициента наполняемости.
Для устранения этих недостатков было необходимо перенести клапаны в головку блока цилиндров. К этому конструкторы шли разными путями. Существовали также такие экзотические схемы, в которых впускной клапан имел верхнее расположение, а выпускной клапан имел нижнее расположение. При этом распределительный вал оставался в блоке цилиндров. Подобную конструкцию использовала на своих автомобилях английская фирма Ровер в 50-х годах.
4 – Нижнее расположение распределительного вала. С верхним расположение впускного клапана и нижним расположением выпускного клапана
Думаю, что подобную схему трудно отнести как к нижнеклапанной, так и к верхнеклапанной.
Стремясь улучшить наполняемость цилиндров и поднять обороты двигателя, конструкторы перенесли клапаны в головку блока цилиндров. Это несколько упростило конструкцию блока цилиндров, но усложнило конструкцию головки блока цилиндров. Перенос клапанов в головку блока цилиндров позволило значительно улучшить наполняемость цилиндров. За счёт этого верхнеклапанные двигатели стали мощнее не менее чем на 25% по сравнению с нижнеклапанными двигателями с таким же объёмом цилиндров. Перенос клапанов в ГБЦ позволило применять камеры сгорания различной формы и, соответственно, делать двигатели с желаемой степенью сжатия. Форсированные двигатели с нижним расположение распределительного вала и верхним расположением клапанов развивали максимальные обороты до 6500 – 7000 об/мин.
Подобные двигатели с 60-х годов устанавливались на многие отечественные автомобили, например, на Москвич 407 и Москвич 408, на автомобиль Волга ГАЗ-21 и его модификации. Двигатели с такой конструкцией газораспределительного механизма устанавливались на автомобили Волга и УАЗ до конца 90-х годов. Подобные двигатели широко эксплуатируются и в настоящее время.
На этом рисунке дан поперечный разрез двигателя автомобиля Москвич 407, выпуска 60-х годов, с нижним расположением распределительного вала и верхним расположение клапанов.
На рисунке видно взаимное расположение деталей газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов двигателя. Двигатель имеет прогрессивную для своего времени клиновую форму камеры сгорания, а топливовоздушная смесь, не меняя направления, по впускному каналу головки блока цилиндров попадает непосредственно в цилиндр.
Чертёж этого двигателя дан, поскольку он представляет наиболее типичную конструкцию двигателя своего времени.
Детали газораспределительного механизма рядного двигателя с нижним расположением распределительного вала и нижним расположение клапанов.
1. Нижний распределительный вал
2. Толкатель
3. Штанга
4. Ось (вал) коромысел
5. Коромысло
6. Болт регулировки теплового зазора
7. Наружная пружина клапана
8. Внутренняя пружина клапана
9. Клапан
10. Седло клапана
Схема с нижним расположением распределительного вала и верхним расположением клапанов широко применялась и в V-образных двигателях. В этом случае распределительный вал располагался внизу развала цилиндров. Единственный распределительный вал управлял работой как впускных, так и выпускных клапанов обеих головок блока цилиндров.
На этом рисунке изображён типичный американский двигатель V-8 с шатровой камерой сгорания и рядным расположением клапанов. Возможно, это покажется странным, но двигатели с одним нижним распределительным валом выпускаются в Америке и по настоящее время, хотя в остальном эти двигатели имеют все атрибуты очень современного двигателя. У этого двигателя распределительный вал располагался по середине, в развале цилиндров. При такой компоновке один, расположенный в блоке цилиндров распределительный вал приводит все клапаны (впускные и выпускные) даже двигателя V8.
