Газораспределительный механизм двигателя

Двигатели современных отечественных автомобилей имеют механизмы газораспределения с верхним расположением клапанов.

При верхнем расположении клапанов:

• компактная камера сгорания с более коротким путем горения рабочей смеси препятствует возникновению детонации и позволяет повысить степень сжатия;
• отношение поверхности камеры сгорания к ее объему на 30—35% меньше, что сокращает потери теплоты в охлаждающую жидкость и повышает экономичность двигателя;
• возможно увеличение размеров и высоты подъема впускных клапанов, а следовательно, повышение наполнения;
• легко выполнять регулировку клапанного механизма. Распределительный вал может быть расположен в нижней или верхней части блока цилиндров.

При нижнем расположении распределительного вала его привод состоит из пары цилиндрических шестерен с косыми зубьями: на коленчатом валу — стальная шестерня, а на распределительном — текстолитовая (двигатели ЗМЗ) или чугунная (двигатели ЗИЛ).

В высокооборотных двигателях автомобилей ВАЗ-2101 «Жигули» и «Москвич-412» распределительный вал располагается в головке цилиндров и приводится во вращение бесшумной цепью.

Верхнее расположение распределительного вала уменьшает шумность двигателя и облегчает уход за ним.

У двигателя ЯМЗ-238 (см. рис. 7) от шестерни 1 коленчатого вала получают вращение шестерня 2 распределительного вала и промежуточная шестерня привода масляного насоса. Шестерня 2 вращает шестерню 4 привода вентилятора.

Вал топливного насоса высокого давления имеет привод от ведомой шестерни 5, получающей вращение от ведущей шестерни 3, закрепленной на распределительном валу сзади шестерни 2.

Вращение распределительному валу двигателя ЯМЗ-240 передается от заднего конца коленчатого вала. К переднему торцу распределительного вала крепится фланец привода тахометра (счетчика числа оборотов коленчатого вала) и топливоподкачивающих насосов.

Распределительный вал устанавливают в биметаллических (ЗМЗ, ЗИЛ) или металлокерамических (ЯМЗ) втулках.

Диаметры шеек распределительного вала для облегчения установки его в блок цилиндров выполняют уменьшающимися от переднего конца к заднему.

Углы взаимного расположения кулачков на валу зависят: для одноименных кулачков — от числа и порядка работы цилиндров, а для разноименных — от фаз газораспределения.

Продольное смещение распределительного вала ограничивают упорным фланцем 3 (см. рис. 9), привернутым к блоку цилиндров.

Распорная шайба 4, зажатая между ступицей 5 шестерни и торцом передней шейки распределительного вала, несколько толще фланца 3. Этим обеспечивается осевой зазор распределительного вала 0,08—0,208 мм.

На переднем конце распределительного вала двигателя ЗМЗ-66 крепится эксцентрик 1 привода топливного насоса и балансир 2, предназначенный для уравновешивания сил инерции, возникающих при вращении эксцентрика.

• Толкатели поршневого типа изготовляют из стали с наплавленной чугунной пятой 1 (рис. 11, а).

В двигателях ЯМЗ — толкатели качающиеся роликовые (рис. 11, б); ролик 4 вращается на игольчатом подшипнике 5.

В месте соприкосновения со штангой в толкатель запрессована пята 3 со сферической поверхностью.

Рис. 11. Толкатели: 1 и 3 —пяты; 2 — отверстия для масла; 4 — ролик; 5 — игольчатый подшипник

• Штанги 6 (см. рис. 7) изготовляют полыми из стали (ЗИЛ-131, ЯМЗ) или дюралюминия (ЗМЗ-66) со стальными закаленными сферообразными наконечниками.
• Коромысла 7 (см.рис. 5) устанавливают на общую ось, укрепленную на головке 5 цилиндров с помощью стоек, или каждое коромысло 8 (см. рис. 7) на отдельную ось 7. Положение оси коромысла фиксируется двумя штифтами. Разрезная ось 11 толкателей 9 состоит из трех частей и опирается на четыре чугунные втулки 10. Распределительный вал 12 вращается в четырех металлокерамических втулках.
• Клапаны имеют тарельчатую плоскую головку; для лучшего наполнения цилиндров диаметр головки впускного клапана делают больше, чем выпускного.
• Под фазами газораспределения понимают моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек

Материалы: http://www.avtokeb.ru/gaz.html

На всех дизельных двигателях применяют систему газораспределения с верхним расположением клапанов, установленных в головке цилиндров.

У V-образных двигателей распределительный вал устанавливается в развале между цилиндрами. Привод его осуществляется у большинства двигателей посредством пары косозубых шестерен от коленчатого вала двигателя. У двигателя ЯМЗ-740 в привод распределительного вала включен блок из двух промежуточных шестерен, вращающийся на сдвоенном коническом роликовом подшипнике.

