Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для своевременного впуска свежего заряда в цилиндры двигателя и выпуска отработавших газов.

Основные требования, предъявляемые к ГРМ:

• хорошее наполнение и очистка цилиндров;

• наименьшие габаритные размеры и массы деталей;

• достаточная жесткость деталей;

• высокая надежность;

• простота конструкции;

• минимальные потери на трение;

• стойкость к изнашиванию контактирующих поверхностей.

В зависимости от элементов, посредством которых цилиндры двигателей сообщаются с окружающей средой, газораспределительные механизмы делятся на клапанные и золотниковые.

Золотниковый принцип газораспределения применяется в двухтактных двигателях, где впускные и выпускные каналы имеют в цилиндре окна, которые открываются и закрываются поршнем, т. е. сам ГРМ как таковой отсутствует, а его функции выполняет кривошипно-шатунный механизм.

В современных поршневых ДВС используются клапанные ГРМ.

ГРМ (рис. 4.1) состоит из привода, передаточных деталей и клапанной группы. Привод состоит из зубчатых колес и распределительного вала. Передаточные детали: толкатели, штанги, коромысла. Клапанная группа включает в себя: клапан, направляющую втулку, пружину и замок пружины.

Клапанные ГРМ

Клапанные ГРМ могут иметь различные конструкции.

По расположению клапанов ГРМвыпускаются:

• с нижним расположением клапанов;

• с верхним расположением клапанов.

В первом случае (рис. 4.1, а) клапаны размещаются, как правило, в один ряд сбоку блока цилиндров и приводятся в действие через толкатели 9 от общего распределительного вала кулачками 10.

При нижнем расположении клапанов есть ряд недостатков: растянута форма камеры сгорания, затруднена регулировка, недостаточное

17 18

Рис. 4.1. Схемы механизмов газораспределения с различным расположением клапанов: а — нижним; б, в — верхним; / — седло; 2 — стержень клапана; 3 — направляющая втулка; 4 — пружина; 5, 14 — сухари; 6, 12 — тарелки; 7 — регулировочный болт; 8 — контргайка; 9 — толкатель; 10 — кулачок; 11 — сальник клапана; 12, 13 — втулки; 15 — головка блока цилинд­ров; 16 — стопорное кольцо; 17 — коромысло; 18 — ось; 19 — штанга; 20 — направляющий стакан; 21 — регулировочная шайба

наполнение и очистка цилиндров из-за большого сопротивления впускных и выпускных каналов. Поэтому данная схема на современных двигателях не применяется.

При верхнем расположении клапанов (рис. 4.1, б, в) указанные выше недостатки отсутствуют, поэтому мощность и экономичность двигателя выше.

По расположению распределительного вала ГРМмогут быть:

• с нижним расположением вала;

• с верхним расположением вала.

При нижнем расположении (рис. 4.1, а, б) распределительный вал находится сбоку и немного выше коленчатого вала или над коленчатым валом. ГРМ, показанный на рис. 4.1, б, уступает по жесткости и имеет большую инерционность передаточных деталей, чем ГРМ,изображенный на рис. 4.1. Это можно устранить, используя верхнее расположе­ние распределительного вала (рис. 4.1, в), когда вал находится в головке блока цилиндров и непосредственно воздействует на клапан.

ГРМ работает следующим образом: приводимый во вращение от коленчатого вала распределительный вал кулачками воздействует на толкатели или непосредственно на клапаны через направляющие стаканы (рис. 4.1, в). При нижнем расположении клапанов усилие от толкателей передается на клапаны, а при верхнем расположении усилие от толкателей передается на штанги, а от них на коромысло. Далее клапаны, преодолевая усилие пружин, перемещаются в направляющих втулках и открываются, соединяя полость цилиндра с впускным или выпускным каналом в зависимости от назначения клапана. Кулачки повернутся, и пружины вернут клапаны в закрытое состояние.

По расположению и числу клапанов ГРМмогут быть:

• с продольным расположением относительно оси двигателя;

• с поперечным или косым расположением;

• с двумя клапанами на цилиндр;

• с тремя клапанами на цилиндр;

• с четырьмя клапанами на цилиндр.

Продольное расположение клапанов (рис. 4.2, а—в) является наиболее простым. Расположение клапанов может быть попарное или поочередное. При попарном расположении впускные каналы соседних цилиндров могут иметь общий патрубок.