1. Выпускной газовый канал
2. Выпускной клапан
3. Впускной газовый канал
4. Коромысло
5. Ось (вал) коромысел
6. Впускной клапан
7. Штанга
8. Толкатель
9. Нижний распределительный вал
Двигатель «Hemi»
1. Полусферическая камера сгорания
2. Свеча зажигания
3. Толкатель
4. Распределительный вал
5. Впускной коллектор
6. Впускной клапан
7. Коромысло впускного клапана
8. Ось коромысел впускных клапанов
9. Штанга впускного клапана
10. Коромысло выпускного клапана
11. Ось коромысел выпускных клапанов
12. Штанга выпускного клапана
13. Выпускной клапан
14. Выпускной канал ГБЦ
15. Впускной канал ГБЦ
16. Выпускной коллектор (спортивного автомобиля)
Разрез легендарного американского двигателя «Hemi» с полусферической камерой сгорания. У сферы самый низкий коэффициент соотношения поверхности камеры сгорания к её объёму, что значительно улучшает процессы сгорания за счёт меньшего отбора тепла от топливовоздушной смеси.
При применении сферической камеры сгорания клапаны могут быть расположены только в два ряда под углом к оси цилиндра двигателя. В этом случае, при нижнем расположении распределительного вала, толкающий штанги впускных и выпускных клапанов, расположены под углом друг к другу.
1. Толкатель впускного клапана
2. Штанга впускного клапана
3. Штанга выпускного клапана
4. Толкатель выпускного клапана
5. Распределительный вал
Легендарный «Hemi» имел множество модификаций и выпускался всеми ведущими американскими производителями, Которые и по настоящее время выпускают все запасные части практически ко всем выпускавшимся модификациям двигателя, а сторонние независимые фирмы могут изготовить из этих запасных частей новый двигатель
Верхнее расположение распределительного вала
Схемы с нижним расположением распределительного вала и верхним расположением клапанов, были очень прогрессивным решением для своего времени, позволившим увеличить обороты двигателя и, соответственно, улучшить эффективность его работы. Они позволили конструкторам создавать камеры сгорания любой формы и создавать двигатели с необходимой степенью сжатия. Но и эта компоновка имела значительные недостатки.
Клапаны были далеко расположены от распределительного вала. Усилие от толкателей передавалась на коромысла (рычаги) клапанов при помощи длинных толкающих штанг. Детали привода клапанов, совершающие возвратно-поступательное движение (особенно штанги), имели большую массу, что увеличивало инерционные нагрузки и, соответственно, ограничивало дальнейшее увеличение оборотов. Попытки уменьшить массу толкающих штанг приводили к тому, что штанги приобретали недопустимую упругую деформацию, что приводило к изменению параметров работы газораспределительного механизма. Поэтому многие конструкторы постарались отказаться от применения штанг.
Первоначально штанги сделали просто короче, за счёт отказа от шестерёнчатого привода распределительного вала в пользу привода цепью. Это позволило поднять расположенный в блоке цилиндров распределительный вал.
1. Ведомая шестерня (распределительный вал)
2. Ведущая шестерня (коленчатый вал)
3. Ведущая звёздочка (коленчатый вал)
4. Ведомая звёздочка (распределительный вал)
5. Цепь привода распределительного вала.
Такая схема называлась – среднее расположение распределительного вала.
После этого распределительный вал переместился поближе к клапанам в головку блока цилиндров (6).
Один распределительный вал, расположенный в головке блока цилиндров
Установленный в головку блока цилиндров единственный распределительный вал (SOHC), управлял работой как впускных, так и выпускных клапанов. Поскольку чем ближе распределительный вал к клапанам, тем меньше в газораспределительном механизме количество и масса деталей, совершающих возвратно-поступательное движение. Уменьшение инерционных нагрузок обеспечивает лучшую работу газораспределительного механизма и, что позволяет увеличить обороты двигателя.
При такой схеме клапаны могут иметь как рядное, так и наклонное двухрядное расположение. Клапаны могут приводится, как непосредственно кулачком распределительного вала, расположенного над клапанами, так и посредством рычагов (рокеров).