У стального распределительного вала поверхность шеек и кулачков цементирована и подвергнута термической обработке (токами высокой частоты). Профилю кулачков придана безударная форма. Вращается распределительный вал в подшипниках, выполненных в теле блока с вставленными в них стальными втулками, залитыми антифрикционным сплавом. Корпус подшипника задней опоры (ЯМЗ-740) или упорный фланец в передней части блока (ЯМЗ-236) удерживает распределительный вал от осевого смещения. На рис. 12 показан механизм газораспределения двигателя ЯМЗ-236.

Рис. 12. Механизм газораспределения двигателя ЯМЗ-236

1 - шестерня привода топливного насоса высокого давления; 2 - упорная пластина; 3 - шестерня привода распределительного вала; 4 - втулка оси толкателей; 5 - клапан; 6 - коромысло; 7 - штанга; 8 - ось толкателей; 9 - толкатели; 10 - направляющая втулка; 11 - стойка оси коромысел; 12 - ось коромысла; 13 - распределительный вал; 14 - втулка подшипника распределительного вала

Клапаны 5 изготовлены из высоколегированной стали, обладающей высокой жаропрочностью. Конструктивно впускные и выпускные клапаны выполнены одинаково, но различаются между собой диаметром тарелок: у впускных - диаметр тарелки больше, у выпускных - меньше.

Стержень клапана покрыт графитом, что уменьшает его износ, направляющие втулки 10 клапанов металлокерамические. Попадание масла через зазор между стержнем клапана и втулкой предотвращается установкой резиновых манжет. Клапаны закрываются под действием двойных пружин, упирающихся с одной стороны в шайбу на головке цилиндров, а с другой - в упорную тарелку, удерживаемую на стержне клапана двумя сухарями.

Толкатели 9, передающие усилие от кулачков штангам/привода клапанов, могут быть различной конструкции. У двигателей ЯМЗ-740 толкатели тарельчатого типа с цилиндрической направляющей частью; изготовлены из стали и наплавлены отбеленным чугуном. Они перемещаются в направляющих, установленных в развале блока цилиндров. У двигателей ЯМЗ-236 и ЯМЭ-238 толкатели качающиеся роликовые: установлены на общей неподвижной оси.

Устройство толкателя двигателя ЯМЭ-236 показано на рис. 13. В надеваемый на неподвижную ось корпус 5 толкателя запрессованы латунные втулки 6. Выступ толкателя, опирающийся на кулачок распределительного вала, имеет ролик 2, установленный на оси 4. Ось вращается в игольчатых подшипниках 3. Над роликом в толкатель запрессована пята 1 из высококачественной стали. В сферическую выемку пяты входит штанга, передающая движения коромыслу.

Штанги - стальные трубчатые с запрессованными в них стальными наконечниками.

Коромысла изготовлены в виде двуплечих стальных рычагов, попарно установленных на осях, закрепленных в головках цилиндров и удерживаемых от осевого перемещения пружинами фиксатора. Бронзовые втулки коромысел смазаны маслом, поступающим по сверленым каналам. Длинное плечо коромысла заканчивается носком, действующим на стержень клапана. Короткое плечо коромысла опирается на штангу. Тепловой зазор между носком коромысла и стержнем клапана устанавливается при помощи регулировочного винта с контргайкой. Величина зазора 0,25 - 0,30 мм.

Фазы газораспределения. Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью и очистки их от отработавших газов открытие и закрытие клапанов не совпадают с приходом поршня в в.м.т. и н.м.т.

Рис. 13. Устройство роликового толкателя двигателя ЯМЭ-236: 1 — пята; 2 — ролик; 3 — игольчатый подшипник; 4 — ось; 5 — корпус толкателя; 6 — латунная втулка

Рис. 14. Диаграмма фаз газораспределения дизельного двигателя ЯМЗ-740

В результате закрытия выпускного клапана с запаздыванием и открытия впускного клапана с опережением по отношению к в.м.т. оба клапана некоторый период открыты одновременно. Большая скорость происходящих процессов, даже при относительно небольшой частоте вращения вала двигателя, исключает смешивание потоков отработавших газов и чистого воздуха. Отработавшие газы продолжают выходить через выпускной клапан, а поступающий воздух способствует лучшей очистке от них полости камеры сгорания в днище поршня. Отсасывание небольшого количества чистого воздуха в выпускной трубопровод обеспечивает продувку верхней части цилиндра, что не отражается на его наполнении свежим зарядом, а приводит к лучшей очистке от отработавших газов.

Диаграмма фаз газораспределения двигателя ЯМЗ-740 показана на рис. 14. Открытие впускного клапана происходит за 10° до в.м.т., а закрытие - при 46° после н.м.т. Выпускной клапан открывается за 66° до н.м.т. и закрывается при 10° после в.м.т.

