Назначение механизма газораспределения (МГР) - управление процессом газообмена и обеспечение возможно лучшего наполнения цилиндров. В современных четырехтактных двигателях применяют в основном клапанные механизмы газораспределения, характеризующиеся простотой конструкции, малой стоимостью изготовления и ремонта, хорошим уплотнением камеры сгорания и надежностью в работе.

Основные типы механизмов газораспределения.

Широкое распространение получили конструкции двигателей с двухклапанными МГР, включающие в себя один впускной и один выпускной клапаны (рис 1 и 2.). В двигателях с цилиндрическими и клиновидными камерами сгорания клапаны располагаются в один ряд вдоль оси блока (рис 1).

Впускные и выпускные клапаны чередуются (рис 1. а) или располагаются попарно (рис. 1, 6). В последнем случае впускные клапаны соседних цилиндров могут иметь один общий или раздельные патрубки для каждого клапана (рис 1. а, в). Двухрядное расположение клапанов (рис 2) применяют в двигателях с искровым зажиганием (ДсИЗ), имеющих шатровые или полусферические камеры сгорания. В дизелях двухрядное расположение клапанов обычно не применяется в связи с трудностью размещения форсунок в местах, удобных для обслуживания. В двигателях с искровым зажиганием и однорядным расположением клапанов впускной и выпускной трубопроводы могут быть размещены как с одной стороны головки цилиндров (рис 1. а, б), так и с обеих сторон (рис 1. в). В двигателях с двухрядным расположением клапанов и в V-образных двигателях трубопроводы располагаются по обе сто-роны головки цилиндров (рис. 2).

Все большее распространение получают конструкции механизма газораспределения с тремя (рис. 3) и четырьмя клапанами на один цилиндр (рис. 4). Это позволяет увеличить площади проходных сечений клапанов при уменьшении их размеров. С уменьшением диаметра головки клапана увеличивается ее жесткость и улучшается охлаждение. Одновременно снижается инерционная нагрузка на детали механизма газораспределения.

Трехклапанные механизмы выполняются с одним выпускным клапаном большого диаметра и двумя впускными (рис. 3, а) или с одним впускным большого диаметра и двумя выпускными (рис. 3, б). При установке четырех клапанов на один цилиндр (рис. 4) одноименные клапаны могут располагаться вдоль продольной оси блока (рис. 4, а) или в двух рядах (рис. 4, б). При двухрядном расположении стержень выпускного клапана, расположенного со стороны выпускного патрубка, подвергается интенсивному нагреву. С этим связано более широкое распространение конструкций с расположением одноименных клапанов в различных рядах.

На поршневых четырехтактных карбюраторных, и оснащённых системами впрыска топлива, двигателях впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов осуществляются клапанами, которые могут иметь нижнее или верхнее расположение. При нижнем расположении клапаны устанавливают в блоке цилиндров (у двигателей ГАЗ-52-04, ЗИЛ-157КД), (поскольку такой способ расположения клапанов является анахронизмом, рассматривать в этом материале я его не буду), а при верхнем - в головке цилиндров (у двигателей автомобилей ЗИЛ-130, КамАЗ-5320, ГАЗ-24-10 <Волга>, ВАЗ-2108 <Спут-ник> и др.).

Современные двигатели обычно имеют газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов, так как в этом случае камера сгорания получается компактной, улучшается наполнение цилиндров, упрощается регулировка клапанов и значительно уменьшаются потери тепла с охлаждающей жидкостью.

При верхнем расположении рас-пределительного вала (рис. 5, 6) от-сутствуют толкатели и штанги, присущие конструкциям с нижним расположением распределительного вала, вслед-ствие чего уменьшаются масса и инерционные силы клапанного меха-низма, что дает возможность увеличить частоту вращения коленчатого вала и уменьшить уровень шума при работе двигателя.

В двигателях автомобилей ВАЗ (с приводом на задние колеса) (рис. 5, а) распределительный вал расположен в отдельном картере на головке 2 блока цилиндров и вра-щается в подшипниках скольжения. Привод к клапанам 1, размещенным в один ряд, осуществляется непосредственно от кулачков 4 распределительного вала через одноплечие рычаги (рокеры) 3. Одним концом одноплечий рычаг опирается на стержень клапана, другим - на сферическую головку болта 5 и удерживается на ней при помощи шпилечной пружины 7.

В двигателях автомобилей семей-ства <Москвич> (рис. 5, б) клапаны 1 расположены в два ряда и приводятся в действие коромыслами 9 от кулачков 4 распределительного вала. Для регулировки теплового зазора в клапанах служит регулировочный болт 5 с контргайкой 6, который связан со сферическим наконечником 8.

В двигателях переднеприводных автомобилей ВАЗ-2108 <Спутник>, ВАЗ-2109 верхний распределительный вал установлен в отдельном корпусе 10 (рис. 6), расположенном на головке цилиндров 2, в которую запрессованы чугунные седла 14 и направляющие втулки 13 клапанов 1. Верхняя часть втулок уплотняется металлорезиновыми маслоотражательными колпачками 12. Клапаны 1 приводятся в действие непосредственно кулачками 4 через цилиндрические толкатели 15 без промежуточных рычагов. В гнездах толкателей находятся шайбы 11 для регулировки зазора h в клапанном механизме.