Поперечное расположение клапанов (рис. 4.2, г) используется при установке свечи зажигания в центре камеры сгорания. При этом обеспечивается лучшее наполнение цилиндров.

Если при этом клапаны наклонены и смещены относительно оси цилиндра, то такое расположение клапанов называется косым. Косое расположение позволяет увеличить диаметр клапанов, улучшить расположение свечей зажигания или форсунок и форму камеры сгорания.

Д) е)

О — впускной клапан O— выпускной клапан

Рис.4.2. Различные расположение и число клапанов в одном цилиндре:

а — два; б — три; в — четыре

При поперечном расположении клапанов впускные и выпускные каналы направлены в разные стороны, что позволяет увеличить диаметр клапанов, а значит, увеличить их пропускную способность.

Увеличение диаметров клапанов приводит к увеличению их массы и, как следствие, инерционности, что отрицательно сказывается при высоких частотах вращения коленчатого вала.

Применение трех, четырех клапанов на цилиндр (рис. 4.2, д—ж) обеспечивает достаточное суммарное проходное сечение клапанов при меньшей массе каждого из них. Однако при этом усложняется конструкция ГРМ и снижается его надежность.

ГРМ могут иметь не один, а два распределительных вала.

По виду привода распределительного вала ГРМмогут быть (рис. 4.3):

• с зубчатым зацеплением;

• с цепным приводом;

• с ременным приводом;

• с вальным приводом.

Привод с зубчатым зацеплением (рис. 4.3, в) чаще всего применяется в механизмах с нижним расположением распределительного вала. Как правило, в этом случае используются два косозубых зубчатых колеса, одно из которых устанавливается на коленчатом валу, а другое на распределительном. При значительных расстояниях между осями коленчатого и распределительного валов, например при расположении распределительного вала в верхней части блока или двух боковых распределительных валах, привод может иметь три и даже четыре зубчатых колеса. Основное достоинство данного привода заключается в простоте конструкции, надежности, а его основной недостаток — повышенный уровень шума.

Бальный привод (рис. 4.3, г) также надежен в работе и применяется в дизелях большой мощности при расположении распределительного вала в головке блока. Его недостатки: сложность конструкции, более низкая жесткость, сложная регулировка.

Преимущества цепного привода (рис. 4.3, б) — возможность передачи момента вращения при больших расстояниях между коленчатым и распределительным валами, простота конструкции, небольшая масса деталей, низкий уровень шума.

Недостатки цепного привода — быстрое изнашивание и растяжение цепи, вибрация под действием переменных нагрузок. Для устранения этих недостатков в цепных приводах устанавливаются автоматические натяжные устройства и специальные направляющие колодки.

Чаще всего используются роликовые двухрядные или однорядные цепи.

В ременном приводе (рис. 4.3, а) используется зубчатый ремень. Преимущества ременного привода: небольшая масса двигающихся деталей, низкий уровень шума, устойчивость регулировок, простота технического обслуживания, так как не требует смазывания и регулировки в процессе эксплуатации. -

4 8

Рис.4.3. Различные способы привода распределительного вала: а — ременный; б — цепной; в — с зубчатым зацеплением; г — вальный; 1 — коленчатый вал; 2 — жидкостной насос; 3 — натяжной ролик; 4 — распределительный вал; 5 — приводной ремень; 6 — натяжитель цепи; 7 — башмак натяжителя цепи; 8 — цепь; 9 — успокоитель цепи; 10 — масляный насос; 11 —

промежуточный вал

Ремень изготовляется из синтетических материалов, армированных стекловолокном или проволочным кордом. Единственный его недостаток — недолговечность.

На рис. 4.4 представлены различные приводы клапанного механизма. При непосредственном приводе (рис. 4.4, а) на клапан воздействует кулачок распределительного вала через направляющий стакан 1, который исключает дополнительные нагрузки на стержень и втулку клапана. При верхнем расположении распределительного вала и продольном расположении клапанов привод клапана может осуществляться и через одноплечие рычаги (рис. 4.4, б—г), а при поперечном и косом расположении клапанов — через коромысла (рис. 4.4, з). При нижнем расположении распределительного вала привод клапанов осуществляется, как правило, через коромысла (рис. 4.4, д—ж).

Ж")

Рис. 4.4. Привод клапанного механизма: а — непосредственный; б—г — через рычаги; д—з — с помощью коромысла; 1 — стакан; 2 и 6 — стойки; 3 и 4 — регулировочные винты;