1. Головка блока цилиндров
2. Клапан
3. Наружная пружина клапана
4. Внутренняя пружина клапана
5. Тарелка клапанной пружины
6. Стаканчатый толкатель
7. Корпус подшипников распределительного вала
8. Распределительный вал
9. Шайба регулировки теплового зазора
10. Конусные сухарики крепления тарелки клапанной пружины
11. Маслосъёмная манжета клапана
12. Направляющая втулка клапана
13. Седло клапана
На этом рисунке изображён газораспределительный механизм автомобиля ВАЗ-2108. Эта конструкция ГРМ очень типичная и применяется на многих автомобилях.
В этой конструкции ГРМ клапан нажимает непосредственно на толкатель без применения рычага, следовательно, подъём клапана равен высоте подъёма кулачка распределительного вал. При такой конструкции ГРМ клапаны могут быть расположены только в ряд. Этот двигатель имеет камеру сгорания в виде клина.
1. Клапан
2. Направляющая втулка клапана
3. Наружная пружина клапана
4. Внутренняя пружина клапана
5. Тарелка пружины клапана
6. Корпус распределительного вала
7. Распределительный вал
8. Пружина рычага
9. Рычаг привода клапана (рокер)
10. Шаровая опора рычага с регулировкой теплового зазора
11. Контргайка регулятора теплового зазора
На этом рисунке дана схема газораспределительного механизма с верхним расположением распределительного вала и с применением рычага в приводе клапанов. По такой схеме сделан газораспределительный механизм всех моделей с ВАЗ-2101 по ВАЗ-2107.
На обоих рисунках показаны двигатели с клиновой камерой сгорания, в этом случае клапаны расположены в один ряд.
1- Выпускной клапан; 2 – Нижняя упорная шайба пружин клапана; 3 – Внутренняя пружина клапана; 4 – Наружная пружина клапана; 5 – Маслоотражающий колпак; 6 – Резиновое маслоудерживающее кольцо; 7 – Тарелка пружины клапана; 8 – Сухарик; 9 – Наконечник клапана; 10 – Ось коромысел выпускных клапанов; 11 – Коромысло выпускного клапана; 12 – Распределительный вал; 13 – Ось коромысел впускных клапанов; 14 – Коромысло впускного клапана; 15 – Контргайка регулировочного болта; 16 – Болт регулировки теплового зазора; 17 – Головка блока цилиндров; 18 – Впускной клапан; 19 – Кулачок впускного клапана; 20 – Седло впускного клапана; 21 – Кулачок выпускного клапана; 22 – Седло выпускного клапана.
Клапанный механизм изображённый на этом рисунке с единственным распределительным валом, управляющий как впускными, так и выпускными клапанами при помощи коромысел позволил создавать двигатели с любой формой камеры сгорания.
При применении газораспределительного механизма с единственным распределительным валом. В этом случае для расположения клапанов под углом к оси цилиндра, без применения коромысел не обойтись.
На верхнем рисунке изображён клапанный механизм отечественного автомобиля Москвич 412, на автомобиле с таким двигателем команда АЗЛК выиграла легендарное ралли Лондон-Сидней. Подобная схема была очень типична для своего времени. Она широко применяется и сегодня, причём как в рядных, так и V-образных двигателях.
А на этом рисунке изображён газораспределительный механизм оппозитного двигателя супер автомобиля Порше 911. Поскольку качество изготовления мы не рассматриваем, можно заметить, что особых отличий нет.
Но современные двигатели чаще имеют газораспределительный механизм с двумя распределительными валами, расположенными в головке блока цилиндров (DOHC), при этом один распределительный вал управляет впускными, а второй выпускными клапанами.
Два распределительных вала, расположенных в головке блока цилиндров
1. Выпускной распределительный вал
2. Крышка подшипника распределительного вала
3. Стаканчатый толкатель с гидравлическим компенсатором теплового зазора
4. Канавка подвода масла на толкателе
5. Масляная магистраль, подвода масла к гидравлическим компенсаторам
6. Пружина клапана
7. Выпускной клапан
8. Седло выпускного клапана
На этой фотографии дан разрез головки блока цилиндров с двумя распределительными валами. На фотографии пронумерованы детали выпускного клапана, детали впускного клапана ничем не отличаются от деталей выпускного клапана, часто они взаимозаменяемы. Исключением является только сам клапана, поскольку, как указывалось ранее, тарелка впускного клапана обычно имеет больший диаметр. Соответственно и седло впускного клапана имеет увеличенный диаметр. При такой компоновочной схеме клапаны могут быть расположены только в два ряда.
