Из чего состоит распределительные шестерни двигателя?
Общее устройство распределительного механизма (ГРМ)
Видео: Принцип работы газораспределительного механизма. Ремень ГРМ. Ресурс, когда менять. Цепь или ремень ГРМ. Что лучше и надежнее. Растянутая цепь ГРМ — симптомы
Распределительный механизм (ГРМ) двигателя состоит из распределительного вала, шестерен привода, подшипников вала, толкателей и направляющих толкателей, клапанных пружин, впускных и выпускных клапанов и направляющих втулок клапанов.
Работа распределительного механизма происходит следующим образом. При вращении коленчатого вала вращается также и распределительный вал 8, шестерня 9 которого находится в постоянном зацеплении с шестерней коленчатого вала. Число зубьев шестерен подобрано так, что у четырехтактных двигателей распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого вала, у двухтактных — с такой же скоростью, что и коленчатый вал.
Рис. Распределительный механизм двигателя с нижним расположением клапанов: 1 — кулачки распределительного вала; 2 — пружина клапана; 3 — направляющая втулка клапана; 4 — стержень клапана; 5 — направляющая толкателя; 6 — толкатель; 7 — подшипник распределительного вала; 8 — распределительный вал; 9 — распределительная шестерня
Имеющиеся на распределительном валу кулачки 1 своими выступами плавно отжимают толкатели 6, поднимая их. Толкатель давит на стержень 4 клапана и, сжимая пружину 2, поднимает клапан. При этом внутреннее пространство цилиндра сообщается либо с впускным трубопроводом, если открыт впускной клапан, либо с выпускным, если открыт выпускной клапан. Когда, выступ кулачка распределительного вала сходит с тарелки толкателя, клапан закрывается под действием пружины.
В двигателе с верхним расположением клапанов давление кулачка 1 распределительного вала 2, расположенного в верхней части блока цилиндров, воспринимается толкателем 3, который передает его через штангу 4 на плечо коромысла 6, поднимая его. Так как коромысло сидит на оси, то его второе плечо опускается и своим носком давит на стержень клапана 8. При этом сжимается пружина 7 и клапан открывается.
Рассмотрим назначение и устройство деталей распределительного механизма.
Клапаны соединяют и разъединяют полости цилиндров с впускным и выпускным трубопроводами.
Клапан состоит из головки 1 и стержня 2. Изготовляются клапаны из прутковой высококачественной стали: впускные чаще всего из хромистой, а выпускные из жаростойкой сильхромовой. Выпускные клапаны могут быть сварными; в этом случае головка делается из сильхромовой стали, а стержень из хромистой. Головка клапана имеет снизу шлифованную конусную поверхность, которой она соприкасается с седлом 9, установленным в теле блока цилиндров при нижнем расположении клапанов или в теле головки блока цилиндров при верхнем расположении клапанов.
Рис. Распределительный механизм двигателя с верхним расположением клапанов: 1 — кулачок распределительного вала; 2 — распределительный вал; 3 — толкатель; 4 — штанга; 3 — контргайка; 5 — коромысло; 7 — пружина клапана; 8 — клапан; 9 — седло клапана
Рис. Клапан: 1 — головка клапана; 2 — стержень; 3 — тарелка клапана; 4 — сухарь; 5 — болт; 6 — толкатель; 7 — тарелка толкатели
Чтобы увеличить срок службы, седла выпускных клапанов обычно делаются вставными из специального жаростойкого чугуна. Рабочие поверхности головки клапана и седла притираются одна к другой для плотной посадки клапана. Плотное прижатие клапана к седлу обеспечивается давлением клапанной пружины, которая одним концом упирается в тело клапанной коробки, а другим в тарелку 3 клапана. Тарелка удерживается на стержне клапана обычно сухарями 4, входящими в кольцевую выточку стержня, либо чекой, вставляемой в отверстие стержня. Стержень клапана движется в направляющей втулке, которая впрессовывается в тело клапанной коробки или (в случае верхнего расположения клапанов) в тело головки блока цилиндров. Чтобы улучшить наполнение цилиндров горючей смесью, впускные клапаны у многих двигателей имеют диаметр головки больший, чем выпускные.