Материалы: http://www.tehimpex.kiev.ua/articleview.php?id=179

4.1 Механизм газораспределения

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси (карбюраторные двигатели) или очищенного воздуха (дизели) и выпуска отработавших газов.

Ha двигателях КамАЗ-740.11 (рисунок 4.1), ЯМЗ-238 (рисунок 4.2), УМЗ-417

(рисунок 4.3) применен газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала. Распределительный вал рядных двигателей устанавливается внизу рядом с коленчатым валом, а на V-образных двигателях установлен в развале блока и является общим для клапанов правого и левого ряда цилиндров.

1 – распределительный вал; 2 – толкатель; 3 – направляющая толкателей; 4 – штанга; 5 – прокладка крышки головки; 6 – коромысло; 7 – контргайка; 8 – регулировочный винт; 9 – болт крепления крышки головки; 10 – сухарь; 11 – втулка тарелки; 12 – тарелка пружины; 13 – наружная пружина; 14 – внутренняя пружина; 15 – направляющая втулка клапана; 16 – шайба; 17 – клапан

Рисунок 4.1 - Газораспределительный механизм двигателя КамАЗ-740.11

Открытие клапанов 17 (впускного и выпускного), перемещающихся в направляющих втулках 15, происходит под действием усилия, передаваемого от кулачков распределительного вала 1 через толкатели 2 штанги 4 и коромысла 6, установленные на осях. Закрытие клапанов осуществляется под действием пружин 13, 14, нижние концы которых упираются в шайбы 16. За два оборота коленчатого вала впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра открываются один раз, а распределительный вал за этот период делает один оборот, т. е. передаточное число зубчатого зацепления шестерен коленчатого и распределительного валов равно 2.

а – общий вид: 1 – коромысло; 2 – гайка; 3 – регулировочный винт; 4 – штанга; 5 – пята толкателя; 6 – ось толкателя; 7 – толкатель; 8 – болт крепления стойки оси; 9 – тарелка пружины; 10 – втулка; 11 – сухарь; 12, 13 – пружины наружная и внутренняя; 14 – направляющая втулка клапана; 15 – впускной клапан; 16 – распределительный вал; 17 – ролик толкателя; 18 – седло выпускного клапана; 19 – выпускной клапан; б – толкатель: 1 – ролик; 2 – игольчатый подшипник; 3 – ось ролика; 4 – втулки; 5 – пята

Рисунок 4.2 - Газораспределительный механизм двигателя ЯМЗ-238

1 – сухарики; 2 – коромысло; 3 – регулировочный винт; 4 – контргайка; 5 – ось коромысел; 6 – стойка; 7 – головка блока цилиндров; 8 – распределительный вал; 9 – толкатель; 10 – штанга; 11 – седло клапана; 12 – клапан; 13 – направляющая втулка клапана; 14 – стопорное кольцо; 15 – шайба; 16 - пружина; 17 – резиновый колпачок; 18 – пружина колпачка; 19 – тарелка пружины

Рисунок 4.3 - Газораспределительный механизм двигателя УМЗ-417

Распределительный вал (рисунок 4.4) изготавливают из стали или специального чугуна и подвергают термической обработке. Профиль его кулачков как впускных, так и выпускных у большинства двигателей делают одинаковым. При шлифовании кулачкам придают небольшую конусность Взаимодействие сферической поверхности торца толкателей с конической поверхностью кулачков обеспечивает их поворот в процессе работы. Число опорных шеек 1 распределительного вала обычно равно числу коренных подшипников коленчатого вала. Втулки опорных шеек изготавливают из стали, а внутреннюю поверхность их покрывают антифрикционным сплавом.

1 – опорная шейка; 2 – кулачок; 3 – корпус подшипника; 4 – шестерня распределительного вала

Рисунок 4.4 - Распределительный вал двигателя КамАЗ-740.11

Привод распределительного вала. Распределительный вал в двигателях КамАЗ-740.11, ЯМЗ-238, УМЗ-417 приводится в движение при помощи шестерен. Ведущая шестерня 5, 16 такой передачи (рисунок 4.5) установлена на переднем конце коленчатого вала, а ведомая шестерня 9, 15 – на переднем конце распределительного вала. Шестерня 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 шестерни вводятся в зацепление по меткам на их зубьях. Чтобы уменьшить уровень шума шестерен, их изготавливают с косыми зубьями и из различных материалов.

Толкатели предназначены для передачи усилия от распределительного вала через штанги к коромыслам. Изготавливают их из стали или чугуна. В двигателях КамАЗ-740.11 и УМЗ-417 применены цилиндрические толкатели 2 (см. рисунок 4.1) и 9 (см. рисунок 4.3), установленные в специальных отверстиях – направляющих. У дизеля КамАЗ-740.11 направляющие съемные. Внутренняя полость толкателя имеет сферическую поверхность под штангу и отверстие для слива масла.

