Моменты открытия и закрытия клапанов выражаются в углах поворота коленчатого вала относительно мертвых точек и называются фазами газораспределения

Клапанный механизм должен обеспечивать наилучшее наполнение цилиндров, надежное уплотнение внутрицилиндрового пространства и постоянную кинематическую связь между клапаном и профилем кулачка распределительного вала.

В зависимости от расположения клапанов в головке блока ГРМ делятся на:

· ГРМ с подвесными (верхними) клапанами

· ГРМ с боковыми (нижними) клапанами

Современные автомобильные двигатели имеют ГРМ с подвесными клапанами, расположенными в головке блока цилиндров.

При таком расположении клапанов улучшается процесс наполнения цилиндров и сгорания рабочей смеси, что позволяет повысить степень сжатия, мощность и экономичность двигателя.

В зависимости от расположения распределительного вала ГРМ делятся на:

· ГРМ с нижним расположение распределительного вала

· ГРМ с верхним расположением распределительного вала

Распределительный вал, расположенный в верхней части головки блока, упрощает привод клапанов, позволяет исключить из него толкатели и штанги, но требует применения цепного привода самого вала.

Распределительный вал

Распределительный вал должен иметь высокую прочность и жесткость, поэтому его изготовляют ковкой из углеродистых или легированных сталей, а также отливкой из серых или специальных чугунов.

К элементам вала относятся опорные шейки, кулачки, фланец для крепления приводной звездочки или шейка для установки приводной шестерни.

Опорные шейки и кулачки стального вала подвергаются закалке ТВЧ с последующим шлифованием. Диаметры опорных шеек могут быть одинаковыми или разными. Последнее конструктивное решение позволяет существенно упростить укладку вала при сборке двигателя.

Нижний распределительный вал имеет эксцентрик привода б/насоса, шестерню привода масляного насоса и прерывателя-распределителя.

Шейки вала двигателей ВАЗ опираются на поверхность гнезд корпуса, отлитого из алюминиевого сплава и установленного на г/блока, у других двигателей опорные шейки требуют применения подшипников, представляющих сталебаббитовые втулки, запрессованные в гнезда блока.

Привод распределительного вала

Верхний распределительный вал (двигатели ВАЗ и УМЗ) получает вращение благодаря звездочке на его переднем фланце от звездочки к/в с помощью цепи или зубчатого ремня. Эта передача приводит во вращение звездочку валика привода вспомогательных механизмов: масляного насоса, прерывателя-распределителя, бензонасоса.

Нижний распределительный вал приводится во вращение через пару косозубых шестерен. Ведущая стальная шестерня установлена на коленчатом валу, ведомая шестерня распределительного вала изготавливается из текстолита (ЗМЗ) или серого чугуна.

Клапаны

Клапаны предназначены для открытия или закрытия впускного или выпускного отверстия.

Клапаны должны:

· Обеспечивать достаточно и герметичную посадку;

· Быть легкими;

· Иметь обтекаемую форму.

В конструкцию клапана входят цилиндрический стержень и тарелка. Стержень клапана точно шлифуется и служит для направления движения клапана при его подъеме и опускании. Для улучшения обтекаемости у впускных клапанов часто делают тюльпанообразную головку.

Тарелка клапана имеет конусную рабочую поверхность – фаску, которая шлифуется и притирается к рабочей поверхности седла, обеспечивая герметичность цилиндрового пространства.

Угол конуса фаски клапана и седла у большинства двигателей принят равным 45⁰.

Чтобы улучшить наполнение цилиндров, у всех двигателей диаметр тарелки впускного клапана больше, чем выпускного на величину от 4 до 11 мм. Высота подъема клапана у различных двигателей находится в пределах от 9 до 12 мм.

Стержень клапана на конце имеет кольцевую канавку, в которую входят буртики сухарей, удерживающие клапанные пружины.

Температура выпускного клапана достигает 800⁰, поэтому он изготавливается из жаропрочных сталей с высоким содержанием хрома, кремния, никеля.

Для улучшения охлаждения тарелки выпускных клапанов некоторых двигателей делают полыми и заполняют натрием. У некоторых двигателей применяются специальные механизмы принудительного поворота выпускных клапанов (ЗИЛ-130), что уменьшает односторонний износ тарелки и седла клапана и обеспечивает их приработку во время работы.