В двухтактных дизелях с прямоточной продувкой, где воздух в цилиндры нагнетается через продувочные окна 4 (рис. а), имеются лишь выпускные клапаны 5. Для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов каждый цилиндр имеет не один, а два выпускных клапана.
Толкатели передают давление от кулачка распределительного вала стержню клапана или штанге.
Они изготовляются из стали или чугуна; рабочие поверхности их шлифуются и подвергаются термической обработке. Толкатель 6 представляет собой стержень, который заканчивается снизу тарелкой 7. Чтобы уменьшить вес, стержень толкателя обычно делается пустотелым.
Для предотвращения одностороннего износа форма тарелки толкателя и кулачка распределительного вала подбирается с таким расчетом, чтобы толкатель мог немного поворачиваться относительно своей оси при каждом набегании на него кулачка.
Поэтому часто у двигателей рабочая поверхность тарелки толкателя делается выпуклой, а кулачку придается небольшая конусность. У двигателей некоторых типов вращение толкателя достигается небольшим смещением оси толкателя относительно средней части кулачка. Чтобы уменьшить потери на трение, а также износ рабочей поверхности толкателя и кулачков распределительного вала, стержень толкателя у некоторых типов двигателей имеет снизу ролик.
Между толкателем (или доском коромысла при верхнем расположении клапанов) и стержнем клапана есть небольшой зазор. При работе двигателя стержень клапана удлиняется вследствие нагрева, и если бы не было зазора, то клапан, упираясь в толкатель, не садился бы плотно в свое седло.
Этот зазор для выпускных клапанов у некоторых двигателей делается несколько большим, чем для впускных. Объясняется это тем, что выпускные клапаны под действием раскаленных отработавших газов сильно нагреваются и их стержни удлиняются больше, чем стержни впускных клапанов.
Зазоры между стержнями клапанов и толкателями (носками коромысел) имеют строго определенную величину для каждой марки автомобиля. Нарушение этих зазоров ухудшает работу двигателя и ведет к преждевременному износу деталей распределительного механизма.
Зазор между стержнем клапана и толкателем при нижнем расположении клапанов регулируется с помощью болта 5 с контргайкой, который ввертывается в верхнюю часть стержня толкателя; при верхнем расположении клапанов — с помощью регулировочного болта или винта с контргайкой, который ввертывается в плечо коромысла. В дизелях с верхним расположением клапанов для регулировки зазора между стержнем клапана и носком коромысла имеется регулировочный наконечник с контргайкой 5, который навертывается на верхнюю часть штанги 4.
Толкатели движутся в направляющих втулках, установленных либо непосредственно в теле блока или в головке блока цилиндров, либо в отдельных секциях, которые привертываются к блоку болтами.
Распределительный вал предназначается для своевременного открытия и закрытия клапанов.
Он отковывается из стали или отливается из специального чугуна заодно с кулачками и опорными шейками с последующей механической и термической обработкой.
Количество кулачков на распределительном валу зависит от числа цилиндров и типа двигателя. В карбюраторных двигателях для каждого цилиндра делаются два кулачка: впускной и выпускной. У дизелей ЯАЗ на цилиндр приходится по три кулачка: один для привода насос-форсунки и два для привода выпускных клапанов. Подшипниками распределительного вала являются стальные втулки, залитые антифрикционным сплавом и запрессованные в тело блока цилиндров. Во втулках имеются отверстия для подвода смазки к шейкам вала.
От распределительного вала обычно осуществляется привод масляного насоса и распределителя системы зажигания; для этого в средней части вала нарезается винтовая шестерня.
Кроме кулачков, шеек и шестерни, на распределительном валу карбюраторного двигателя имеется эксцентрик для привода бензинового насоса, подающего бензин из бака в карбюратор.
