Газораспределительный механизм двигателя
Одним из наиважнейших узлов в двигателе внутреннего сгорания является газораспределительный механизм или, как его коротко называют, ГРМ, функция которого заключается в переключении фаз газораспределения.
Содержание статьи:
Что такое газораспределительный механизм
ГРМ есть во всех поршневых ДВС, в которых рабочий процесс проистекает во всех цилиндрах при каждом вращении в 2 оборота коленчатого вала, то есть за 4 хода поршня. Посмотрите внимательно на схему работы цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизма, за четыре хода поршня, коленвал ДВС вращается 2 раза. Поэтому такие двигатели называются 4-х тактными.
Работа ГРМ в том, чтобы открывать впускные и выпускные клапаны. Открытие клапанов осуществляется за счет вращения колевала ДВС, которые через ременную или цепную передачу передает вращение распределительному вал (распредвал).
Установленные на вале распредвала кулачки физически толкают клапана. А закрытие клапанов осуществляется за счет пружинных клапанов. Через впускные клапаны происходит впрыск топлива, а через выпускные — выпуск отработанных газов.
Типы газораспределительных механизмов
По типу ГРМ делятся на:
Золотниковые ГРМ используются в двухтактных двигателях. Используются в японских мотоциклах (Ява, Сузуки, Ямаха) и других транспортных средства.
Самые распространенные — это, конечно же, клапанные ГРМ, в конструкции всех четырехтактных ДВС.
Из чего состоит ГРМ
Устройство газораспределительного механизма состоит из:
- одного или более распределительных валов;
- впускные клапаны с пружинами, направляющими втулками и крепежами;
- выпускные клапаны с пружинами, направляющими втулками и крепежами;
- привод распредвала;
- толкатели;
- штанги;
- коромысла;
Распределительный вал 4-х тактного двигателя внутреннего сгорания
Распредвал ДВС делается из стали высокой прочности с дополнительной закалкой или отливается из чугуна. На распределительном вале присутствуют опорные шейки и кулачки. Кулачки занимаются тем, что создают, именно, физическое давление на клапаны, от чего зависит порядок работы ДВС.
С торца распредвал оснащается цепной звездочкой для цепи (в случае, если двигатель с цепной передачей).
Распредвал ДВС вставляется в подшипник качения, который, в свою очередь, устанавливается на головке блока цилиндров. С торца корпуса подшипника устанавливается упорный фланец, который предупреждает осевой люфт (смещение по длине вала).
Толкатели
Толкатель относится к промежуточной детали, который передает усилие штангам клапана от кулачков распредвала. Толкатели, как и вал, изготавливаются из стали высокой прочности или отливкой чугуном.
Виды толкателей клапанов:
- Грибовидные.
- Роликовые.
- Цилиндрические.
Толкатели осуществляют движение в специальных направляющих блока цилиндров или в корпусах прикрепленных к блоку.
Штанги
Штанги клапанов — это, также, промежуточные звенья, которые передают физическое усилие коромыслам от толкателей. Штанги — это пустотелые цилиндрические стержни с наконечниками из стали.
Материал для изготовления штанг клапанов — алюминиевый сплав. Штанги соединяются с толкателями и с коромыслами.
Коромысло или рокер ГРМ
Коромысло, он же рокер — это тот элемент в составе ГРМ, который толкает клапан, то есть является рычагом привода клапана. По виду, коромысло — это рычаг с разными длинами плеч, устанавливается на ось.
Материал для изготовления коромысел / роликовых рокеров — сталь высокой прочности. Монтируется коромысло в спецвтулку на оси, которая крепится на ГБЦ. Для уменьшения трения в паре коромысло-ось, между ними устанавливается защитная втулка.
Впускные и выпускные клапаны
Функция впускного клапана — подавать топливно-воздушную смесь (ТВС) в рабочую камеру сгорания цилиндра, а выпускного — выводить выхлопные газы.
Конструкция клапана проста, состоит из стержня и плоской головки, скошенной под углом 45 градусов. Диаметр головки в несколько раз больше диаметра стержня клапана.
Диаметр головки впускного клапана несколько больше диаметра головки выпускного клапана, потому что объем выхлопных газов больше объема подаваемой ТВС.
Место установки клапанов ГРМ — головка блока цилиндров. Клапан монтируется в седло, установленное в ГБЦ. Материал из которых делается седло клапана — жаропрочный чугун.
Материал впускного клапана — сталь с покрытием хрома (Cr).
Материал выпускного клапана — жаропрочная сталь.
В верхней части цилиндрического стержня клапана создан паз по периметру для установки сухарей, которые фиксируют пружину.
Потому как клапан сам подняться не может, после того, как его опустил вниз кулачок распредвала.
Для возврата клапана в исходное положение, на стержень клапана надеваются внутренняя и наружная пружины, которые фиксируются шайбами, сухарями в специальный паз. Подробнее об этом смотрите на видео этой статьи.
Клапаны движутся по направляющим втулкам, которые изготавливаются из стали или чугуна. Направляющие втулки соединены с ГБЦ.
Одним из элементов устройства ГРМ, который обеспечивает непопадание масла в цилиндр является колпак. Колпаки изготавливаются из резины, которая выдерживает агрессивную среду и быстро не изнашивается. Колпаки устанавливаются между стержнем клапана и направляющей втулкой.
В новых автомобилях, в основном, монтируют 16-ти клапанные двигатели внутреннего сгорания. Для каждого цилиндра устанавливаются по 2 клапана впуска и по 2 клапана выпуска.
Привод распредвала
Скорость вращения коленчатого вала ДВС в два раза больше вращательной скорости распределительного вала. Передача вращения от коленвала распредвалу ДВС осуществляется ремнем ГРМ или металлической цепью.
Один рабочий цикл равен одному впуску и одному выпуску клапанами, это происходит за один оборот распредвала, то есть за два оборота коленвала.
Схема газораспределительного механизма
Цепной или ременный привод ГРМ
Плюсы и минусы ремня и цепи противоположные. Цепная передача вращения надежнее, но со временем растягивается и перескакивает на зуб или два шестеренки привода, также, дороже и шумнее.
Ременная передача мягче, намного дешевле, бесшумная, но часто приходится менять, а, если вовремя не поменять, то, возможно приведет к замене клапанов.
