Газораспределительный механизм (ГРМ) — механизм для своевременной подачи воздуха или топливно-воздушной рабочей смеси в цилиндры ДВС и последующего выпуска из цилиндров отработавших газов. Главной функцией ГРМ на четырехтактных поршневых моторах, которые имеют сегодня наибольшее распространение, становится открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Другими словами, ГРМ осуществляет управление фазами газораспределения.
ГРМ устанавливается в головке бока цилиндров. Механизм состоит из одного распределительного вала или нескольких таких валов. Также имеются приводы к распредвалу и клапаны, которые открывают и закрывают впускные и выпускные отверстия в камерах сгорания (впускные и выпускные клапаны). Дополнительно имеется целый ряд передаточных элементов в устройстве ГРМ: толкатели, штанги, коромысла, а также вспомогательные решения в виде регулировочных элементов, пружин клапанов, систем поворота клапанов и т.д. Получается, что газораспределительный механизм представляет собой клапаны с приводом и распределительный вал с приводом.
Конструкции газораспределительного механизма могут отличаться. Главной особенностью выступает расположение клапанов и распределительного вала.
Среди существующих ДВС выделяют нижнеклапанные и верхнеклапанные двигатели, а также моторы со смешанным расположением клапанов. Нижнеклапанные агрегаты имеют боковое расположение клапанов, а для верхнеклапанных существует определение «подвесных клапанов».
По расположению распределительного вала встречаются двигатели с распредвалом в блоке цилиндров, с распредвалом в головке блока цилиндров, а также ДВС, где распределительный вал отсутствует. С учетом таких конструктивных особенностей клапанный механизм четырёхтактных ДВС получил целый ряд самостоятельных типов и разновидностей.
Читайте также
krutimotor.ru
| _____________________________________________________________________________________________________________________ |
Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.
Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.
Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.
Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.
Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед надеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем надевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.
При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь надевается на вал совместно со шкивом.
|
РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ: _____________________________________________________________________________________________________________________ |
autoustroistvo.ru
Главной частью двигателя внутреннего сгорания является система газораспределения. Данная конструкция установлена на всех автомобилях с двигателем внутреннего сгорания. Надежность и целостность данной системы является одним из пунктов регламента технического обслуживания. Существуют различные конструкции системы газораспределения, оборудованных разными устройствами привода, таких как: ременный, цепной и шестеренчатый. В этой статье мы рассмотрим все виды данных конструкций, а также объясним, что такое ГРМ, и дадим некоторые указания на те или иные отличия в данных системах.
Газораспределительный механизм любого автомобиля, оборудованный двигателем внутреннего сгорания, содержит в себе систему привода. Такие схемы подразделяются на несколько типов приводов, давайте рассмотрим каждый. Характеристики любого двигателя никак не влияют на продолжительность эксплуатации всей системы.
Наиболее распространенным типом привода считается ременной. Ременной привод состоит из нескольких зубчатых шкивов, установленных на валу газораспределителя, а также на коленчатом валу. Вдобавок зубчатый вид имеет шкив водяного насоса.
Для обеспечения оптимального прилегания ремня ГРМ к поверхностям шкивов, применяются промежуточные ролики (блоки). Благодаря промежуточным роликам, ремень работает строго на своем месте, что способствует отсутствию перескоков зубчатого соединения во время работы двигателя внутреннего сгорания.
Чтобы ремень держался плотно и не проскакивал, инженеры устанавливают систему натяжения, которая автоматически регулирует натяжку ремня на разных режимах работы двигателя внутреннего сгорания. Такое взаимодействие служит отличным способом продлить срок службы всей схемы.
Особенности данной схемы способствуют прямому назначению во благо тишины работы мотора. Замена деталей ременного привода предусматривает сам ремень и промежуточные ролики, а также натяжительный механизм. Срок службы этих деталей может составить около 150 тысяч километров пробега, однако завод изготовитель рекомендует производить замену деталей ГРМ каждые 90 тысяч километров пробега.
Главное при замене деталей системы – соблюдать метки ГРМ, иначе вы рискуете навредить двигателю, что приведет к загибанию клапанов в седлах и направляющих головки блока цилиндров.
Наиболее надежным приводом в системе газораспределительного механизма ДВС считается цепной. Используя цепь в механизме газораспределителя, инженеры добились более эффективной надежности работы двигателя внутреннего сгорания. В данной системе используются специальные шестеренки, напоминающие по своему виду велосипедные звездочки, однако они явно отличаются от них. Характеристики моторов изменяются в зависимости от состояния ГРМ независимо от особенностей.