Широкое распространение на серийных автомобилях двухвальная схема (DOHC) получила сравнительно недавно, хотя первые подобные конструкции появились в самом начале 20 века. Такая схема имела высокую себестоимость и по этой причине в автомобильных двигателях серийных автомобилей широкого распространения не получила. Но эта схема имела широкое распространение в поршневой авиации и в дорогих спортивных автомобилях, почти все спортивные автомобили 30-х – 40-х годов прошлого века имели по два распределительных вала на головку.
За последние 20 лет резко возросли требования по токсичности и топливной экономичности к двигателям серийных автомобилей, при одновременном улучшении машиностроительных технологий. Для выполнения возросших требований к двигателю автомобиля эту схему стали широко применять практически на всех серийных автомобилях
Подобная компоновочная схема даёт некоторые преимущества современному двигателю.
Первое, применение этой схемы позволило выпускать многоклапанные головки. Много лет каждый цилиндр серийного автомобильного и многих других двигателей внутреннего сгорания имел по два клапана на цилиндр, один впускной и один выпускной клапан. Хотя в авиации и в спортивных автомобилях широко применялись двигатели, имеющие по три, четыре и даже пять клапанов на цилиндр. Там они применялись для повышения коэффициента наполняемости, что способствовало увеличению литровой мощности двигателя.
В современных двигателях многоклапанные схемы позволяют снизить потребление топлива при одновременном выполнении строгих норм по токсичности.
Второе, раздельные впускные и выпускные распределительные валы позволили создать современные системы с раздельной регулировкой (изменением) фаз газораспределения выпускных и выпускных клапанов.
Почти все современные двигатели имеют по 4 клапана на цилиндр, два впускных и два выпускных. Схемы с применением более чем четырёх клапанов на один цилиндр широкого распространения не получили.
Типичное расположение клапанов в головке блока цилиндров современного двигателя
1. Впускной клапан
2. Выпускной клапан
3. Свеча зажигания
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ СХЕМА ДВУХТАКТНЫХ И ЧЕТЫРЕХТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ: ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ФАКТИЧЕСКАЯ
15 Ago 2019
По INGENIERIA Y MECANICA AUTOMOTRIZ
Диаграмма фаз газораспределения представляет собой графическое представление открытия и закрытия впускного и выпускного клапана двигателя. Открытие и закрытие клапанов двигателя зависит от движения поршня от ВМТ до НМТ. , Эта взаимосвязь между поршнем и клапанами контролируется путем установки графического представления между ними, которое известно как диаграмма фаз газораспределения.
Диаграмма фаз газораспределения состоит из фигуры в 360 градусов, которая представляет движение поршня от ВМТ до НМТ во всех тактах цикла двигателя, которое измеряется в градусах, а открытие и закрытие клапанов управляется в соответствии с этими градусов.
ЗАЧЕМ НУЖНА ГРАФИЧЕСКАЯ СХЕМА КЛАПАНОВ?
Обычный двигатель совершает около 100000 циклов в минуту, поскольку мы знаем, что в одном цикле (от впуска воздушно-топливной смеси до выпуска остаточного топлива) внутреннего сгорания участвует ряд процессов, что делает необходимым быть оснащен эффективной системой, которая может позволить
Синхронизация между этапами цикла двигателя от впуска топливовоздушной смеси до выпуска продуктов сгорания.
Полное заклинивание камеры сгорания в момент, когда происходит сгорание воздушно-топливной смеси, поскольку утечка может привести к повреждению двигателя и может быть опасной.