Новые линейки автомобилей сейчас идут, в основном, с ременной передачей.
Через сколько км нужно менять ремень ГРМ
Причиной остановки работоспособности двигателя может стать обрыв ремня. Поэтому, желательно заблаговременно узнать, на каких двигателях гнет клапана. Положено менять ремень через каждые 60-70 тысяч км. Но, к сожалению, многие водители не успевают заменить ремень газораспределительного механизма.
На машинах с 16-ти клапанными двигателями обрыв ремня не нанесет вреда клапанам, а на 8-ми клапанных происходит деформация клапана, который называется «погнуло клапана».
Но на 8-ми клапанных двигателях тоже может не сгибать клапана, если двигатель расточен, на поршнях выточены специальные углубления, рассчитанные специально под размер не поднятого клапана.
Ремонт газораспределительного механизма
Произвести диагностику и найти причины неисправностей ГРМ можно своими руками. Если произошел обрыв ремня из армированной резины, то последовательность была описана в материале: как заменить ремень грм на ваз.
Если ремень целый, но есть подозрительные стуки и признаки неполадок в работе газораспределительной системы, то необходимо изучить видео по ремонту ГРМ.
Тепловой зазор газораспределительного механизма
Как уже нам всем известно из жизненного опыта, что при нагревании габаритные размеры деталей увеличиваются. А в ДВС детали испытываются большие температурные нагрузки, что ведет к расширении их в размере.
В связи с этим, конструкторами был предусмотрен тепловой зазор газораспределительного механизма, который рассчитан на то, чтобы увеличивающийся клапан по длине увеличивался в сторону кулачка распредвала, а не опускался в цилиндр, что создаст разгерметизацию. Тепловой зазор равен:
- для автомобилей Ваз 2108, 2109 — 0,2 мм для впускного и 0,35 для выпускного клапанов;
- для «классики» Ваз 2101-207 — одинаково по 0,15 мм;
- для Волги Газ 21 — одинаково 0,25-0,3 мм;
- для Волги Газ 24 — 0,35-0,4 мм (впускные) и 0,3-0,4 мм (выпускные);
- для Москвича — 0,15 мм для всех.
Автомобили с цепным приводом ГРМ
Список современных автомобилей некоторых марок с цепной передачей газораспределительного механизма:
- Мазда 6.
- Шкода Рапид.
- Тойота Авенсис.
- Ниссан. Например, двигатель SR20det имеет цепь, но, если цепь вовремя не заменить, то клапана погнутся о поршни или клапан сломается, перевернется в цилиндре и пробьет поршень.
- Хонда.
- Мерседес-Бенц.
- Ауди.
- БМВ.
- Волга, Москвич, классические модели Ваз.
Газораспределительный механизм: устройство
Механизм газораспределения руководит впускными и выпускными клапанами автомобильного двигателя. Газораспределительный механизм или как его еще называют ГРМ, производит выпускание воздушно-топливной смеси во все цилиндры двигателя машины, а после этого удаление из камеры сгорания отработанных газов.
В представленной статье размещены ответы на такие довольно распространенные вопросы:
- Что собой представляет газораспределительный механизм?
- Устройство ГРМ;
- назначение механизма газораспределения;
- В чем заключается функционирование ГРМ?
- Типы газораспределительных механизмов.
Газораспределительный механизм
Основная информация о ГРМ
Для начала необходимо обсудить устройство газораспределительного механизма. Механизм газораспределения имеет такие основные элементы:
- Распредвал;
- Клапанный механизм;
- Механизм привода распредвал.
К основным элементам ГРМ относятся:
- Штанги. С их помощью обеспечивается передача усилий из толкателя к коромыслу.
- Толкатели. Благодаря толкателям выполняется передача усилий от кулаков распредвала к каждой штанге. Для того чтобы толкатель изнашивался равномерно они находятся в постоянном движении вокруг себя, а выполняется это благодаря выпуклой поверхности нижних головок и скошенной поверхности распределительного валика;
- распредвал. Распредвал дает возможность открывания и закрывания клапанов ГРМ в установленной очередности, которая согласовывается с функционированием каждого цилиндра двигателя автомобиля.
- Клапаны. с помощью клапанов выполняется периодическое открывание и закрывание отверстий впускного и выпускного клапанов, которое напрямую зависит от очередности функционирования автомобильного двигателя и расположения поршня цилиндре.
- Коромысло. Обеспечивают передачу усилия от штанги к клапану.
Теперь обсудим назначение газораспределительного механизма.
Итак, в чем заключается назначение механизма газораспределения? Назначение газораспределительного механизма заключается в своевременной передаче воздухо-топливной смеси во все цилиндры автомобильного двигателя на тактах выпускания, а еще выводе из каждого цилиндра отработанных газов в момент выпускания такта.
Обеспечивается выполнение представленных действий благодаря своевременному открытию и закрытию всех типов клапанов головки каждого цилиндра с помощью клапанов. Газораспределительные механизмы разделяют на типы с боковым и типы с подвесным клапанами, но на сегодняшний момент боковые клапаны мало распространены.
Еще ГРМ классифицируют по значению числа клапанов, которое приходится на один цилиндр, два клапана это минимальное количество, а пять максимальное. Также существует классификация по количеству распределительных валиков, здесь один это минимальное значение, а четыре это максимальное значение.
Принцип действия ГРМ
Газораспределительный механизм является одним из сложнейших узлов двигателя любого транспортного средства, потому как его основная функция заключается не только в открывании и закрывании групп клапанов, но и выполнение этих действий в определенной очередности. Функционирование ГРМ синхронизировано с функционированием зажигания и впрыскивания. Для увеличения скорости передвижения, водитель нажимает на педальку акселератора,тем самым увеличивается поступление воздухо-топливной смеси в автомобильный двигатель.
Авто-двигатель может воспринимать усиленный поток исключительно с помощью увеличения количества оборотов. То есть открывание и закрывание клапанов должно проходить как можно чаще.
Для решения данной проблемы разработчики решили обеспечить привод от коленчатого валика.
То есть чем быстрее крутится коленчатый валик, тем быстрее происходит открывание и закрывание клапанов, следовательно, двигатель автомобиля сможет пропускать и сжигать исключительно необходимо количество воздухо-топливной смеси.