В большинстве автомобилей, где используется цепь, применяется технология двух рядной цепи. Такая схема необходима для обеспечения максимальной надежности и долговечности конструкции. Однако такая система имеет свои минусы, так как цепь имеет свойство растягиваться, что способствует рассинхронизации меток.
Как мы знаем, в случае если сбиваются метки, мотор начинает терять мощность, что способствует его дальнейшему износу.
При обслуживании газораспределительного механизма любого двигателя внутреннего сгорания оборудованным цепным устройством привода, рекомендуется менять весь комплект, который включает в себя: цепь, звездочки, натяжитель и успокоитель.
Самостоятельно произвести замену цепи и всего комплекта практически невозможно, однако большинство сервисов берутся за данную работу без проблем.
Как правило, на большинстве автомобилей цепной привод ГРМ работает порядка 250 тысяч километров пробега, а далее требует замены.
Заключительным видом ГРМ считается шестеренчатый. В данном типе ГРМ используется блок шестерён, с помощью которых происходит взаимодействие коленчатого и распределительного валов. Устройство ГРМ с механическим приводом шестерен предусматривает установку блока шестеренного механизма, который устанавливается непосредственно внутри двигателя внутреннего сгорания.
В данной системе отсутствуют какие-либо ролики и натяжные устройства, а также отсутствует и система успокоения. Виды этого ГРМ напоминают устройство коробки переключения передач, за исключением того, что шестеренки в ГРМ имеют иную форму зубьев привода. Такие системы наиболее часто встречаются на автомобилях марки Volkswagen на дизельных двигателях объемами 2.5 литра. Как правило, такие моторы устанавливаются на грузовые автобусы.
Обслуживание данного типа газораспределительного механизма считается очень сложным процессом, так как при необходимости заменить некоторые детали приходится разбирать весь силовой агрегат. Замене подлежат практически все детали, которые взаимодействуют с данной схемой. Благодаря какому устройству и постоянной смазке, блок шестерён распределительного механизма, обладает весьма большим моторесурсом, что ставит его наравне с цепным приводом.
Производить ремонт и обслуживание данной системы необходимо на специализированном сервисе.
Газораспределительный механизм любого автомобиля выполняет один и тот же принцип вне зависимости от типа используемого привода. Давайте рассмотрим, как именно работает ГРМ.
Исходя из того, что большинство двигателей имеют четыре такта: впуск, сжатие, рабочий ход, выпуск; чтобы работала вся система ДВС необходимо синхронизировать работу распределительного и коленчатого вала силового агрегата.
В этом и заключается предназначение схемы ГРМ. Вне зависимости от положения коленчатого вала, распределитель имеет свое положение относительно поршня или шатуна. В момент пуска, клапаны имеющие свое предназначение открываются, что дает приток новой порции топливно-воздушной смеси. После чего впускные клапана закрываются, и происходит воспламенение топливно-воздушной смеси, после чего начинается рабочий ход поршня и выпуск отработанных газов. Принцип предельно прост – контролировать синхронизацию двух валов.
В случае повреждения, газораспределительный механизм способствует саморазрушению двигателя из-за рассинхронизации меток.
Как следует из нашей статьи, газораспределительный механизм имеет одинаковую функцию вне зависимости от типа используемого привода. Обслуживать газораспределительный механизм необходимо в специальных мастерских. Такое действие обуславливается тем, что необходимо производить расшифровку ГРМ по его номеру. Механизм газораспределения играет очень важную роль.
portalmashin.ru
Механизм газораспределения служит для своевременного впуска в цилиндры двигателя горючей смеси (бензиновые двигатели) или воздуха (дизельные двигатели) и выпуска из них отработавших газов в соответствии с требованиями рабочего процесса в каждом из цилиндров двигателя.
Общее устройство и принцип работы механизма газораспределения рассмотрен на примере механизма двигателя ВАЗ.