Обеспечьте двигатель смесью воздуха и топлива или воздуха в случае дизельного двигателя, когда это необходимо (во время всасывания), что необходимо двигателю.
Обеспечьте выход продуктов сгорания, чтобы мог произойти следующий цикл двигателя.
Идеальное время для открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов, которые, в свою очередь, защищают двигатель от дефектов, таких как стук или детонация.
Высокая степень сжатия, необходимая для сгорания топлива, особенно в случае дизельного двигателя, за счет перекрытия закрытия клапана.
Очистка цилиндра двигателя, что, в свою очередь, поддерживает качество сгорания и снижает износ внутри цилиндра.
Изучение деталей сгорания, необходимое для изменения мощности двигателя.
Таким образом, по этим причинам двигатель, будь то 2-тактный или 4-тактный, спроектирован в соответствии с диаграммой фаз газораспределения, так что движение поршня от ВМТ до НМТ обеспечивается с идеальным моментом открытия и закрытия впуска. и выпускных клапанов соответственно.
ГРАФИЧЕСКАЯ СХЕМА РАБОТЫ КЛАПАНОВ ДЛЯ 4-ТАКТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (БЕНЗИНОВЫХ И ДИЗЕЛЬНЫХ)
Как мы все знаем, в 4-тактных двигателях цикл завершается в 4 такта: всасывание, сжатие, расширение и выпуск. Соотношение между клапанами (впускной и выпуск) и движение поршня от ВМТ к НМТ представлено графиком, известным как диаграмма фаз газораспределения.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ
Такт всасывания-
Цикл двигателя начинается с этого такта, Впускной клапан открывается, когда поршень, находящийся в ВМТ, начинает двигаться к НМТ и воздушно-топливная смесь в случае бензина и свежий воздух в случае дизельного двигателя начинает поступать в цилиндр, пока поршень не достигнет НМТ.
Такт сжатия-
После такта всасывания поршень снова начинает двигаться от НМТ к ВМТ, чтобы сжать топливовоздушную смесь (бензиновый двигатель) и свежий воздух (дизельный двигатель), что, в свою очередь, повышает давление внутри цилиндра, которое необходимы для сгорания топлива.
Впускной клапан закрывается во время этой операции, чтобы обеспечить захват камеры для сжатия топлива.
Такт расширения-
После сжатия топлива происходит сгорание топлива, которое, в свою очередь, толкает поршень, находящийся в ВМТ, к НМТ, чтобы сбросить давление, создаваемое сгоранием, и получить выходную мощность.
Примечание. В бензиновом двигателе сгорание происходит за счет искры, создаваемой свечой зажигания.
В бензиновом двигателе воздух и топливо поступают в цилиндр во время такта всасывания.
В дизельном двигателе сгорание происходит за счет высокой степени сжатия, обеспечиваемой тактом сжатия, который отвечает за повышение температуры внутри цилиндра до температуры самовоспламенения дизельного топлива и наддувочного воздуха.
В дизельном двигателе свежий воздух поступает внутрь цилиндра во время такта всасывания, и топливо распыляется топливными форсунками по воздуху.
Такт выпуска —
После такта расширения поршень, находящийся в НМТ, начинает двигаться к ВМТ, после чего открывается выпускной клапан для удаления остаточного сгорания
Выпускной клапан закрывается после достижения поршнем ВМТ.
РЕАЛЬНЫЙ ИЛИ ПРАКТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
В такте всасывания 4-тактного двигателя впускной клапан открывается на 10-20 градусов раньше ВМТ для надлежащего впуска воздуха-топлива (бензин) или воздуха (дизель), что также обеспечивает очистку оставшихся остатки сгорания в камере сгорания.
Когда поршень достигает НМТ, начинается такт сжатия, и снова поршень начинает движение к ВМТ. Впускной клапан закрывается на 25-30 градусов после НМТ во время такта сжатия, что обеспечивает полный захват камеры сгорания для сжатия воздуха- топливо (бензиновый двигатель) и воздух (дизельный двигатель).