Газораспределение сводится к синхронному вращению коленвала и распредвала, а еще открыванию впускного и выпускного клапанов в определенном месте расположения поршней. Для того чтобы распредвалик точно располагался по отношению к коленчатому валику применяют установочные пометки.
Во время открытия клапанов с помощью коромысла распределительный валик наезжает кулачком на коромысло, которое в свою очередь прижимает клапан и он закручивается благодаря пружине.
В цепном двигателе ГРМ функционирует точно так же, только во время сборки цепку нужно надевать вместе со шкивом на валик.
Типы газораспределительного механизма
Сначала рассмотрим газораспределительный механизм с нижним положением распределительного валика. В конструкцию представленного типа ГРМ входят такие элементы:
- Распределительный валик;
- Клапан;
- Поршень;
- Коромысло;
- Стойка валика коромысла;
- Валик коромысла;
- Контргайка;
- регулирующий винтик;
- Шестеренки распредвала и коленвала;
- Промежуточная шестеренка;
- Пружинки клапана;
- Направляющая втулка;
- Штанга;
- Толкатель;
- Головка цилиндров.
Главным преимуществом механизма газораспределения данного типа считается небольшая стоимость, высокий уровень качества и надежности, а также простое использование.
Но имеются и недостатки, например, такие как шумность и инерционность, которая ограничивает количество оборотов двигателя автомобиля.
Применяются такие газораспределительные механизмы на автомобилях с дизельным двигателем или бензиновым двигателем, который имеет низкий уровень оборотов коленвала.
Теперь поговорим о механизмах газораспределения с верхним положением распределительного валика. В конструкцию представленного типа ГРМ входят такие элементы:
- Толкатель;
- Пружинки;
- Канал;
- Тарелка клапана;
- Кулак распредвала;
- стойка клапана.
Привод распредвала может реализовываться с помощью передачи цепки или зубчиков ремня.
По сравнению с предыдущим типом данный тип ГРМ имеет меньший уровень инертности, а значит, двигатель может развивать большее количество оборотов, и шума. Также к преимуществам данного типа относятся небольшие размеры блока-картера и недорогое изготовление.
Но имеются и недостатки, например, необходимость регулярно проводить замену ремня привода, а несвоевременная замена ремня может привести к поломке клапанов. Также в проведении регулярной замены нуждается и цепь привода. К тому же, цепной привод механизма газораспределителя достаточно дорогой.
Еще одним недостатком является сложность настаивания тепловых зазоров клапанов.
Устройство деталей газораспределительного механизма
Какое назначение распределительного вала и как он устроен?
Распределительный вал (рис.21, а) служит для открытия клапанов 9 в соответствии с рабочим циклом двигателя. Изготовляется он из стали или специального чугуна. Опорные шейки и кулачки стальных валов закаляются токами высокой частоты; чугунные отбеливаются, что повышает их износостойкость.
Рис.21. Распределительный вал с шестерней привода:
а – ЗИЛ-130; б – ГАЗ-53А.
На распределительном валу выполняются кулачки 6 и опорные шейки 4 с разным диаметром, что необходимо для установки вала на неразъемных подшипниках 8, которые запрессовываются в картер двигателя.
На валу также выполнены винтовая шестерня 10 для привода масляного насоса и прерывателя-распределителя, эксцентрик 5 для привода топливного насоса.
В передней части вала с помощью шпонки 7 и болта 13 с шайбой 14 жестко крепится косозубная шестерня 1, изготавливаемая из текстолита (двигатели автомобилей ГАЗ), чугуна (ЗИЛ), стали (КамАЗ). Эта шестерня находится в постоянном зацеплении с шестерней коленчатого вала (см. рис.16).
Так как в четырехтактных двигателях рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала, то за это время впускной и выпускной клапаны должны открыться по одному разу.
Следовательно, распределительный вал должен повернуться на один оборот, то есть вращаться в два раза медленнее коленчатого вала.
Поэтому шестерня распределительного вала имеет в два раза больше зубьев, чем шестерня коленчатого вала, что и обеспечивает передаточное отношение между ними 2:1. На обе шестерни наносят метки для установки фаз газораспределения (рис. 22).
Рис.22. Установочные метки на распределительных шестернях.
Между шестерней и валом устанавливают стальное распорное кольцо 3 (см. рис.21) и фланец 2, устраняющие осевое смещение распределительного вала, появляющееся из-за косых зубьев распределительных шестерен. Кулачкам при шлифовании придают небольшую конусность, что в сочетании со сферической поверхностью торца толкателя обеспечивает поворот толкателя при работе двигателя и уменьшает их износ.
Какие особенности устройства распределительного вала автомобиля ГАЗ-53А?
К особенностям устройства распределительного вала двигателя автомобиля ГАЗ-53А (см. рис.21, б) относится установка дополнительного выносного балансира 16, уравновешивающего силы инерции, вызванные наличием эксцентрика 15 привода топливного насоса. Эксцентрик и балансир крепятся болтом 13 с шайбой 14 совместно с шестерней привода распределительного вала.
Что устанавливается на переднем торце распределительного вала?
На переднем торце распределительного вала двигателей автомобилей ГАЗ-53А и ЗИЛ-130 устанавливается устройство для привода ротора пневмоцентробежного регулятора частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Какое назначение толкателей, как они устроены?
Толкатели 12 (см. рис.21, а) служат для передачи усилия от кулачков распределительного вала к клапанам (при нижнем их расположении) или на штангу 11 и коромысло 17 (при нижнем расположении распределительного вала и верхнем расположении клапанов).
В двигателях с нижним расположением клапанов толкатель (рис.23, а) состоит из стержня 2, изготовленного вместе с опорной тарелкой 1, которой он опирается на кулачок. В верхнюю часть стержня ввернут регулировочный болт 5 с контргайкой 4. Кроме того, на стержне выполнены лыски 3 для удержания толкателя от вращения при регулировке зазора между стержнем клапана и толкателем.
В двигателях с верхним расположением клапанов толкатель (рис.23. б) обычно представляет собой металлический стакан, опирающийся днищем на кулачок распределительного вала. Толкатели перемещаются в направляющих, выполненных в стенках картера двигателя.
Рис.23. Толкатели и штанга:
а – ГАЗ-52; б – ГАЗ-53, ЗИЛ-130; в – штанга ГАЗ-24, ГАЗ-53, ЗИЛ-130.