Рис. Газораспределительный механизм
Газораспределительный механизм состоит из распределительного вала 7, который может иметь цепной или ременной привод, рычагов (коромысел) 5, количество которых равно количеству клапанов, впускных и выпускных клапанов 1, направляющих втулок 2, устанавливаемых в головке блока и удерживающихся в ней с помощью стопорных колец, маслосъемных колпачков, опорных шайб, пружин 3, тарелок 4, сухарей, регулировочных болтов 9, вворачиваемых в резьбовые втулки 10 установленные в головке блока. Чтобы болты не отвернулись во время работы двигателя, их контрят с помощью гаек. Для фиксации и возврата рычагов в исходное положение предусмотрены пружины 8. В головке блоке предусмотрено специальное гнездо для посадки клапана 11.
При вращении распределительного вала его кулачок набегает на рычаг 5, который, поворачиваясь на сферической опоре регулировочного болта 9, другим концом нажимает на стержень клапана и открывает отверстие, сообщающее камеру сгорания цилиндра с впускным (впускной клапан) или выпускным (выпускной клапан) трубопроводом. При дальнейшем повороте вала кулачок сходит выпуклой частью с рычага, который при помощи пружины 8 возвращается в исходное положение, а клапан под действием пружин закрывается.
Существует несколько вариантов передачи силового воздействия с кулачков распределительного вала на стержни клапанов (т. е. типов привода клапанов):
Рис. Привод клапанов через штангу и коромысла:1 – седло клапана; 2 – клапан; 3 – маслоотражательный колпачок; 4,5 – клапанные пружины; 6 – тарелка пружины; 7 – сухарь; 8 – коромысло; 9 – регулировочный винт; 10 – гайка регулировочного винта; 11 – штанга; 12 – опорная шайба пружин
Рис. Привод клапанов через коромысло:1 – кулачок распределительного вала; 2 – коромысло; 3 – регулировочный винт; 4 – контргайка; 5 – зазор
Рис. Привод клапанов через коромысло и регулировочный эксцентрик:1 – регулировочный эксцентрик; 2 – коромысло; 3 – кулачок распределительного вала
Рис. Привод клапанов через рычаг:1 – кулачок распределительного вала; 2 – щуп для регулировки теплового зазора; 3 – рычаг; 4 – регулировочная гайка; 5 – контргайка; 6 – тарелка пружины клапана; 7 – пружина клапана; 8 – маслосъемный колпачок клапана; 9 – головка цилиндров; 10 – стержень клапана; 11 – направляющая втулка клапана
Рис. Привод клапанов двумя коромыслами от одного кулачка верхнего распределительного вала
Рис. Привод клапанов через чашечный толкатель:1 – головка цилиндров; 2 – клапан; 3 – чашечный толкатель; 4 – корпус подшипника распределительного вала; 5 – кулачок распределительного вала; 6 – регулировочная шайба; 7 – маслосъемный колпачок клапана; А – тепловой зазор
Рис. Привод через два распределительный вала с гидравлическими толкателями
ustroistvo-avtomobilya.ru
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
dobrovolskij.ru
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:
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.
ustroistvo-avtomobilya.ru
Газораспределительный механизм обеспечивает впуск топливо-воздушной смеси в цилиндры двигателя и последующее удаление отработавших газов из камеры сгорания.
ГРМ - один из самых сложных узлов в двигателе, так как его задача не только открывать и закрывать группы клапанов, но и делать это в строго определенный момент. Работа газораспределительного механизма синхронизирована с работой зажигания и впрыска.
Перенос распределительного вала привел к революционному развитию ГРМ и появлению двигателей с большим количеством клапанов на 1 цилиндр
Чтобы увеличить скорость движения, водитель нажимает на педаль акселератора, увеличивая поступление в двигатель топлива и воздуха. "Воспринять" усилившийся поток двигатель может только одним образом - за счет увеличения оборотов, а значит, группы клапанов должны открываться и закрываться чаще. Инженеры нашли простое и изящное решение для этой задачи, обеспечив привод ГРМ непосредственно от коленчатого вала. Чем быстрее вращается коленвал, тем чаще открываются и закрываются клапана, а значит, двигатель успевает пропустить через себя и сжечь ровно столько смеси воздуха и топлива, сколько нужно для развития желаемой скорости.
Сложные задачи может решить только сложный механизм, поэтому ГРМ состоит из нескольких групп деталей. Клапана открывают и закрывают каналы впуска и выпуска, приводные механизмы вращают валы с заданной скорость, а распределительные валы обеспечивают своевременное открытие и закрытие клапанов.
