6.2. Загальна будова механізму газорозподілу та його привода
Механізм газорозподілу складається з клапанного механізму та елементів його привода.
|
Рис. 6.8. Деталі механізму газорозподілу |
До основних деталей клапанного механізму відносяться:
клапани;
клапанні гнізда;
напрямні втулки;
клапанні пружини.
Клапани призначені для перекривання впускних та випускних отворів циліндрів та складаються з головки і стержня. Крім того, для забезпечення рівномірного зношення вони обладнуються механізмом повороту.
Головки клапанів автомобільних двигунів мають плоску, тюльпаноподібну або випуклу форми.
|
Рис. 6.9. Головки клапанів а) плоска; б) тюльпаноподібна; в) випукла |
Клапани з плоскою головкою застосовують тільки в карбюраторних двигунах. Клапани з тюльпаноподібною головкою встановлюють в двигунах підвищеної потужності з верхньоклапанним газорозподілом. Випуклу головку, яка характеризується доброю обтічністю, застосовують для випускних клапанів дизельних двигунів.
|
Рис. 6.10. Розташування впускних та випускних клапанів ГРМ |
Стержень клапана має циліндричну форму. Його діаметр і довжина залежать від конструктивних параметрів двигуна, величини навантажень і конструкції самого стержня.
Для кращого відведення теплоти від головки стержні випускних клапанів виконують порожнистими і заповнюють на 50-60% металічним натрієм, який має температуру плавлення 98°С і високу теплопровідність.
Збовтуючись, розплавлений натрій відводить теплоту до верхньої частини стержня, кристалізується і випадає в вигляді осаду в порожнину головки, де знову розплавляється, завдяки чому температура головки знижується приблизно на 100°.
Впускні клапани виготовляють із хромистих сталей, а випускні – із жаростійких.
|
Рис. 6.11. Впускні та випускні клапани |
Клапанні гнізда призначені для підвищення стійкості проти спрацювання посадочної поверхні клапана. Вони виготовляються безпосередньо в блоці або його головці чи у вигляді вставного кільця з легованого чавуну. В алюмінієвих блоках гнізда для впускних і випускних клапанів завжди роблять вставними. В деяких двигунах вставні гнізда мають тільки випускні клапани.
Напрямні втулки забезпечують перпендикулярне переміщення клапана відносно його гнізда. Їх виконують вставними, що спрощує технологію ремонту. В головку або в блок циліндрів втулки запресовують.
Виготовляють напрямні втулки з чавуну, алюмінієвого сплаву чи металокераміки.
Клапанні пружини забезпечують сталий кінематичний зв'язок між кулачком і штовхачем, вільну посадку клапана в гніздо і його повернення у вихідне положення після відкривання.
|
Рис. 6.12. Клапанні пружини |
В автомобільних двигунах найбільш поширені циліндричні гвинтові пружини. Їх навивають з постійним або змінним кроком. Змінний крок перешкоджає виникненню резонансних коливань. У верхньоклапанних механізмах іноді встановлюють дві пружини на кожний клапан.
Матеріалом для їх виготовлення є спеціальний пружинний дріт діаметром 3-5 мм із сталей 60Г, 65Г, 50ХФ1.
Для кріплення пружини використовується спеціальна тарілка, яка фіксується відносно стержня клапана конічним сухариком.
|
Рис. 6.13. Клапанна тарілка |
Залежно від конструкції двигуна до привода клапанного механізму входять:
розподільчий вал;
штовхачі;
штанги;
коромисла.
Впускні та випускні клапани відкриваються і закриваються в потрібний момент завдяки кулачкам, розташованим на розподільчому валу або на двох валах: для впускних клапанів і для випускних. Розподільчий вал приводиться в дію від колінчастого валу. Для привода розподільного вала можуть використовуватися шестерні, ланцюг або зубчастий ремінь. Оскільки в чотиритактному двигуні кожен клапан відкривається тільки один раз кожні два оберти двигуна, розподільчий вал повинен обертатись в два рази повільніше за колінчастий.