Какое назначение штанг и как они устроены?
Штанги (рис.23, в) передают усилия от толкателей на коромысла. Изготавливают из стальных или дюралюминиевых трубок со сферическими стальными наконечниками. Штанга нижним концом опирается на толкатель, а верхним – в сферическую выемку головки регулировочного винта коромысла.
Какое назначение коромысла и как оно устроено?
Коромысло 17 (см. рис.21, а) передает усилие от штанги на стержень клапана. Изготавливают в виде двуплечего рычага, свободно установленного на пустотелую ось, жестко закрепленную на головке блока цилиндров с помощью стоек.
Короткое плечо коромысла через регулировочный болт упирается в штангу, длинное – в стержень клапана.
Разная длина плеч коромысла позволяет получить небольшую высоту хода толкателя и штанги и обеспечивает их бесшумную работу при повышенном сроке службы.
Коромысла изготавливают из стали или чугуна. Для уменьшения трения между осью и коромыслом в последнее запрессовывают бронзовые втулки. Для удержания коромысел на оси в заданном положении между ними установлены дистанционные втулки и распорные пружины.
Какое назначение клапанов и как они устроены?
Клапан открывает отверстие для впуска горючей смеси или воздуха в цилиндр двигателя или отверстие для выпуска, отработавших газов из цилиндра. Состоит он (рис.24, а) из тарелки 1 и стержня 3 с кольцевой выточкой 7. Тарелка клапана имеет рабочую фаску 11, выполненную под углом 45° или 30°.
Этой фаской клапан плотно садится в гнездо 2 с такой же фаской. Рабочие фаски клапана тщательно притирают с тем, чтобы обеспечить герметичность посадки в гнезде. Притирку производят притирочной пастой ГОИ или иной специальной пастой.
Для притирки клапана на его тарелке выполняется канавка для установки притирочного инструмента.
Рис.24. Клапан с пружиной и устройством для его проворачивания:
а – ГАЗ-53А; б – ЗИЛ-130.
Тарелку и гнездо выпускного клапана изготавливают из жаропрочного материала, впускного – из хромистой стали. Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью или воздухом на большинстве двигателей тарелки впускных клапанов имеют больший диаметр, чем выпускных.
Клапан удерживается в закрытом положении пружиной 8 с переменным шагом, которая одним концом упирается в упорную шайбу 12 или тело блока, а другим закрепляется на стержне клапана с помощью сухариков 9.
Они буртиками входят в кольцевую выточку 7 на стержне клапана.
Сухарики наружной конической поверхностью устанавливают во втулку 10 с внутренней конической поверхностью, втулку 10 – в опорную шайбу 11, в которую упирается пружина 8.
На двигателях автомобилей КамАЗ и некоторых других устанавливают по две пружины с противоположным направлением витков с тем, чтобы предотвратить вибрацию клапана. На стержень впускного клапана одевают резиновый колпачок 6, предотвращающий попадание масла в камеру сгорания.
На двигателях ЗИЛ-130 и некоторых других верхняя часть стержня выпускного клапана выполняется пустотелой и заполняется натрием, который при нагревании плавится и эффективно охлаждает клапан путем переноса теплоты от головки к стержню и далее через направляющую втулку 4 к головке или блоку цилиндров.
Направляющая втулка клапана удерживается в головке блока замочным кольцом 5.
Как устроено приспособление для проворачивания клапана?
С целью уменьшения подгорания посадочных фасок выпускных клапанов в некоторых двигателях устанавливают специальные приспособления для проворачивания клапана вокруг своей оси. В двигателе автомобиля ЗИЛ-130 это устройство (рис.24.
б) состоит из корпуса 14, в наклонных канавках 20 которого установлены пять шариков 15 с возвратными пружинами 16. Над шариками находится дисковая пружина 17, опорная шайба 18 и замочное кольцо 19. Корпус устанавливают на направляющей втулке клапана.
На опорную шайбу опирается рабочая пружина 8.
При закрытом клапане давление рабочей пружины невелико, дисковая пружина 17 не опирается на шарики и они под воздействием возвратных пружин 16 отжаты в крайнее положение.
Когда клапан открывается, рабочая пружина сжимается и давление на дисковую пружину 17 увеличивается. Она, прогибаясь, воздействует на шарики, которые под нагрузкой перемешаются в углубление канавок 20, вызывая поворот дисковой пружины и опорной шайбы 18, а вместе с ней и всего клапана с пружиной.
При закрытии клапана усилие его пружины уменьшается, дисковая пружина 17 возвращается в исходное положение, шарики освобождаются и под давлением пружин 16 закатываются в первоначальное положение.
На двигателях автомобилей ГАЗ-53А и других клапан проворачивается за счет установки промежуточной конической втулки между сухариками и упорной шайбой. Это происходит потому, что конические поверхности сухариков и втулки не совпадают по всей площади. В таблице 4 приведены краткие сведения о параметрах двигателей автомобилей ГАЗ-24 «Волга», ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, КамАЗ-5320.
4. Краткие сведения о двигателях
| Наименование | Двигатели автомобилей | |||
| ГАЗ-24«Волга» | ГАЗ-53А | ЗИЛ-130 | КамАЗ-5320 | |
| Тип двигателя | Рядныйкарбюраторный | V-образныйкарбюраторный | V-образныйдизельный | |
| Количество цилиндров | 4 | 8 | 8 | 8 |
| Максимальная мощность, кВт | 70 | 85 | 110 | 154 |
| Частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности об/мин | 4500 | 3200 | 3200 | 2600 |
| Максимальный крутящий момент, Н·м | 186 | 284 | 401 | 637 |
| Частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте, об/мин | 2200—2400 | 2000—2200 | 1800—2000 | 1400—1700 |
| Диаметр цилиндра, мм | 92 | 92 | 100 | 120 |
| Ход поршня, мм | 92 | 80 | 95 | 120 |
| Литраж двигателя, л | 2,445 | 4,25 | 6,00 | 10,85 |
| Степень сжатия | 8,2 | 6,7 | 6,5 | 17 |
| Порядок работы цилиндров | 1-2-4-3 | 1-5-4-2-6-3-7-8 | ||
| Масса двигателя с оборудованием и сцеплением, кг | 179 | 256 | 500 | 830 |
***
Проверьте свои знания и ответьте на контрольные вопросы по теме «Газораспределительный механизм»
газораспределительный механизм, клапан, коромысло, распределительный вал, штанга
Детали газораспределительного механизма
В этот механизм входят:
- распределительный вал и его привод (шестерни или звездочка и цепь);
- передаточные детали — толкатели с направляющими втулками, а при верхнем расположении клапанов еще штанги и коромысла;
- клапаны, их направляющие втулки и пружины, опорные шайбы пружин с деталями их крепления.