Распределительный вал приводится во вращение коленчатым валом через зубчатую передачу.
Шестерни привода распределительного вала, чтобы повысить износоустойчивость зубчатой передачи, изготовляются из разных материалов: ведущая — из стали, ведомая — из чугуна или текстолита. Для повышения бесшумности и плавности работы шестерни обычно изготавливаются с косыми зубьями.
Ведущая шестерня устанавливается на носке коленчатого вала на шпонке и закрепляется болтом (храповиком). Ведомая шестерня устанавливается на передней части распределительного вала также на шпонке и крепится гайкой или болтом.
Для правильной работы двигателя коленчатый и распределительный валы должны занимать строго определенное положение один относительно другого. Поэтому при сборке распределительные шестерни сцепляются между собой по меткам, имеющимся на зубьях шестерен.
Шестерни размещены в картере, отлитом заодно с блоком цилиндров и закрытом крышкой, которая штампуется из листовой стали или отливается из чугуна.
Осевое перемещение распределительного вала, возникающее при вращении шестерен с косыми зубьями, ограничивается упорным фланцем, укрепленным на передней стенке картера двигателя и входящим с определенным зазором между торцом передней шейки вала и ступицей шестерни.
Распределительные шестерни привода механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания
Распределительные шестерни являются наиболее распространёнными деталями привода газораспределительного механизма при нижнем расположении распределительного вала. Данные шестерни изготавливаются из чугуна, стали либо пластмассы и располагаются в большинстве двигателей в передней части коленчатого вала. Иногда распределительные шестерни устанавливаются со стороны маховика, рядом с гасителем крутильных колебаний – это относится к высокооборотным дизельным двигателям, имеющим длинные коленчатые валы (ЯМЗ-240, СМД-60 и прочие).
С целью снижения шума и обеспечения плавного зацепления применяются цилиндрические косозубые шестерни, выполненные из текстолита и напрессованные на ступицу из металла. Широкое распространение получили пластмассовые шестерни, отлитые под давлением. Установленные на распределительном валу косозубые шестерни приводят к возникновению силы, которая стремится сдвинуть вал вдоль его оси.
В двигателях ЯМЗ, ЗМЗ-53, СМД-60, ЗИЛ-130 и прочих шестерни (10) и (12) [рис. 1, б)] коленчатого и распределительного валов входят в зацепление между собой, тогда как в двигателях Д-144, Д-240, А-01 и прочих шестерня [рис. 2, в)] коленчатого вала соединяется с шестернёй (5) распределительного вала через промежуточную шестерню (2).
Рис. 1. Конструктивные схемы приводов распределительного вала.
а) – Привод распределительного вала посредством промежуточных торсионных валов с коническими шестернями (Д-12);
б) – Привод распределительного вала посредством цилиндрических шестерён (ЗМЗ-53, ЗИЛ-130);
в) – Привод распределительного вала посредством цилиндрических шестерён (КамАЗ-740);
г) – Привод распределительного вала посредством цепных передач (М-2140, ВАЗ);
д) – Привод распределительного вала посредством ремённой передачи с зубчатыми пластмассовыми ремнями;
1) – Распределительный вал выпускных клапанов;
2) – Распределительный вал впускных клапанов;
3) – Кулачковый вал топливного насоса;
4) – Вертикальный вал;
5) – Промежуточный наклонный вал;
6) – Коническая шестерня коленчатого вала;
7) – Коническая шестерня промежуточного вала;
8) – Коническая шестерня распределительного вала;
9) – Коническая шестерня кулачкового вала;
10) – Распределительная цилиндрическая шестерня коленчатого вала;
12) – Шестерня распределительного вала;
13) – Распределительная цилиндрическая шестерня коленчатого вала;
14) – Промежуточная шестерня;
15) – Промежуточная шестерня;
16) – Шестерня распределительного вала;
17) – Шестерня привода топливного насоса;
18) – Шестерня привода гидроусилителя руля;
19) – Шестерня привода компрессора;
20) – Распределительная цилиндрическая шестерня коленчатого вала;
21) – Ведомая ветвь цепи;
22) – Башмак натяжного механизма;
23) – Натяжной механизм;
24) – Распределительный вал;
25) – Шестерня распределительного вала;
27) – Шестерня привода масляного насоса;
28) – Ведущая ветвь цепи.