Привод распределительного вала

Верхние распределительные валы приводятся в движение при помощи системы промежуточных валов с коническими или винтовыми шестернями (рис. 7, а), цилиндрическими шестернями (рис. 7, б), цепью (рис. 7, в) или зубчатым ремнем (рис. 7, г).

Привод с промежуточными валами надежен в работе, но сложен в конст-руктивном отношении, требует тщательной регулировки зацепле-ния шестерен. Передача из цилиндрических шестерен имеет обычно большое их количество, что отрицательно сказывается на металлоемкости конструкции всего двигателя. К достоинствам цепной передачи следует отнести: возможность передачи вращения при больших межцентровых расстояниях коленчатых и распределительных валов; сравнительно малую шумность работы; простоту конструкции; снижение массы привода. Устанавливаются зубчатые и втулочно-роликовые двухрядные цепи. Последние получили большее распространение вследствие меньшей их стоимости. Основными недостатками цепного привода являются вибрация цепи при резко меняющихся нагрузках, а также износ и вытяжка цепи в процессе эксплуатации. Поэтому для цепных приводов обязательными являются натяжные устройства (лениксы) и успокоители колебаний цепи. На современных быстроходных двигателях широкое распространение получили передачи, в которых вместо цепи используется зубчатый ремень, изготовленный из синтетических материалов со стеклонитяным или проволочным кордом. Привод с зубчатым ремнем не требует смазки и отличается достаточной долговечностью, устойчивостью регулировок, невысокой стоимостью, низким уровнем шума. От схода с цилиндрических зубчатых шкивов, включая и натяжной ролик, он предохраняется буртиками. Существует ряд конструкций механизмов газораспределения, позволяющих оперативно изменить фазы газораспределения во время работы двигателя. Для этого используются механизмы газораспределения с регулируемыми фазами подъема клапана, в которых моменты его открытия и закрытия регулируются изменением взаимного положения оси вращения кулачка (распределительного вала) и оси качания рычага. Выполняются они в двух вариантах. В первом варианте регулируемым элементом является распределительный вал 1 (рис. 8, а), вращающийся в эксцентричных отверстиях опор 2, угловое положение которых устанавливается исполнительным устройством 3 в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Во втором варианте регулирование фаз осуществляется (рис. 8, б) изменением положения рычага 4 относительно кулачков распределительного вала, вращающегося в неподвижных опорах.

Определение основных параметров механизма газораспре-деления. Фазы газораспределения...

Основным параметром, характеризующим работу механизма газораспределения, который позволяет судить не только о величине проходного сечения клапана, но и о продолжительности его открытия, является <время-сечение>, которым называется интегральная сумма произведений проходных сечений, открываемых клапаном, на время. Если известны <время-сечение> и объем газов V = Vh·wv, поступающих в цилиндр при впуске, то средняя скорость поступления газов при впуске wг = V / Ф ... Далее следует много всякого такого, знание чего в принципе ничего не изменит, если кому интересно, могу прислать книгу целиком (прим. SPY)......

Процессы впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов (фазы газораспределения) обеспечиваются своевременным открытием и закрытием соответствующих клапанов (рис. 9). Впускной клапан начинает открываться еще до начала такта впуска, т. е. до подхода поршня к ВМТ на расстояние, соответствующее 33° поворота коленчатого вала. Это необходимо для того, чтобы клапан полностью открылся к тому моменту, когда поршень пойдет вниз. Тогда через впускное отверстие поступит больше свежей горючей смеси. Закрывается впускной клапан с запаздыванием, т. е. после прохождения поршнем НМТ на расстояние, соответствующее 79° поворота коленчатого вала. Вследствие инерционного напора струи горючая смесь продолжает поступать в цилиндр, когда поршень уже начал движение вверх, и тем самым обеспечивается лучшее наполнение цилиндра. Выпускной клапан начинает открываться еще до полного окончания рабочего хода, до подхода поршня к НМТ на расстояние, соответствующее 47° поворота коленчатого вала. В этот момент давление в цилиндре еще довольно велико, и газы начинают интенсивно выходить из цилиндра, в результате чего их давление и температура быстро падают. Это значительно улучшает очистку цилиндра от отработавших газов и предохраняет двигатель от перегрева. Выпуск завершается, после прохождения поршнем ВМТ, т. е. когда коленчатый вал повернется еще на 17°(Приведённые параметры справедливы для двигателя 21083).

Из диаграммы фаз газораспределения видно, что существует такой момент (в течение поворота коленчатого вала на 50°), когда открыты одновременно оба клапана - впускной и выпускной. Из-за малого промежутка времени перекрытие клапанов не приводит к проникновению отработавших газов во впускной трубопровод; наоборот, инерция уходящего потока отработавших газов вызывает подсос горючей смеси в цилиндр, и тем самым улучшается его напол-нение.

Материалы перепечатаны из учебного пособия "Н.А.Сокол, С.И.Попов. "ОСНОВЫ КОНСТРУКЦИИ АВТОМОБИЛЯ, Двигатели внутреннего сгорания."