Схемы механизмов газораспределения
Назначение механизма газораспределения (МГР) состоит в
обеспечении периодической смены рабочего тела в цилиндре ДВС
при реализации действительного цикла. Смена рабочего тела пред-
полагает наполнение цилиндра свежим зарядом и его очистку от
отработавших газов. При этом необходимо обеспечить максималь-
но возможную мощность и наилучшую экономичное ь двигателя
при приемлемых параметрах токсичности на каждом режиме его
работы. Данная задача решается при условии выполнения следую-
щих ограничений: минимально возможные габариты и масса де-
талей, а также необходимая их жесткость; минимальные затраты
энергии на привод; высокая надежность и долговечность; просто-
та конструкции и приемлемая стоимость; минимально возмож-
ные потери на трение и износ контактирующих поверхностей
подвижных элементов.
Основные конструктивные решения и схемы МГР. Впускные и
выпускные тракты МГР имеют окна, которые могут открываться
и закрываться подвижным элементом тремя способами: клапа-
ном, перемещающимся в отверстии; диском или цилиндром, со-
держащим отверстие, которое совпадает с отверстиями в камере
(отверстие может совершать вращательное или плоскопараллель-
ное движение); поршнем, перекрывающим окна в цилиндре дви-
гателя (в ряде двухтактных двигателей).
Механизмы газораспределения, использующие первый способ,
называют клапанными, а последние два — золотниковыми. Клапан-
ные МГР широко применяются в современных четырехтактных
автотракторных двигателях в силу простоты конструкции, малой
стоимости изготовления и ремонта, хорошего уплотнения каме-
ры сгорания и надежности в работе. Верхнее расположение клапана
в головке цилиндров является основным вариантом, реализуемым
в современных МГР.
Коленчатый вал через привод вращает распределительный вал,
который с помощью привода клапанного узла задает управляю-
щее воздействие и закон подъема клапану. Схема МГР зависну от
взаимосвязанных факторов: выбранного способа организации ра-
бочего процесса, что предопределяет форму и расположение ка-
меры сгорания (в дизелях камеры сгорания обычно располагают-
ся в поршне, а в двигателях с искровым зажиганием — в головке
блока цилиндров); принятого количества клапанов на один ци-
7 Вами*»
 Q — впускной клапан ^ — выпускной клапан |
Яао 14 1 Pso * ох»? и число клапанов нал н цьолй^др:
о—два, б — три, в — четыре
линдр (2, 3 и более); места расположения (нижнее или верхнее)
И количества (1 или 2) распределительных валов.
Двухклапанный механизм (один впускной и один выпускной
Клапаны на цилиндр) является наиболее простым. Относительно
Продольной оси двигателя клапаны могут располагаться продоль-
но и поперечно (косо).
Продольное расположение клапанов (рис. 14.1, а) наиболее про-
стое и применяется в двигателях с искровым зажиганием для кли-
новидных и плоскоовальных камер сгорания, а в дизелях — для
удобства размещения и обслуживания форсунок.
Привод клапанов осуществляется от одного распредели-
тельного вала: при его верхнем расположении — непосредственно
Толкателями, а при нижнем — коромыслами или рычагами.
Расположение одноименных клапанов смежных цилиндров
может быть попарное либо поочередное. При попарном располо-
жении впускные каналы соседних цилиндров могут иметь общий
патрубок или разделенные патрубки для каждого клапана. Для
каждого выпускного клапана выполняют индивидуальный канал
во избежание перегрева патрубков. При объединении одноимен-
ных каналов соседних цилиндров возрастает неравномерность рас-
пределения температур по длине головки, что приводит к ее ко-
роблению.
Впускной и выпускной коллекторы в линейных кар-
бюраторных двигателях размещают, как правило, с одной стороны
для подогрева смеси и улучшения испарения топлива. В V-образных
двигателях впускные и выпускные трубопроводы размещают с
разных сторон головки блока в целях упрощения его компоновки
И улучшения формы впускных и выпускных каналов.
Расположение клапанов относительно оси цилиндра может быть
параллельным в дизелях и при плоскоовальных камерах сгорания
у двигателей с искровым зажиганием, а также под наклоном для
клиновых камер сгорания двигателей с искровым зажиганием. По-
следнее позволяет улучшить впускную систему и расположение
свечей зажигания.
Поперечное или косое расположение клапанов в цилиндре исполь-
зуют в полусферических и шатровых камерах сгорания двигателей
с искровым зажиганием при установке свечи в центре камеры
сгорания. Такая компоновка клапанов обеспечивает наиболее плав-
ную форму каналов и большие проходные сечения, что снижает
гидравлические потери и увеличивает наполнение. Возможность
наклона или смещения клапанов относительно оси цилиндра по-
зволяет улучшить впускную систему, камеру сгорания, располо-
жение форсунок или свечей зажигания.
При этом клапаны размещают под углом к оси цилиндра, ко-
торый называется углом развала С ростом угла развала появляется
возможность увеличения диаметров клапанов.
Привод клапанов осуществляется от одного распредели-
тельного вала через коромысла или от двух валов через толкатели
и реже — через коромысла или рычаги.
При поперечном расположении клапанов впускные и выпуск-
ные каналы направлены в разные стороны, а при косом — в одну
или в разные стороны. Расположение каналов в разные стороны по-
зволяет максимально приблизить друг к другу тарелки клапанов, и,
как следствие, несколько увеличить их диаметр. Однако возможнос-
ти улучшения наполнения цилиндров в двухклапанном механизме
за счет увеличения диаметров головок клапанов ограничены.