Рис. 2. Диаграммы газораспределения и схема расположения шестерён привода различных механизмов двигателя.
а) – Диаграмма газораспределения дизельного двигателя А-41;
б) – Диаграмма газораспределения карбюраторного двигателя ЗМЗ-53;
в) – Схема расположения шестерён привода газораспределительного и прочих механизмов дизельного двигателя А-41;
1) – Шестерня коленчатого вала;
2) – Промежуточная шестерня;
3) – Шестерня привода насоса гидроусилителя;
4) – Шестерня привода топливного насоса;
5) – Шестерня привода механизма газораспределения;
6) – Шестерня привода насоса гидросистемы;
7) – Шестерня привода масляного насоса.
Также к системе распределительных шестерён относятся шестерни (3), (4), (6), (7) [рис. 2, в)], которые предназначаются для привода топливных, а также масляных насосов и прочих механизмов двигателя. Все распределительные шестерни (кроме промежуточных) крепятся на валах (посредством шпонок либо болтов) в строго определённых положениях.
В процессе сборки двигателей (для установки фаз газораспределения) на распределительные шестерни и звёздочки привода механизма газораспределения наносятся специальные метки, которые либо совмещаются (применительно к шестерням), либо устанавливаются в определённом положении (применительно к цепным и зубчатым ремённым приводам).
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
Газораспределительный механизм. Назначение, деталии узлы ГРМ
Новые аудиокурсы повышения квалификации для педагогов
Слушайте учебный материал в удобное для Вас время в любом месте
откроется в новом окне
Выдаем Удостоверение установленного образца:
Газораспределительный механизм
Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в камеры сгорания горючей смеси (карбюраторные и газосмесительные двигатели) или воздуха (дизельные двигатели) и выпуска из них отработавших газов.
Газораспределительные механизмы различают по расположению клапанов в двигателе. Они могут быть с верхним (в головке цилиндров) и нижним (в блоке цилиндров) расположением клапанов. Наиболее распространен газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов, что облегчает доступ к клапанам для их обслуживания, позволяет получить компактную камеру сгорания и обеспечить лучшее наполнение ее горючей смесью или воздухом.
Газораспределительный механизм (рис. 8) состоит из:
• механизма привода распределительного вала;
Рис. 8. Газораспределительный механизм V-образного двигателя
с верхним расположением клапанов
Работу газораспределительного механизма рассмотрим на примере двигателя с V-образным расположением цилиндров.
Распределительный вал находится в «развале» блока двигателя, то есть между его правым и левым рядами цилиндров, и приводится во вращение от коленчатого вала через
блок распределительных шестерен. При цепном или ременном приводе вращение распределительного вала осуществляется с помощью соответственно цепной или зубчатой ременной передачи (рис. 9).
При вращении распределительного вала кулачок набегает на толкатель и поднимает его вместе со штангой. Верхний конец штанги надавливает на регулировочный винт, установленный во внутреннем плече коромысла. Коромысло, проворачиваясь на своей оси, наружным плечом нажимает на стержень клапана и открывает отверстие впускного или выпускного клапана в головке цилиндров строго в соответствии с фазами газораспределения и порядком работы цилиндров.
Под фазами газораспределения понимают моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, которые выражаются в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Фазы газораспределения подбирают опытным путем в зависимости от числа оборотов двигателя и конструкции впускных и выпускных патрубков.
Заводы-изготовители указывают фазы газораспределения для своих двигателей в виде таблиц или диаграмм. Правильность установки газораспределительного механизма определяется по установочным меткам, которые располагаются на распределительных шестернях или приводном шкиве блока цилиндров двигателя. Отклонение при установке фаз приводит к выходу из строя клапанов или двигателя в целом. Постоянство фаз газораспределения сохраняется только при соблюдении регламентируемого теплового зазора в клапанном механизме данной модели двигателя. Нарушение величины этого зазора приводит к ускоренному износу клапанного механизма и потери мощности двигателя.
Последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах называется порядком работы цилиндров двигателя , который зависит от расположения цилиндров и конструктивного исполнения коленчатого и распределительного валов.
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.
Рис. 9. Цепной привод газораспределительного механизма с верхним расположением распределительного вала:1 — коленчатый вал; 2 — ведущая звездочка; 3 — цепь; 4 — башмак натяжного устройства; 5 — натяжное устройство; 6 — ведомая звездочка; 7 — распределительный вал; 8 — рычаг привода клапана; 9 — клапаны; 10 — втулка регулировочного болта; 11 — регулировочный болт; 12 — успокоитель цепи; 13 — звездочка привода масляного насоса и прерывателя-распределителя
У четырехцилиндровых однорядных двигателей такты чередуются через 180° и порядок работы цилиндров может
В V-образных восьмицилиндровых четырехтактных двигателях шатунные шейки коленчатого вала располагаются под углом 90°, и при угле развала двигателя 90° одноименные такты будут перекрываться в левом ряду цилиндров по отношению к правому ряду на 90° или 1/4 оборота коленчатого вала (см. приложение). Эти двигатели имеют следующий порядок работы цилиндров: 1—5—4—2—6—3— 7—8 (рис.10).
Рис. 10. Схема порядка работы цилиндров 4-тактного восьмицилиндрового V-образного двигателя быть 1—3—4—2 (АЗЛК, ВАЗ) или 1—2—4—3 (ГАЗ).
Знание порядка работы цилиндров необходимо для правильного подсоединения проводов к свечам зажигания карбюраторных двигателей или трубопроводов высокого давления дизельных двигателей, а также при регулировке тепловых зазоров клапанного механизма.
ДЕТАЛИ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА
Распределительный вал служит для открытия и закрытия клапанов газораспределительного механизма в определенной последовательности согласно с порядком работы цилиндров двигателя.
Распределительные валы отковывают из стали с последующей цементацией и закаливанием токами высокой частоты. На некоторых двигателях валы отливают из высокопрочного чугуна. В этих случаях поверхность кулачков и шеек вала отбеливается и затем шлифуется. Для уменьшения трения между шейками и опорами в отверстия запрессовывают стальные, покрытые антифрикционным слоем, или металлокерамические втулки.
Между опорными шейками распределительного вала располагаются кулачки, по два на каждый цилиндр, — впускной и выпускной. Помимо этого на валу крепится шестерня для привода масляного насоса и прерывателя-распределителя и имеется эксцентрик для привода топливного насоса.
Шестерни распределительных валов изготовляют из чугуна или текстолита, приводную распределительную шестерню коленчатого вала — из стали. Зубья у шестерен косые, что вызывает осевое перемещение вала. Для предупреждения осевого смещения предусмотрен упорный фланец, который закреплен на блоке цилиндров между торцом передней опорной шейки вала и ступицей распределительной шестерни (рис. 11).
В четырехтактных двигателях рабочий процесс происходит за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала.Это возможно, если распределительный вал за это время сделает в два раза меньшее число оборотов. Поэтому диаметр шестерни, установленной на распределительном валу, делают в два раза большим, чем диаметр шестерни коленчатого вала.
Рис. 11. Устройство для ограничения осевого и смещения распределительного вала
Для правильной работы двигателя кривошипы коленчатого вала и кулачки распределительного вала должны находиться в строго определенном положении относительно друг друга. Поэтому при сборке двигателя распределительные шестерни вводятся в зацепление по имеющимся на их зубьях меткам: одной — на зубе шестерни коленчатого вала, а другой — между двумя зубьями шестерни распределительного вала. На двигателях, имеющих блок распределительных шестерен, установка их производится также по меткам (рис. 12).