Механизм действует следующим образом. При вращении распределительного вала его кулачок 1 набегает на толкатель 2, который в механизме с нижним расположением клапанов непосредственно открывает клапан 6, а в механизме с верхним расположением клапанов перемещает вверх штангу 7.
Штанга поднимает короткое плечо коромысла 9, при этом длинное плечо коромысла, нажимая клапан, открывает его. После прохождения кулачка пружина 4 закрывает клапан и возвращает все детали его привода в исходное положение. Так же в определенной последовательности открываются и закрываются остальные клапаны двигателя.
Газораспределительные механизмы
Газораспределительные механизмы:
а — с нижним расположением клапанов; б — с верхним расположением клапанов;
1 — кулачки распределительных валов; 2 — толкатели; 3 — регулировочный болт; 4 — пружины клапанов; 5 — направляющие втулки клапанов; 6 — клапаны; 7 — штанга; 8 — регулировочный болт коромысла; 9 — коромысло.
Распределительный вал отливают из чугуна или штампуют из стали. Он имеет опорные шейки 3, кулачки 2, шестерню 7 привода масляного насоса и эксцентрик 1 привода топливного насоса. У двигателя 3M3-53 этот эксцентрик 10 и противовес 11 установлены на шпонке 12 на переднем конце распределительного вала.
Детали распределительных валов
Детали распределительных валов:
а — двигателя ЗИЛ-130; б — двигателя 3M3-53;
1 — эксцентрик привода топливного насоса; 2 — кулачки; 3 — опорные шейки; 4 — валик привода датчика ограничителя числа оборотов; 5 — шестерня привода распределительного вала; 6 — втулка (подшипник) распределительного вала; 7 — шестерня привода масляного насоса и прерывателя-распределителя; 8 — болт; 9 — шайба; 10 — эксцентрик; 11 — противовес; 12 — шпонка.
Шейки вала, кулачки и эксцентрики термически обрабатывают и шлифуют. Для удобства установки у шеек вала различный диаметр, убывающий от переднего к заднему концу вала.
На каждый цилиндр вал имеет по впускному и выпускному кулачку.
Одноименные кулачки разных цилиндров у рядных четырехцилиндровых двигателей расположены под углом 90°, у шестицилиндровых — 60°, у V-образных восьмицилиндровых — 45°.
Распределительный вал вращается во втулках 6, внутренняя поверхность которых залита баббитом.
У V-образных двигателей вал расположен между правым и левым рядами цилиндров, у рядного двигателя ГАЗ-51 — справа, а у двигателя A3ЛK-412 — на головке цилиндров.
За время рабочего цикла четырехтактного двигателя, т. е. за два оборота коленчатого вала, распределительный вал должен открыть по одному разу все клапаны двигателя, совершив для этого один оборот. Поэтому число зубьев шестерни или звездочки распределительного вала вдвое больше числа зубьев шестерни или звездочки коленчатого.
Совмещение меток распределительных шестерен
Совмещение меток распределительных шестерен:
1 — шестерня коленчатого вала; 2 — шестерня распределительного вала;
3 — установочные метки.
Вал приводится во вращение у двигателей ЗИЛ-130, 3M3-53, ГАЗ-51 двумя шестернями с косыми зубьями, одну из которых крепят на коленчатом, а другую — на распределительном валу; у двигателя АЗЛК-412 — цепной передачей, состоящей из двух звездочек 1 и 6 и роликовой цепи 5.
При установке шестерен или звездочек необходимо совмещать метки на их зубьях. От осевого смещения распределительный вал удерживает фланец, который крепят двумя болтами к передней стенке блока цилиндров.
Цепной привод распределительного вала двигателя АЗЛК-412
Цепной привод распределительного вала двигателя АЗЛК-412:
1 — звездочка распределительного вала; 2 — плунжер с пружиной натяжного устройства; 3 — рычаг; 4 — звездочка натяжного устройства; 5 — цепь распределительного вала; 6 — звездочка коленчатого вала;
7 — успокоитель цепи.
Стальные или чугунные, термически обработанные толкатели могут иметь различную форму.
У двигателя ГАЗ-51 толкатель выполнен в виде стержня с плоской тарелкой у нижнего конца; в верхнюю часть этого стержня ввертывают регулировочный болт с контргайкой. Толкатели двигателей ЗИЛ-130 и 3M3-53 имеют форму цилиндрического стаканчика, в который сверху вставляют штангу.
Штанги изготовляют из стальных или дюралюминиевых трубок, в которые запрессовывают с двух сторон стальные наконечники. Своими сферическими поверхностями наконечники упираются внизу в толкатель, а вверху в выемку плеча коромысла. При увеличении частоты вращения коленчатого вала сверх 5000 об/мин штанги начинают вибрировать, что влияет на работу двигателя.
В связи с этим на двигателе A3ЛK-412, делающем 5800 об/мин, распределительный вал расположен вверху, и кулачки его воздействуют непосредственно на коромысла 5. В отверстие коромысла запрессована бронзовая втулка 3. Коромысла устанавливают на пустотелую ось закрепленную в стойках на головке цилиндров.
Детали газораспределительного механизма двигателя A3ЛK-412
Детали газораспределительного механизма двигателя A3ЛK-412:
1 — ось коромысел выпускных клапанов; 2 и 12 — шайбы; 3 — втулки; 4 — пружины; 5 — коромысла; 6 — болт; 7 — планка; 8 — звездочка; 9 — штифт; 10 — распределительный вал; 11 — винт; 13 — установочный фланец; 14 — контргайка; 15 — нажимной винт; 16 — колпачок; 17 — сухари; 18 — наконечник клапана; 19 — упорная шайба; 20 и 23 — опорные шайбы; 21 — внутренняя пружина клапана; 22 — наружная пружина клапана; 24 — направляющие втулки; 25 — седло выпускного клапана; 26 — седло впускного клапана; 27 — выпускной клапан; 28 — впускной клапан; 29 — ось коромысел впускных клапанов.