Розподільчий вал може розміщуватись в блоці циліндрів (поряд із колінчастим валом) та у його головці. В першому випадку спрощується конструкція його привода (як правило шестеренна передача), проте, внаслідок деформації штанг та інших деталей при високій частоті обертання колінчастого вала, відбувається зменшення жорсткості механізму. Це приводить до погіршення показників роботи двигуна. Двигуни, у яких розподільчий вал розміщений в блоці, прийнято позначати OHV (Overhead Valve) — верхньоклапанні.
|
Рис. 6.14. Шестерневий привод розподільного вала |
Найбільш ефективними є механізми газорозподілу з розміщеним в головці циліндрів розподільним валом. Такі двигуни з'явились в масовому виробництві в 1960-і рр. і отримали назву ОНС (Overhead Camshaft), що означає верхнє розташування розподільного вала.
Як альтернатива можуть використовуватись два розподільні вали – по одному для кожного ряду клапанів. Такі двигуни називаються DOHC (Double Overhead Camshaft) – двовальні верхньоклапанні.
Для привода розподільного вала (розподільних валів), розташованого в головці циліндрів, доводиться вибирати між ланцюгом та зубчастим пасом. Ланцюговий привоід надійніший та більш довговічний ніж пасовий, проте він вимагає мащення, є важчим та шумним. Пасовий привод є дешевим, але він потребує частого контролю та заміни після певного пробігу.
|
|
а) |
б) |
Рис. 6.15. Приводи розподільного вала а) пасовий; б) ланцюговий |
|
Розподільний вал призначений для своєчасного відкриття клапанів. Також, залежно від конструкції двигуна, він приводить в дію паливний та масляний насоси, переривач-розподільник і давач обмежувача максимальної частоти обертання колінчастого вала.
Розподільний вал має: корінні шийки; кулачки, розташування яких на валу залежить від числа клапанів на циліндр та послідовності їх відкриття, зубчасте колесо привода переривача-розподільника та масляного насоса; ексцентрик привода паливного насоса. На передньому кінці вала є шийка під зубчасте колесо (шків, зірочку) механізму його привода.
|
Рис. 6.16. Розподільний вал |
Розподільні вали виготовляють штампуванням із загартованих сталей, а також відливанням із чавуну.
Штовхачі передають рух від кулачків до клапанів або до деталей привода клапанів. Вони повинні мати відносно невелику масу, щоб не виникало значних сил інерції. Штовхачі бувають циліндричні або важільні.
У механізмах газорозподілу деяких двигунів встановлюють гідравлічні штовхачі, які відрізняються від механічних тим, що мають гідравлічний пристрій, який дозволяє компенсувати теплове розширення стержня клапана та інших деталей механізму газорозподілу і двигуна.
|
Рис. 6.17. Важільний та циліндричний штовхачі |
Штанга передає зусилля від штовхача до коромисла. Вона повинна бути легкою, щоб не виникало значних сил інерції, і жорсткою, щоб не порушувалась кінематика газорозподільного механізму. Штанги бувають трубчастими, суцільними або комбінованими.
Трубчасті штанги виготовляють із стальних або алюмінієвих трубок, на кінці яких запресовують стальні, термічно оброблені сферичні наконечники.
Суцільні штанги виготовляють звичайно стальними, шляхом штампування з наступною механічною і термічною обробкою.
|
Рис. 6.18. Штанги |
Коромисла призначені для передачі зусилля, яке передається штангою, і зміни напрямку його переміщення в механізмах газорозподілу з нижнім розташуванням розподільного вала та верхніми клапанами.
Виготовляють коромисла у вигляді двоплечого важеля, на один кінець якого опирається штанга, а другий кінець спирається на стержень клапана. Коромисла відливають із чавуну методом точного лиття або штампуванням зі сталі.
|
Рис. 6.19. Коромисла |
|
Рис. 6.20. Механізм газорозподілу в зборі: 1 – розподільний вал; 2 – штовхач; 3 – штанга; 4 – сідло клапана; 5 – клапан; 6 – напрямна втулка клапана; 7 – стопорне кільце; 8 – шайба; 9 – пружина; 10 – оливовідбивний ковпачок; 11 – пружина ковпачка; 12 – тарілка пружини; 13 – сухарики; 14 – коромисло; 15 – регулювальний гвинт; 16 – контргайка; 17 – вісь коромисел; 18 – стійка; 19 – головка блока циліндрів
|