Толкатели передают усилие от кулачков распределительного вала к штангам. Изготовляют их из чугуна и стали. Толкатели бывают цилиндрическими, грибовидными или роликовыми и имеют сферические углубления, в которые входят нижние концы штанг. Перемещаются толкатели в направляющих, выполненных в блоке цилиндров, либо в прикрепленных к нему специальных корпусах. Для предотвращения неравномерности износа их рабочих поверхностей толкатели все время провертываются вокруг своих осей за счет выпуклой поверхности их нижней головки и скошенной поверхности кулачка распределительного вала.
Рис. 12. Совмещение меток распределительных шестерен
Штанги передают усилие от толкателей к коромыслам и выполняются в виде полых цилиндрических стержней из стали с закаленными наконечниками или в виде дюралюминиевых трубок с запрессованными с обеих сторон сферическими стальными наконечниками. Штанга упирается с одной стороны в углубление толкателя, а с другой в сферическую поверхность регулировочного винта коромысла.
Коромысло передает усилие от штанги к клапану. Выполняют его в виде двуплечего рычага, посаженного на ось. Плечо коромысла со стороны клапана длиннее, чем со стороны штанги-толкателя, что позволяет уменьшить высоту подъема штанги толкателя. В короткое плечо коромысла ввернут регулировочный винт с контргайкой для установки теплового зазора в клапанном механизме. Для уменьшения трения коромысла об ось в отверстие запрессовывается бронзовая втулка. Устанавливают коромысла на полых стальных осях, которые бывают общими для всех цилиндров или изготовляются отдельно для каждого цилиндра. Оси закрепляются в стойках на головке цилиндров двигателя. От продольного перемещения коромысло удерживается при помощи цилиндрических пружин. Клапаны служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов в зависимости от положения поршня в цилиндре и от порядка работы двигателя.
Клапан (рис. 13) состоит из тарельчатой плоской головки и стержня. Головка имеет узкую рабочую кромку — фаску, скошенную под углом 45 или 30°. Диаметр головки впускного клапана больше, чем выпускного, что обеспечивает более быстрое заполнение камеры сгорания цилиндра зарядом горючей смеси.
Впускные клапаны изготовляют из хромистой стали; выпускные клапаны или их головки — из жаростойкой стали. Седла клапанов запрессованы в головку или блок цилиндров и изготовляются из жаропрочного чугуна. На фаску головки клапанов иногда наплавляют жаростойкий сплав.
Фаска головки клапана должна плотно прилегать к фаске седла клапана. С этой целью сопрягаемые поверхности притирают. Так как выпускной клапан из-за омывания его отработавшими газами испытывает большие температурные нагрузки по сравнению с впускным клапаном, его стержень заполняют металлическим натрием. Металлический натрий имеет высокую теплопроводность и низкую температуру плавления, чем способствует отводу тепла от головки к стержню, затем к направляющей втулке. Выпускные клапаны также могут иметь механизм их принудительного проворачивания при работе, что предотвращает их заедание и обгорание.
Рис. 13. Клапан и детали крепления
Клапан к седлу прижимается одной или двумя клапанными пружинами (в последнем случае пружины должны иметь различное направление витков с целью гашения колебаний).
Стержень клапана цилиндрический и в верхней части имеет выточку для фиксации деталей крепления клапанной пружины. Стержни клапанов перемещаются по чугунным или металлокерамическим направляющим втулкам, запрессованным в головку цилиндров двигателя.
Для предотвращения попадания масла в камеру сгорания цилиндра по зазору между стержнем клапана и его направляющей втулкой ставят уплотнение из маслобензостойкой резины в виде колпачка или сальника.
В настоящее время при производстве двигателей легковых автомобилей все чаще применяют четырехклапанную конструкцию, когда в каждом цилиндре установлены два впускных и два выпускных клапана. Совместно с расположением свечи зажигания по центру камеры сгорания это улучшает наполнение цилиндров свежим зарядом горючей смеси, сокращает время сгорания рабочей смеси и улучшает топливную экономичность двигателя.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1 . Для чего предназначен газораспределительный механизм?