Цилиндрические пружины 4, установленные на оси 1 между коромыслами, ограничивают их продольное перемещение. В одно плечо коромысла ввернут винт 15 с контргайкой 14.
Клапан, состоящий из головки и стержня, закрывает впускной или выпускной канал цилиндра (головки цилиндров). Диаметр головки впускного клапана больше диаметра головки выпускного, что улучшает наполнение цилиндра свежей горючей смесью. Фаска головки клапана, скошенная под углом 45 или 30°, плотно прилегает к фаске седла 25 или 26.
Впускной клапан изготовляют из хромистой стали, а выпускной — из жаропрочной (сильхромовой) стали. Для увеличения срока службы выпускных клапанов некоторых двигателей, в том числе ЗИЛ-130, делают жаропрочную наплавку посадочной фаски. Чтобы лучше отводить теплоту, стержни выпускных клапанов двигателей ЗИЛ-130 и 3M3-53 изготовлены пустотелыми и наполнены натрием.
Клапаны меньше изнашиваются, если они во время работы постепенно поворачиваются вокруг собственной оси.
В двигателе 3M3-53 вращение клапанов достигается установкой между упорной шайбой и сухарями закаленной конической втулки, наружный конус которой не полностью совпадает с внутренним конусом упорной шайбы. Выпускные клапаны у двигателя ЗИЛ-130 имеют механизм принудительного вращения клапана.
Механизм вращения выпускного клапана
Механизм вращения выпускного клапана:
1 — выпускной клапан; 2 — неподвижный корпус; 3 — шарик; 4 — упорная шайба; 5 — замочное кольцо; 5 — пружина клапана; 7 — тарелка пружины клапана; 8 — сухарь клапана; 9 — дисковая пружина; 10 — возвратная пружина; 11 — натриевое наполнение; 12 — жаропрочная наплавка; 13 — заглушка.
Седла клапанов изготовляют в виде вставных колец из жаропрочной стали и запрессовывают в головку или блок цилиндров.
Направляющие втулка стержней клапанов делают чугунными или металлокерамическими и запрессовывают в блок или головку цилиндров. Стопорное кольцо или буртик на верхнем конце втулок препятствует их смещению в осевом направлении.
Пружина 6 обеспечивает плотную посадку клапана в седло. Изготовляют пружины из специальной стальной проволоки. Пружины имеют переменный шаг, что устраняет вибрацию витков. На каждый клапан двигателя АЗЛК-412 устанавливают по две пружины 21 и 22, имеющих противоположное направление витков.
Пружина упирается одним концом в блок цилиндров (ГАЗ-51) или шайбу на головке цилиндров (при верхнем расположении клапанов), а другим концом в упорную шайбу 19, которую удерживают два конических сухаря 17, входящие в выточку на стержне клапана. На стержни впускных клапанов устанавливают резиновые колпачки 16, уменьшающие возможность попадания масла в цилиндры.
Для обеспечения плотной посадки клапана в седло во время работы, когда стержень удлиняется, между клапаном и толкателем или коромыслом должен быть тепловой зазор.
| Двигатель | Величина теплового зазора, мм (зазор контролируют на холодном двигателе) | |
| впускной клапан | выпускной клапан | |
| 3M3-53 | 0,25 — 0,30 | 0,25 — 0,30 |
| ГАЗ-51 | 0,20 — 0,23 | 0,25 — 0,28 |
| ЗИЛ-130 | 0,25 — 0,30 | 0 25 — 0,30 |
| АЗЛК-412 | 0,15 | 0,15 |
«Автомобиль», под. ред. И.П.Плеханова
Загрузка…
Коромысла клапанов механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания
Коромысла клапанов изготавливаются в виде одноплечих и двуплечих рычагов, предназначенных для передачи усилий от кулачка либо от кулачка через штангу непосредственно к клапану.
Двуплечие коромысла (5) [рис. 1, б)] клапанов используются в двигателях с нижним и средним [рис. 1, г)] расположением распределительных валов, а также при некоторых кинематических схемах с верхним валом [рис. 1, в)].
Рис. 1. Конструктивные схемы механизмов газораспределения.
а) – Механизм газораспределения с нижним расположением клапанов и распределительного вала;
б) – Механизм газораспределения с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала;
в) – Механизм газораспределения с верхним расположением клапанов и распределительного вала;
г) – Механизм газораспределения с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала в развале цилиндров V-образного двигателя;
1) – Клапан;
2) – Толкатель;
3) – Кулачок распределительного вала;
4) – Регулировочный болт (винт);
5) – Коромысло;
6) – Штанга;
7) – Маслоотражательный колпачок клапана;
8) – Тарелка пружины;
9) – Сухари.
Одноплечие коромысла клапанов, как правило, устанавливаются в двигателях с верхним расположением валов [рис. 2, в)].
Рис. 2. Конструктивные схемы приводов клапанов механизма газораспределения.
а) – Штанга толкателя;
б) – Коромысло клапана;
в) – Одноплечий рычаг с опорной стойкой в виде болта;
г) – Двуплечий рычаг с опорной стойкой в виде шпильки;
д) – Передача движения двум клапанам через траверсу;
1) – Верхний наконечник;
2) – Стержень;
3) – Нижний наконечник;
4) – Регулировочный винт;
5) – Контргайка;
6) – Коромысло;
7) – Втулка;
8) – Траверса;
9) – Направляющая стойка.
Стальные штампованные коромысла клапанов изготавливаются неравноплечими [рис. 2, б)], чтобы уменьшить ход толкателя и штанги, а также снизить силы инерции. В коротком плече выполнено резьбовое отверстие, куда ввёрнут регулировочный винт (4), предназначенный для установки требуемого теплового зазора в клапанном механизме.
Данный винт от самовывёртывания удерживается посредством контргайки (5). Длинное плечо заканчивается бойком (сферическая поверхность), который опирается на стержень клапана. Сферические поверхности бойка и регулировочного винта подвергаются термообработке и шлифовке. В роли подшипников коромысел выступают бронзовые либо чугунные втулки (7).