Во время такта сжатия при движении поршня к ВМТ сгорание топлива происходит за 20-35 градусов до ВМТ, что обеспечивает правильное сгорание топлива и правильное распространение пламени.
Такты расширения начинаются из-за сгорания топлива, что, в свою очередь, снижает давление внутри камеры сгорания и обеспечивает вращение коленчатого вала. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ во время такта расширения, который продолжается 30-50 градусов до НМТ.
Выпускной клапан открывается за 30-50 градусов до НМТ, что, в свою очередь, запускает такт выпуска, а выброс остатка сгорания происходит с перемещением поршня от НМТ к ВМТ, которое продолжается до 10-20 градусов после достижения поршнем ВМТ.
Как видим за весь цикл двигателя клапаны перекрываются 2 раза т.е. закрытие обоих клапанов на такте сжатия и открытие обоих клапанов на такте выпуска.
ГРАФИЧЕСКАЯ СХЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КЛАПАНОВ ДЛЯ 2-ТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯ
В 2-тактном бензиновом двигателе, как мы все знаем, цикл двигателя завершается в 2 такта, т. е. такта расширения и такта сжатия. Впуск топлива и остаточный выхлоп происходят соответственно во время этих 2 тактов .
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЗ
Такт расширения-
В начале такта расширения поршень, находящийся в ВМТ, начинает двигаться к НМТ за счет сгорания сжатого воздуха-топлива (бензиновый двигатель) и (дизельного топлива в дизельном двигателе) на такте сжатия и получается выходная мощность.
Воздух-топливо (бензиновый двигатель) и воздух (дизельное топливо) поступает через впускное отверстие во время тактов расширения, когда поршень перемещается от ВМТ к НМТ во время этого такта.
Ход расширения продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет НМТ.
Такт сжатия-
В конце такта расширения поршень, находящийся в НМТ, начинает двигаться к ВМТ, и начинается сжатие воздушно-топливного (бензиновый двигатель) и дизельного распыляемого заряда (дизельный двигатель) вместе с выпуском продуктов сгорания. остаточное через выпускное отверстие из-за движения поршня от НМТ к ВМТ.
Поршень закрывает как впускной, так и выпускной каналы из-за своего перемещения от НМТ к ВМТ, что, в свою очередь, повышает давление внутри камеры сгорания.
В конце такта сжатия, т.е. когда поршень достигает ВМТ, происходит сгорание топливовоздушной смеси (бензиновый двигатель) за счет искры и впрыска дизельного топлива (дизельный двигатель) за счет высокого давления, И цикл повторяется снова.
РЕАЛЬНЫЙ ИЛИ ПРАКТИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС
Перед тактом расширения, т.е. завершением такта сжатия, впускное отверстие открывается на 10-20 градусов до того, как поршень достигает ВМТ, что, в свою очередь, запускает такт расширения из-за сгорания воздушно-топливной смеси. (бензиновый двигатель) из картера, а воздух (дизельный двигатель) поступает из впускного отверстия, которое, в свою очередь, толкает поршень к НМТ.
Впускное отверстие закрывается на 15-20 градусов после ВМТ во время такта расширения двухтактного двигателя.
Из-за движения поршня от ВМТ к НМТ во время такта расширения выпускное отверстие открывается на 35-60 градусов до того, как поршень достигнет НМТ, что, в свою очередь, запускает выпуск остатка сгорания. для процесса очистки.
Когда поршень перемещается от НМТ к ВМТ, порт перекачки закрывается на 30-45 градусов после НМТ, что, в свою очередь, останавливает процесс продувки.
При движении поршня от НМТ к ВМТ выпускной клапан закрывается на 35-60 градусов после НМТ, что приводит к заклиниванию камеры сгорания и увеличению давления внутри камеры сгорания за счет начала такта сжатия, и цикл начинается заново.
Воздушно-топливная смесь (бензиновый двигатель) и воздух (дизельный двигатель) подается в цилиндр при открытии перепускного отверстия.