Направляющие втулки

Поверхность отверстия направляющей втулки обуславливает прямолинейность перемещения клапанов. Втулки изготавливают из чугуна или металлокерамики, которые лучше удерживают смазку, обладают высокой износостойкостью.

Для уменьшения попадания масла через зазор между стержнем клапана и его втулкой в камеру сгорания на стержни клапанов надеваются резиновые колпачки.

Чтобы повысить долговечность седла клапана, поверхности и торца стержня клапана, а также направляющей втулки, обеспечивается проворачивание клапана при работе. Принудительное вращение клапана предотвращает образование нагара на его рабочей фаске, который может вызвать прорыв газов под клапан и его прогорание.

Клапанные пружины

Пружина клапана должна обеспечивать его плотную посадку в седло во время закрытия и невозможность самопроизвольного открытия впускного клапана при впуске, осуществлять постоянную кинематическую связь между клапаном и профилем кулачка р/в. Кроме этого, конфигурация пружины не должна вызывать ее вибраций на рабочих режимах.

Если частота собственных колебаний пружины совпадет с частотой открытия клапана, может возникнуть явление резонанса, способное вызвать поломку пружины и падение клапана в цилиндр. Чтобы предотвратить это явление клапаны снабжены двумя пружинами – наружной и внутренней.

Толкатели

Толкатель воспринимает усилие от кулачка распределительного вала и передает его стержню клапана через штангу на коромысло.

Плунжерные толкатели имеют полусферическое углубление внутреннего торца для упора наконечника штанги, снаружи находятся два отверстия для выхода масла из внутренней полости. Равномерность износа торца обеспечивается благодаря вращению толкателя вследствие небольшого продольного наклона линии вершины кулачка.

Штанги

Штанга передает усилие кулачка от толкателя к коромыслу. Нижним концом штанга входит во внутренне углубление толкателя, верхним – в полусферическое углубление регулировочного винта.

Материалы штанг – дюралюминиевый пруток, с напрессованными стальными наконечниками или стальной пруток.

Коромысла и рычаги

Коромысло служит для передачи усилия от штанги к стержню клапана. Оно представляет собой двуплечий рычаг, установленный на неподвижной оси и одним плечом опирающийся на торец стержня клапана, а другим – на верхний наконечник штанги.

Коромысла изготавливаются литьем из чугуна или стали, и может быть откованы из стали. Для повышения износостойкости в отверстие для оси запрессовывается бронзовая втулка.

Носок коромысла подвергается закалке для повышения износостойкости, короткое плечо имеет резьбовое отверстие, в которое ввертывается регулировочный винт.

Коромысла опираются на пустотелую ось, поверхность которой под каждым коромыслом закалена и имеет отверстия для выхода смазки.

Местоположение коромысел определяется распорными втулками и пружинами на оси между опорами.

Рычаги клапанов двигателей ВАЗ откованы из стали, и каждый упирается на шаровую головку регулировочного болта.

Постоянный контакт рычага с кулачком обеспечивается с помощью шпилечной пружины.

Регулировочный болт с контргайкой ввертывается во втулку, которая плотно завернута в головку блока и законтрена.

Тема 1.4.2 Взаимодействие деталей ГРМ. Фазы газораспределения

Взаимодействие деталей газораспределительного механизма рассмотрим на примере двигателя ВАЗ-2105.

Рис 19 Принципиальная схема

привода ГРМ

1 – зубчатый приводной ремень;

2 – натяжной ролик;

3 – рычаг

4 – шкив распределительного вала;

5 – кулачок;

6 – регулировочный болт;

7 – пружины;

8 – натяжное устройство;

9-10 – зубчатые шкивы;

От зубчатого шкива 10 коленчатого вала ремнем 1 вращение передается на зубчатый шкив 4 распределительного вала. При вращении распределительного вала его кулачок 5 набегает на рычаг 3, который, поворачиваясь на сферической опоре регулировочного болта 6, другим концом нажимает на стержень клапана и открывает отверстие, сообщающее камеру сгорания цилиндра с впускным (впускной клапан) или выпускным (выпускной клапан) трубопроводом. При дальнейшем повороте вала кулачок сходит выпуклой частью с рычага, который при помощи шпилечной пружины возвращается в исходное положение, а клапан под действием пружины 7 закрывается.