а – КамАЗ-740.11; б – ЯМЗ-238; в – УМЗ-417; 1 – ось ведущей шестерни привода распределительного вала; 2 – ролики; 3 – втулка роликов; 4 – шестерня ведущая; 5, 16 – ведущая шестерня коленчатого вала; 6 – шестерня промежуточная; 7 – шарикоподшипник; 8 – вал привода топливного насоса высокого давления; 9, 15 – шестерня привода распределительного вала; 10 – шестерня привода топливного насоса высокого давления; 11 – втулка; 12 – шестерня привода вентилятора; 13, 14 – шестерни привода топливного насоса высокого давления; 17 – коленчатый вал; 18, 20 – шестерни привода масляного насоса; 19 – масляный насос; 21 – топливный насос высокого давления

Рисунок 4.5 - Метки на шестернях привода распределительного вала В двигателе ЯМЗ-238 применены качающиеся роликовые толкатели 7 (рисунок 4.2), установленные на общей оси 6.

Штанги. Служат для передачи усилия от толкателей к коромыслам.

В дизеле КамАЗ-740.11 и ЯМЗ-238 штанги 4 (рисунок 4.1, 4.2) делают из стальной трубки. На концах штанг напрессовывают стальные сферические наконечники, которыми они с одной стороны упираются в сферические поверхности регулировочных винтов 8 (рисунок 4.1) и 3 (рисунок 4.2), ввернутых в коромысло 6 и 1, а с другой – в толкатели. Для УМЗ-417 штанги изготавливают из дюралюминиевого стержня со стальными сферическими наконечниками 10 (рисунок 4.3).

Коромысла. Служат для передачи усилия от штанги к клапану, представляют собой неравноплечий рычаг, изготовленный из стали или чугуна. Плечо «а» коромысла 2 примерно в 1,5 раза больше плеча «б» (рисунок 4.3). 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 (рисунок 4.3), в конце которой запрессованы заглушки, что позволяет подводить масло к бронзовым втулкам коромысел и к сферическим наконечникам регулировочных винтов 3. Оси 5 в сборе с коромыслами устанавливают на каждой головке цилиндра с помощью стоек 6.

На дизеле КамАЗ-740.11 и ЯМЗ-238 коромысла впускного и выпускного клапанов установлены консольно на осях, выполненных заодно со стойкой коромысел; стойка установлена на головке. Осевое перемещение коромысел ограничено пружинным фиксатором. К каждому коромыслу через отверстия в стойке коромысел подводится смазка.

Клапаны. Открытие и закрытие впускных и выпускных каналов, соединяющих цилиндры с газопроводами системы питания, происходит при помощи клапанов. Клапан состоит из плоской головки и стержня, соединенных между собой плавным переходом. Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают 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 18 (рисунок 4.2) и 11 (рисунок 4.3) из жаропрочного чугуна, которые называются седлами.

Для плотного прилегания головок клапанов к седлам их рабочие поверхности делают коническими в виде тщательно обработанных фасок под углами 45° или 30°.

Стержни клапанов 17 (рисунок 4.1) имеют цилиндрическую форму. Они перемещаются в чугунных или металлокерамических втулках 15, запрессованных в головку блока. На конце стержня проточены цилиндрические канавки под выступы конических сухариков 10, которые прижимаются к конической поверхности втулки тарелки 11 под действием пружин 13, 14. Для 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 попадали между витками другой, и не нарушалась безотказная работа клапанного механизма.

На впускных клапанах в верхней части направляющих втулок (двигатели КамАЗ-740.11, УМЗ-417) устанавливают резиновые колпачки, которые при открытии клапанов плотно прижимаются к его стержню и к направляющей втулке, вследствие чего устраняется возможная утечка (подсос) масла в цилиндры через зазор между втулкой и стержнем клапана.

Чтобы обеспечить плотное прилегание головки клапана к седлу, необходим определенный тепловой зазор между стержнем клапана и носком коромысла. Тепловые зазоры в клапанах изменяются вследствие их нагрева, изнашивания и нарушения 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.

Для плотного прилегания головки клапана к седлу тепловой зазор А (рисунок 4.1, 4.2, 4.3) устанавливают между носком коромысла и торцом стержня клапана.

В непрогретых двигателях УМЗ-417 зазоры должны быть для выпускных клапанов первого и четвертого цилиндров 0,30-0,35 мм, для остальных клапанов 0,35-0,40 мм, на дизелях КамАЗ-740.11 и ЯМЗ-238 для впускных клапанов 0,25-0,30 мм, а для выпускных 0,35-0,40 мм.

Материалы: http://voenobr.ru/uchmaterial/autokursi/160--4--.html