Примечание. Открытие и закрытие клапанов за несколько градусов до ВМТ и НМТ необходимо для нормальной работы двигателя, так как зазоры в этом градусе обеспечивают правильное завершение работы тактов и предотвращают дефекты двигателя, такие как детонация, а также вызывают меньший выброс вредных веществ.
Для модификации мощности регулируются фазы газораспределения, что, в свою очередь, увеличивает мощность и крутящий момент двигателя, но снижает экономичность.
В этой статье мы узнали о фазе газораспределения диаг
Опубликовано в Motores
Диаграмма фаз газораспределения четырехтактного двигателя SI — работа на низких и высоких скоростях
🔗Работа четырехтактного двигателя с искровым зажиганием с фотоэлектрической диаграммой
🔗Газовая схема двухтактного двигателя
Что понимают под фазами газораспределения двигателя?
Фазы газораспределения — это регулирование клапанов двигателя, то, как они должны открываться и закрываться во время рабочего цикла. На диаграмме показано время открытия и закрытия впускного и выпускного клапана в течение одного полного цикла из четырех тактов. Время газораспределения является одним из важных факторов, влияющих на объемный КПД двигателя. И впускные, и выпускные клапаны точно синхронизированы, чтобы обеспечить наиболее удовлетворительный результат для нормальных условий эксплуатации. Кулачки управления клапаном обеспечивают открытие и закрытие клапана. Специально разработанная настройка кулачка определяет и контролирует синхронизацию клапана.
Для бесперебойной работы клапана требуется ограниченный период времени для надлежащего открытия и закрытия клапана, это небольшое время называется временем опережения. [Что известно как время опережения в фазе газораспределения?]. На рисунке показаны фазы газораспределения четырехтактного двигателя с искровым зажиганием как для низкой скорости, так и для высокой скорости.
Указанные углы немного отличаются в зависимости от конструкции двигателя.
Фаза впускного клапана
Теоретически впускной клапан должен открываться в ВМТ (ВМТ). Однако почти во всех двигателях SI впускной клапан открывается на несколько градусов до ВМТ, чтобы гарантировать, что клапан полностью открыт, и свежий заряд поступает в цилиндр, когда поршень достигает ВМТ. Впускной клапан открывается за 10° до ВМТ как для тихоходного двигателя, так и для высокооборотного двигателя. Когда поршень отходит от головки блока цилиндров, двигатель всасывает в цилиндр новый заряд.
Когда поршень достигает НМТ (нижней мертвой точки) и снова поднимается во время такта сжатия, инерция протекающей воздушно-топливной смеси стремится продолжить подачу заряда в цилиндр. Инерция имеет тенденцию удерживать впускной клапан открытым в течение короткого периода времени. Если впускной клапан остается открытым далеко за пределами НМТ, такт сжатия вытесняет некоторое количество свежего заряда с последующим снижением объемного КПД. Следовательно, впускной клапан должен закрываться относительно рано после достижения НМТ. Для тихоходного двигателя инерция протекающего заряда также мала, и впускной клапан закрывается на 10° после НМТ. Для высокоскоростного двигателя всасываемый заряд имеет более высокую инерцию, он вызывает эффект «тарана», когда поршень движется вверх во время такта сжатия. Эффект тарана имеет тенденцию накапливать больше свежего заряда в цилиндре. Чтобы воспользоваться эффектом поршня, в высокоскоростном двигателе закрытие впускного клапана задерживается. Для высокоскоростного двигателя впускной клапан закрывается на 60° после НМТ. Если обороты высокоскоростного двигателя выходят за пределы его рабочего диапазона, поток заряда может засориться из-за трения. Эта потеря может стать больше, чем преимущества эффекта тарана, и заряд на цилиндр за цикл упадет.
🔗Изменение фаз газораспределения VVT двигателя внутреннего сгорания — Преимущества
Фазы газораспределения выпускных клапанов
Выпускной клапан обычно открыт до того, как поршень достигнет НМТ (во время такта расширения).