Преимущества и недостатки верхнего расположения 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 тепла в охлаждающую жидкость и повышает экономичность двигателя

· Возможно увеличение размеров и высоты подъема впускных клапанов, а, следовательно, увеличение наполнения цилиндров

· Легко выполнять регулировку клапанного механизма

Недостаток:

Использование дополнительных деталей, т.е. усложнение конструкции, следовательно, возрастает стоимость, вероятность поломки и трудоемкость при обслуживании и ремонте.

Тепловой зазор в клапанном механизме

При нагревании в работающем двигателе клапаны удлиняются, и если в этих условиях торец стержня закрытого клапана (3) упрется в носок коромысла (7), то между рабочей фаской тарелки клапана и его седлом останется зазор.

Такая неплотная посадка клапана в седло вызывает утечку газов и как следствие – падение мощности двигателя и быстрое прогорание клапанов.

Чтобы обеспечить плотную посадку клапана, между торцом его стержня или между рычагом и затылком кулачка на холодном двигателе устанавливается определенный зазор.

Слишком большие зазоры вызывают стук и износ клапанного механизма, а также позднее и неполное открытие и раннее закрытие клапанов, что ухудшает наполнение и очистку цилиндров, снижает мощность двигателя.

Фазы газораспределения

При рассмотрении принципа работы четырехтактного двигателя предполагалось, что впускной и выпускной клапаны открывались и закрывались мгновенно и точно в ВМТ и НМТ. Реально же для открытия – закрытия клапанов нужно некоторое время, в связи с чем клапаны начинают открываться несколько ранее нужного момента и закрываются несколько позже.

Для лучшего наполнения и очистки цилиндров, получения необходимой мощности и числа оборотов двигателя его клапаны открываются и закрываются не при положениях поршня в М.Т., а с некоторым опережением или запаздыванием.

Моменты начала открытия и закрытия клапанов могут изображаться в виде круговой диаграммы или в виде таблицы.

Показатель	Модель двигателя
ВАЗ-2108	ВАЗ-2105-06	УЗАМ-331 и 412	МеМЗ-245
Начало открытия впускного клапана до ВМТ такта выпуска с опережением
Закрытие впускного клапана после НМТ такта сжатия с запаздыванием
Начало открытия выпускного клапана до НМТ рабочего хода с опережением
Закрытие выпускного клапана после ВМТ такта впуска с запаздыванием
Перекрытие клапанов

Их величина подбирается опытным путем для каждой модели двигателя исходя из указанных условий.

Впускной клапан открывается с опережением прихода в В.М.Т. на 10-30⁰, что обеспечивает с самого начала такта впуска наличие определенного проходного сечения для горючей смеси.

Закрывается впускной клапан с запаздыванием на 40-90⁰ после перехода поршнем Н.М.Т., позволяя использовать инерционный напор всасываемой смеси. Эти условия обеспечивают увеличение времени открытия впускного клапана и процесса впуска, повышают наполнение цилиндров и мощность двигателя.

Выпускной клапан открывается с опережением прихода поршня в Н.М.Т. на 40-70⁰, т.е. в конце рабочего хода, когда давление газов в цилиндре составляет 3-4 кг/см². Отработавшие газы под этим давлением с большой скоростью выбрасываются в атмосферу, их давление и температура в цилиндре быстро понижаются, и это значительно уменьшает сопротивление движению поршня при выпуске, а также предотвращает перегрев двигателя.

Закрытие выпускного клапана происходит с запаздыванием на 10-15⁰ после перехода поршнем В.М.Т., в это время выхлопные газы по инерции продолжают выходить из цилиндра, значительно улучшая очистку.

Запаздывание закрытия выпускного клапана в начале впуска после В.М.Т. и опережение открытия впускного клапана в конце выпуска до В.М.Т. создают перекрытие клапанов, когда в течение времени поворота коленчатого вала на определенный угол оба клапана остаются открытыми.

Малое проходное сечение впускного клапана при этом и кратковременность перекрытия не позволяют выхлопным газам проникнуть во впускной трубопровод. Наоборот, за счет значительной скорости потока выхлопных газов, идущего в выпускную трубу, происходит подсасывание горючей смеси в цилиндр и улучшение наполнения.

Правильная установка фаз газораспределения при сборке двигателя определяется положением или зацеплением приводных звездочек или шестерен в соответствии с имеющимися на них метками.

Значение фаз газораспределения даются заводом-изготовителем в технической характеристике двигателя для зазоров между клапанами и коромыслами (рычагами) и кулачками.

Дата добавления: 2014-01-06