Коромысла клапанов размещают на общем стальном валике (СМД-60, ЗМЗ-35, ЗИЛ-130, А-41, Д-240 и прочие) или на отдельных опорных стойках (Д-144, ЯМЗ, КамАЗ). Крепление стоек к головке цилиндров осуществляется посредством болтов либо шпилек.
Иногда используются отдельные стойки в виде шпильки либо болта со сферическими опорами для одноплечих и двуплечих рычагов [рис. 2, в), г)]. В четырёхклапанных двигателях пара одноимённых клапанов чаще всего приводится в движение посредством связывающей траверсы, которая способна перемещаться непосредственно под воздействием кулачка от коромысла [рис.
2, д)]. Стержень траверсы при этом движется в направляющей стойке, закреплённой в головке цилиндра.
17*
Клапаны газораспределительного механизма двигателя
Клапаны подвергаются воздействию высоких температур и давлений, их изготавливают из жаростойких сталей. Клапан состоит из стержня и головки с фаской А, обычно наклоненной под углом 45°.
Для улучшения наполнение цилиндра воздухом или горючей смесью диаметр головки впускных клапанов больше, чем у выпускных.
По этой же причине в некоторых двигателях (СМД-62) делают уменьшенный угол наклона фаски (до 30°) к плоскости головки.
Клапаны должны плотно прилегать к седлу. Для этого их фаски взаимно притирают. Для большей жаростойкости на фасках выпускных клапанов имеется специальная наплавка.
Плавный переход от головки к стержню придает клапану большую прочность, способствует лучшему отводу теплоты и уменьшает сопротивление движению газов. Стержни клапанов точно обработаны по всей длине, а иногда еще покрыты графитом. Торец стержня закален или к нему приварен встык наконечник (Д-240 и КамАЗ-740) из специальной стали. Это уменьшает изнашивание торца под действием бойка коромысла.
На верхней части стержня выполнена кольцевая выточка под два сухаря, с помощью которых клапан удерживается в тарелке пружин. В нее снизу упираются одна (в карбюраторных автомобильных двигателях) или две (в дизелях) клапанные пружины, прижимающие тарелку клапана к седлу.
Фаски головки и седла изнашиваются дольше, если клапан поворачивается во втулке. Для этого сухари зажимаются не в тарелке пружин, а в закаленной втулке, которая опирается на тарелку узким торцом (на всех двигателях кроме Д-240 и Д-144).
При такой опоре трение между деталями мало, и под действием коромысла, а также вибрации пружин, клапан, опускаясь и поднимаясь, поворачивается вместе с втулкой относительно тарелки. В дизеле СМД-18Н втулка удлинена и слегка охватывается верхним витком внутренней пружины.
При возвратно-поступательяом движении клапана эта пружина поворачивает втулку, а с ней и клапан относительно тарелки. Механизм принудительного поворота выпускного клапана двигателя ЗИЛ-130 состоит из неподвижного корпуса (рис.
28, в), пяти шариков с возвратными пружинами, тарельчатой пружины, упорной шайбы и замочного кольца. Корпус надет на втулку клапана и входит в углубление головки цилиндров. Шайба и пружина установлены на ступицу корпуса с зазором.
Рис. 1. Клапанные механизмы дизелей: 1 — сухари; 2 — тарелка пружины; 3 — клапан; 4 — втулка клапана; 5 — втулка тарелки; 6 — пружина; 7 — опорная шайба; 8 — манжета уплотнения
Когда клапан закрыт и давление его пружины невелико, тарельчатая пружина выгнута наружной кромкой вверх, а внутренней кромкой опирается в заплечик неподвижного корпуса. При этом шарики отжаты пружинами в крайнее положение. Когда клапан открывается, давление его пружины возрастает.
Под повышенным давлением тарельчатая пружина выпрямляется (выпуклость ее уменьшается) и опирается на шарики, как двуплечий рычаг. Поэтому, когда ее наружная кромка опускается, внутренняя отходит от заплечика корпуса.
С этого момента давление клапанной пружины воспринимается только шариками, они перекатываются по наклонным канавкам и поворачивают (силой трения) тарельчатую пружину, а с ней — шайбу, пружину и клапан.
Когда клапан закрывается, сила давления его пружины уменьшается, пружина принимает первоначальную форму (выпуклую вниз), опирается в заплечик корпуса и перестает давить на шарики.
Освобожденные от давления шарики возвращаются пружинами по наклонным канавкам вверх, занимая исходное положение.
За один ход клапан поворачивается на небольшой угол, но за 1 мин работы двигателя успевает совершить до 30 оборотов.
В стержнях выпускных клапанов двигателей 3M3-53 и ЗИЛ-130 сверлят глухие каналы, наполняют их на 50…60% легкоплавким металлом (натрием), а затем приваривают заглушку. Во время работы двигателя натрий плавится и, взбалтываясь, отводит часть теплоты от головки к стержню и его втулке.
Стержни клапанов с небольшим зазором перемещаются в направляющих втулках, запрессованных в головку цилиндров. Эти втулки бывают чугунные, биметаллические с бронзой на рабочей поверхности или металлокерамические.
Пористая поверхность последних и графитовое покрытие стержней (СМД-62, ЯМЗ-240Б, КамАЗ-740) способствуют лучшей приработке сопрягаемых деталей.
На верхней части втулок впускных клапанов (ЯМЗ-240Б, Д-245 и автомобильные двигатели) установлены резиновые втулки, предотвращающие подсос масла в камеру сгорания через зазор между трущейся парой.
Рис. 3.
Клапанные механизмы карбюраторных двигателей: а — впускного клапана: б — выпускного клапана; в — детали поворотного механизма; г — положение механизма при закрытом клапане; д— положение механизма при открытом клапане; 1 — впускной клапан; 2 — колпачок-маслоотражатель; 3 — пружина клапана; 4 — втулка тарелки; 5 — втулка клапана; 6 — заглушка; 7 — впускной клапан; 8 — легкоплавкий металл; 9 — механизм поворота клапана; 10 — замочное кольцо; 11 — упорная шайба; 12 — тарельчатая пружина; 13 — корпус; 14 — шарик; 15 — возвратная пружина
Рис. 29.