Многоклапанные МГР (3, 4, 5 клапанов на цилиндр) (рис. 14.1,
б, в) позволяют получить более высокий коэффициент наполне-
ния за счет увеличения общего проходного сечения трактов. При
этом уменьшаются габариты и масса подвижных элементов МГР
и, следовательно, силы инерции. Однако при этом повышаются
стоимость изготовления, сложность конструкции и снижается на-
дежность функционирования МГР.
По месту расположения распределительного вала различают МГР
с нижним или средним (рис. 14.2, а) и верхним (рис. 14.2, б...е)
расположением.
Нижние распределительные валы располагают в картере двига-
теля, а в V-образных конструкциях — в развале блока цилиндров.
Достоинствами данного расположения являются простота конст-
рукции и компактность привода. К недостаткам схемы относятся
сравнительно большая масса движущихся элементов МГР и мень-
шая жесткость привода клапанного узла из-за длинной податли-
вой штанги, что может привести к возникновению колебаний и
изменениям требуемого закона подъема клапана. Поэтому такая
схема используется в двигателях с относительно невысокой но-
минальной частотой вращения.
Привод распределительного вала от коленчатого
вала обычно осуществляется с помощью зубчатой пары. Для сни-
жения шума при работе зубья шестерен выполняют косыми. С этой
же целью шестерню распределительного вала нередко изготовля-
ют из текстолита.
Привод клапана от кулачка распределительного вала осу-
ществляется через толкатель, штангу и коромысло.
Верхние распределительные валы устанавливают в головке блока
цилиндров. Это обусловливает большое межосевое расстояние меж-
ду коленчатым и распределительным валами. Причем из-за боль-
шого диаметра шестерни на распределительном валу габариты дви-
гателя, особенно четырехтактного (в головке), возрастают. Для
привода клапанов могут использоваться один (рис. 14.2, б... г) или
два (рис. 14.2, д, е) распределительных вала.
Привод распределительного вала от коленчатого
вала организуется цепью или зубчатым ремнем. В мощных дизелях
 Рис. 14.2. Расположение и число распределительных валов: а — нижнее; б г — верхнее одного распределительного вала; д и е — двух рас- пределительных валов, 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — штанга; 4 — коромысло; 5 — клапанный механизм; 6 — траверса |
привод возможен с помощью цилиндрических шестерен, а также
системы промежуточных валов с коническими или винтовыми
шестернями.
Привод распределительного вала зубчатым ремнем (рис.
14.3, а) обеспечивает достаточную долговечность, устойчивость
регулировок, приемлемую стоимость, низкий уровень шума и не
требует смазки. Ремень изготовляют из синтетических материалов,
армированных стекловолокном или проволочным кордом. От схо-
да с цилиндрических зубчатых шкивов и натяжного ролика его
перемещение ограничено буртиками.
Цепная передача распределительного вала (рис. 14.3, б)
обеспечивает простоту конструкции, снижение массы привода,
сравнительно малую шумность работы. В приводе используют зуб-
чатые или втулочно-роликовые двухрядные цепи, которые дешевле
и получили большее распространение. К недостаткам цепного при-
вода относятся вибрация цепи при резко меняющихся нагрузках,
а также ее износ и вытяжка в процессе эксплуатации. Для устра-
нения вибрации применяют успокоители 9 колебаний и натяж-
ные устройства б и 7.
Привод распределительных валов цилиндрическими ше-
стернями (рис. 14.3, в) осуществляется большим количеством
шестерен, а это увеличивает массу двигателя.
Привод распределительных валов с промежуточными
валами (рис. 14.3, г) надежен в работе, но сложен и требует
точной регулировки зацепления шестерен.
Привод клапанов осуществляется одним или двумя распредели-
тельными валами.
 Рис. 14.3. Привод к верхним распределительным валам ремнем (а), це- пью (б), с помощью шестерен (в) я системы промежуточных валов с коническими или винтовыми шестернями (г): 1 — коленчатый вал, 2 — жидкостный насос; 3 — натяжной ролик; 4 — распре- делительные валы, 5 — приводной ремень; 6 — натяжитель цепи; 7 — башмак натяжителя цепи, 8 — цепь; 9 — успокоитель цепи; 10 — масляный насос; 11 — промежуточные валы Детали поз 1, 2, 4, 10и 11 (шкивы, звездочки, шестерни) для краткости условно названы наименованиями соответствующих валов |
 |
 Рис. 14.4. Привод клапанного механизма: а — непосредственный, б...г — через рычаги; д...з — с помощью коромысла; 1 — стакан; 2 и б — стойки; 3 и 4 — регулировочные болты; 5 — шарик; 7— канал |
При одном распределительном вале и двух кла-
панах на цилиндр с продольным расположением предпочтителен
непосредственный привод их кулачками вала через направляю-
щий стакан 1 (рис. 14.4, а), перемещающийся в стойке 2 или че-
рез одноплечие рычаги (рис. 14.4, б...г), а при поперечном и ко-
сом расположении клапанов — через коромысла (см. рис. 14.2, в).
 |
Для ГРМ с двумя распределительными валами ха-
рактерен непосредственный привод клапанов кулачками вала (см.
рис. 14.2, ду ё). При этой схеме удобно располагать в центре камеры
сгорания свечу или форсунку. Аналогично для многоклапанных
механизмов здесь возможен привод непосредственно от кулачков
или попарный с помощью продольной траверсы (см. рис. 14.2, б)
или вильчатых коромысел (рис. 14.4, з).