В верхней части блока цилиндров расположена головка блока цилиндров (ГБЦ). На ней расположен распределительный вал, клапаны, толкатели или коромысла. Шкив привода распределительного вала находится за пределами головки блока цилиндров. Чтобы масло не вытекало из-под клапанной крышки, на шейке распредвала есть сальник. Клапанная крышка устанавливается через прокладку, устойчивую к горюче-смазочным материалам. Ремень или цепь ГРМ надевается на шкив распределительного вала, а приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня применяются ролики, а для натяжения цепи – «башмаки». Обычно в системе применяется два ремня или ремень и цепь. Ремень или цепь приводят в действие механизм ГРМ, а второй ремень – дополнительное оборудование.
Распределительный вал – это ось с выточенными «кулачками». Когда вал вращается, кулачки соприкасаются с толкателями клапанов в моменты, соответствующие тактам двигателя.
Клапанная группа это не только клапаны, но и направляющие втулки, пружины и детали крепления, а также передаточные элементы.
Распредвал, или кулачковый вал, в определенный момент надавливает на штоки клапанов или рычаги (рокеры, коромысла и тп), которые передают усилие на штоки. Механизм нуждается в регулировке, поэтому в состав передаточных элементов входят также регулировочные шайбы и болты. В некоторых двигателях постоянный зазор достигается автоматической регулировкой - при помощи гидрокомпенсаторов.
Основной недостаток цепного привода ГРМ - слишком шумная работа
Распределительный вал приводится в движение приводным ремнем или цепью. Для передачи энергии от коленчатого вала на одном из торцов распредвала укреплена ведомая звездочка цепного привода или шкив, если в конструкции применен ременный привод.
Вращение распределительного вала в корпусе головки блока цилиндров обеспечивают подшипники, закрепленные в верхней пчасти ГБЦ.
Газораспределительными механизмами с верхним расположением клапанов оснащены практически все современные двигатели. Эта конструкция постепенно сменила нижнеклапанную в середине шестидесятых годов, в начале "гонки за лошадиными силами". Применение верхнеклапанного механизма позволило избавиться от лишних передаточных деталей. Кулачки распредвала, надавливающие непосредственно на штоки клапанов, позволили обеспечить устойчивую работу двигателя на высоких оборотах. Кроме того, верхнее расположение клапанов позволило упростить ремонт и обслуживание двигателя. Верхнее расположение распредвала позволило уменьшить массу двигателя и снизить уровень шума при его работе. В конечном итоге, благодаря переходу на верхнеклапанную конструкцию, инженерам удалось увеличить количество клапанов (16, 24 и более), установив вместо одного распредвала два - для каждой группы клапанов. Единственным минусом конструкции можно считать только относительную сложность привода, который осуществляется ремнем или цепью.
Вне зависимости от типа привода в работе ГРМ должно быть обеспечено одно важное условие - положение валов друг относительно друга должно оставаться неизменным. Если один из валов начнет "отставать", синхронизированная работа немедленно нарушится.
Именно поэтому цепной привод ГРМ появился раньше ременного. Роликовая цепь, собранная из звеньев одинаковой длины, обеспечивает постоянство синхронизации наилучшим образом.
Два основных недостатка цепи - шум при работе и сложности, связанные с обеспечением постоянного натяга, побудили инженеров к разработке привода на основе зубчатого ремня. Ремень лишен недостатков цепи, но обладает своими собственными - прежде всего, возможностью обрыва.
С появлением распределенного впрыска и распространением микропроцессорных систем управления работой двигателя у производителей появились обширные возможности привлекать покупателей не только мощностью автомобилей, но и экономичностью. В процессе борьбы за снижение расхода топлива была придумана система контроля и для газораспределительного механизма. Задача системы изменяемых фаз газораспределения — обеспечивать точнейшую синхронизацию впуска и выпуска в зависимости от режима работы двигателя. Если описать работу этой системы в двух словах, то можно сказать, что скорость вращения распределительных валов в современном двигателе перестала быть постоянной. Это нужно для уменьшения наполнения цилиндров топливо-воздушной смесью в моменты, когда обычный объем смеси почти наверняка не сгорит полностью. К примеру, если водитель едет под уклон, поддерживать скорость помогают законы физики, и в эти секунды подавать в камеру сгорания столько же топлива, сколько необходимо для движения в гору, не нужно. За этими динамическими изменениями следит система VVT, управляющая движением распределительных валов и открытием клапанов.
blamper.ru