2. Назвать детали газораспределительного механизма.
3. Что такое фазы газораспределения?
4. Что называется порядком работы цилиндров?
5. Как устроен клапанный механизм ?
6. Как устроен привод газораспределительного механизма?
Устройство газораспределительного механизма
Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает своевременный впуск в цилиндры свежего заряда горючей смеси и выпуск отработавших газов. Он включает в себя элементы привода, распределительную шестерню, распределительный вал, детали привода клапанов, клапана с пружинами и направляющие втулки.
Распределительный вал служит для открытия клапанов в определенной последовательности в соответствии с порядком работы двигателя. Распредвалы отливают из специального чугуна или отковывают из стали. Трущиеся поверхности распределительных валов для уменьшения износа подвергнуты закалке при помощи нагрева токами высокой частоты.
Распредвал может располагаться в картере двигателя либо в головке блока цилиндров. Существуют двигатели с двумя распредвалами в головке цилиндров (в многоклапанных ДВС). Один используется для управления впускными клапанами, второй — выпускными. Такая конструкция называется DOHC (Double Overhead Camshaft). Если распредвал один, то такой ГРМ именуется SOHC (Single OverHead Camshaft). Распредвал вращается на цилиндрических шлифованных опорных шейках.
Привод клапанов осуществляется расположенными на распределительном валу кулачками. Количество кулачков зависит от числа клапанов. В разных конструкциях двигателей может быть от двух до пяти клапанов на цилиндр (3 клапана — два впускных, один выпускной; 4 клапана — два впускных, два выпускных; 5 клапанов — три впускных, два выпускных). Форма кулачков определяет моменты открытия и закрытия клапанов, а также высоту их подъема.
Привод распределительного вала от коленчатого вала может осуществляться одним из трех способов: ременной передачей, цепной передачей, а при нижнем расположении распредвала — зубчатыми шестернями. Цепной привод отличается надежностью, но его устройство сложнее и цена выше. Ременной привод существенно проще, но ресурс зубчатого ремня ограничен, а в случае его разрыва могут наступить тяжелые последствия.
При обрыве ремня распредвал останавливается, а коленвал продолжает вращаться. Чем это грозит? В простых двухклапанных моторах, где, как правило, поршень конструктивно не достает до головки открытого клапана, ремонт ограничивается заменой ремня. В современных многоклапанных двигателях при обрыве ремня поршни ударяются о клапана, «зависшие» в открытом состоянии. В результате сгибаются стержни клапанов, а также могут разрушиться направляющие втулки клапанов. В редких случаях разрушается поршень.
Еще тяжелее при обрыве ремня приходится дизелям. Так как камера сгорания у них находится в поршнях, то в ВМТ у клапанов остается очень мало места. Поэтому при зависании открытого клапана разрушаются толкатели, распредвал и его подшипники, велика вероятность деформирования шатунов. А если обрыв ремня произойдет на высоких оборотах, возможно даже повреждение блока цилиндров.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя происходит за два оборота коленвала. За это время должны последовательно открыться впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра. Поэтому распредвал должен вращаться в два раза медленнее коленвала, а, следовательно, шестерня распредвала всегда в два раза больше шестерни коленвала. Клапаны в цилиндрах должны открываться и закрываться в зависимости от направления движения и положения поршней в цилиндре. При такте впуска, когда поршень движется от в.м.т. к н.м.т., впускной клапан должен быть открыт, а при тактах сжатия, рабочего хода и выпуска — закрыт. Чтобы обеспечить такую зависимость, для правильной установки на шестернях ГРМ делают метки.
Привод клапанов может осуществляться разными способами. При нижнем расположении распредвала, в картере двигателя, усилие от кулачков передается через толкатели, штанги и коромысла. При верхнем расположении возможны три варианта: привод коромыслами, привод рычагами и привод толкателями.