Распределительные валы и сопряженные детали: 1 — распределительный вал; 2 — штанга; 3 — валик привода центробежного датчика; 4 — шайба; 5 — гайка; 6 — замочная шайба; 7 — упорный фланец; 8 — распорное кольцо; 9 — пружина валика; 10 — корпус валика привода; 11 — шестерни привода распределителя зажигания и масляного насоса; 12 — валик привода; 13 — шестерня распределительного вала; 14 — кулачок привода бензонасоса; 15 — противовес; 16 — эксцентрик; 17 — болт крепления шестерни
Клапанные пружины прижимают головку клапана к седлу. Чтобы витки одной пружины не западали между витками другой, направление навивки у них различное. В некоторых двигателях применяют пружины с различным шагом витков и ставят их так, чтобы витки с большим шагом были обращены вверх. Такие пружины меньше вибрируют.
Распределительный вал необходим для управления клапанами. На нем имеются кулачки, опорные шейки и посадочные места для крепления шестерен. Шейки и кулачки цементованы, закалены на небольшую глубину и отшлифованы. В рядных двигателях вал расположен сбоку цилиндров, а V-образных — в развале между рядами.
Валы разных двигателей отличаются размерами, расположением, числом и профилем кулачков, числом опорных шеек. На каждый цилиндр приходится два кулачка: для управления впускным и выпускным клапанами.
Форма и взаимное расположение их зависят от порядка работы цилиндров и фаз газораспределения, а высота кулачка определяет продолжительность открытия клапана.
При разных (по времени) фазах носок выпускных кулачков делают шире носка впускных.
На распределительном валу имеются от двух до семи опорных шеек. Они опираются на расточки в блоке или на бронзовые, стальные с баббитовой заливкой или чугунные втулки, закрепленные в нем.
В двигателях 3M3-53 и ЗИЛ-130 на распределительный вал установлена косозубая шестерня привода масляного насоса и прерывателя-распределителя зажигания, а также выполнен заодно с валом или закреплен на нем эксцентрик привода топливного насоса.
Осевое перемещение вала ограничивается фланцем 7, привинченным к блоку (в СМД-18Н — упорным винтом). На переднем или заднем конце вала, как правило, крепят одну (иногда две) шестерню.
Распределительные шестерни бывают стальные, чугунные или текстолитовые (3M3-53). Для плавности передачи вращения и уменьшения шума применяют косозубые шестерни, а для уменьшения изнашивания сопрягаемые шестерни иногда изготавливают из разных материалов.
Шестерни коленчатого и распределительного валов рядных дизелей, а также КамАЗ-740 и ЯМЗ-240Б соединены через промежуточную шестерню, а СМД-62 и карбюраторных двигателях — непосредственно, т. е. без промежуточной шестерни.
К распределительным условно относят и шестерни привода насосов: масляного, водяного, гидросистемы. Точное взаимное расположение шестерен достигается соединением их по меткам, как показано на рисунке. Только при выполнении этого условия клапаны будут открываться и закрываться в соответствии с диаграммой фаз газораспределения.
Рис. 4.
Схема расположения распределительных шестерен дизелей: 1 — шестерня коленчатого вала; 2 — привод насоса гидроусилителя рулевого управления; 3 — шестерня распределительного вала; 4 — промежуточная шестерня; 5 — привод топливного насоса; 6 — привод масляного насоса дизеля; 7 — привод насоса гидросистемы; 8 — ведомая шестерня привода насоса дизеля; 9 промежуточная шестерня привода топливного насоса; 10 — промежуточная шестерня привода масляного насоса; 11 — привод водяного насоса; 12 — промежуточная шестерня привода водяного насоса; 13 — ведомая шестерня привода топливного насоса
Передаточные детали (толкатели, штанги и коромысла) нужны для преобразования вращения кулачков распределительного вала в возвратно-поступательное движение клапанов.
Цилиндрические и грибовидные толкатели перемещаются в чугунных втулках. Трущиеся поверхности толкателей шлифуют.
Чтобы изнашивание торца и цилиндрической поверхности было равномерным, толкатель, перемещаясь вверх и вниз, одновременно поворачивается вокруг своей оси. Это достигается смещением середины кулачка относительно центра плоского толкателя или изготовлением торцевой поверхности толкателя с небольшой выпуклостью, а кулачка — с небольшим скосом.
Роликовый толкатель (А-41, ЯМЗ-240Б) — качающийся рычажный. На нем имеются ролик, вращающийся в игольчатых подшипниках, и закаленная пята, в которую упирается штанга.
Рычаг шарнирно надет на трубчатую ось.
Штанги изготавливают из трубок, в которых запрессованы стальные наконечники сферической формы, или из стального прутка, но тоже со сферическими концами. Наконечники и концы штанг закаливают и шлифуют.
Коромысло представляет собой неравноплечий рычаг, с помощью которого можно увеличить ход клапана по сравнению с подъемом штанги. Коромысло отштамповано из стали и в нем обычно имеется бронзовая втулка.
На коротком плече расположен регулировочный винт 9, в который упирается штанга, а длинное плечо заканчивается закаленным полированным бойком, прилегающим к торцу клапана.
Винтом с контргайкой регулируют зазор между бойком и торцом клапана.
Коромысла поворачиваются на осях, закрепленных в чугунных стойках. Оси — стальные и, как правило, трубчатые. Если канал оси используется для подачи масла к коромыслам, то в торцах имеются пробки, а в оси — радиальные отверстия, расположенные против втулок коромысел.
Стойки коромысел прикреплены к головке цилиндров. Распорные пружины, надетые на ось между коромыслами, удерживают их от продольного перемещения. Коромысла и клапанные механизмы закрыты крышками или колпаками головки цилиндров и уплотнены на ней прокладками.
Рис. 5.
Передаточные детали распределительного механизма (а) и схема поворота толкателей (б): 1 — втулка; 2 — роликовый толкатель; 3 — пята; 4 — ролик; 5 — ось ролика; 6 — толкатель с выпуклым днищем; 7 — штанга; 8 — толкатель с плоским днищем; 9 — регулировочный винт; 10 — контргайка; 11 — коромысло; 12 — втулка коромысла; 13 — ось коромысел; 4 — стойка оси; 15 — распорная пружина; 16 — втулка толкателя; 17 — грибовидный толкатель с плоским днищем; 18 — кулачковый вал; 19 — толкатель с кольцевой выточкой
Читать далее: Компрессионный механизм двигателя
– Тракторы-2