Коромысла (другие названия — роликовый рычаг или рокер) изготавливают из стали. Коромысло устанавливают на полую ось, закрепленную в стойках на головке цилиндров. Одной стороной коромысла упираются в кулачки распредвала, а другой воздействуют на торцевую часть стержня клапана. В отверстие коромысла для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку. От продольного перемещения коромысло удерживается при помощи цилиндрической пружины. Во время работы двигателя в связи с нагревом клапанов их стержни удлиняются, что может привести к неплотной посадке клапана в седло. Поэтому между стержнем клапана и носком коромысла должен быть определенный тепловой зазор.
Во втором варианте распредвал располагается над клапанами, и приводит их в действие посредством рычагов. Кулачки распределительного вала действуют на рычаги, которые, поворачиваясь на сферической головке регулировочного болта, другим концом нажимают на стержень клапана и открывают его. Регулировочный болт ввернут во втулку головки цилиндров и стопорится контргайкой. Существуют ГРМ, в которых между рычагом и клапаном устанавливается гидрокомпенсатор. Такие механизмы не требуют регулировки зазора.
И, наконец, при третьем варианте привода распределительный вал при вращении воздействует непосредственно на толкатель клапана. Существует три варианта исполнения толкателей — механические (жесткие), гидротолкатели (гидрокомпенсаторы) и роликовые толкатели. Первый тип в современных моторах практически не используется, в связи с большой шумностью работы и необходимостью частой регулировки зазора клапанов. Второй тип наиболее широко применяется, так как не требует настройки и регулировки теплового зазора, а работа отличается мягкостью и гораздо меньшим шумом. Гидрокомпенсатор состоит из цилиндра, поршня с пружиной, обратного клапана и каналов для подвода масла. Работа гидрокомпенсатора основана на свойстве несжимаемости моторного масла, которое постоянно заполняет его внутреннюю полость и перемещает поршень при появлении зазора в приводе клапана.
Роликовые толкатели чаще всего применяются в спортивных и форсированных двигателях, так как позволяют улучшить динамические характеристики автомобиля за счет снижения трения. В месте контакта с кулачком распредвала у них находится ролик. Поэтому кулачок не трется, а катится по толкателю. Вследствие этого роликовые толкатели выдерживают более высокие нагрузки и обороты, а также позволяют обеспечить более высокий подъем клапанов. Недостатки — большая стоимость и вес, а, значит, и большие нагрузки на детали ГРМ.
Клапаны служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов. Клапан состоит из головки и стержня. Головка клапана имеет узкую, скошенную под определенным углом, фаску. Фаска клапана должна плотно прилегать к фаске седла. Для этой цели их взаимно притирают. Головки впускных и выпускных клапанов имеют неодинаковый диаметр. Для лучшего наполнения цилиндров свежей горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают больше. Клапаны во время работы двигателя нагреваются неодинаково. Выпускные клапаны, контактирующие с отработанными газами, нагреваются больше. Поэтому их изготавливают из жароупорной стали.
Стержень клапана цилиндрической формы в верхней части имеет выточку для деталей крепления клапанной пружины. Стержень выпускного клапана — полый, с натриевым наполнением для лучшего Стержни клапанов помещают в направляющих втулках, изготовленных из чугуна или металлокерамики. Втулки запрессовывают в головку цилиндров.
Клапан прижимается к седлу при помощи цилиндрической стальной пружины. Кроме того, пружина не дает возможности клапану отрываться от коромысла. Пружина имеет переменный шаг витков, что необходимо для устранения ее вибрации. Другой вариант борьбы с вибрацией — установка двух пружин меньшей жесткости, имеющих противоположную навивку. Пружина одной стороной упирается в шайбу, расположенную на головке цилиндров, а другой — в упорную тарелку. Упорная тарелка удерживается на стержне клапана при помощи двух конических сухарей, внутренний буртик которых входит в выточку стержня клапана. Для уменьшения проникновения масла по стержням клапанов в камеру сгорания двигателя на стержни клапанов надеты маслоотражательные колпачки.
