Учебники 80372

с фазами газораспределения (рис. 2.1), которые выражаются в углах поворота коленчатого вала двигателя и характеризуют моменты начала открытия и конца закрытия клапанов.

Как видно из рис. 2.1, механизм газораспределения осуществляет открытие и закрытие клапанов не в моменты, когда поршень находится в мёртвых точках, а с некоторым опережением при открытии и запаздыванием при закрытии.

Опережение открытия впускного клапана на угол α' поворота коленчатого вала (ПКВ) необходимо для получения большего проходного сечения клапана при достижении в цилиндре некоторого разряжения. Благодаря этому увеличивается наполнение цилиндра горючей смесью или воздухом (в дизелях). Запаздывание закрытия впускного клапана на угол α'' ПКВ, несмотря на уже начавшийся такт сжатия, позволяет использовать инерционный напор во впускном трубопроводе и повысить весовое наполнение цилиндра, что приведёт к увеличению мощности двигателя при том же литраже.

Рис. 2.1. Диаграмма фаз газораспределения двигателя внутреннего сгорания [3]

11

Выпускной клапан открывается с опережением на угол β' ПКВ, т.е. в конце такта расширения, когда давление газа в цилиндре составляет 0,3 – 0,4 МПа. Это обеспечивает более интенсивный выброс отработавших газов и лучшую очистку цилиндра. Запаздывание закрытия выпускного клапана на угол β'' ПКВ в свою очередь способствует лучшей очистки цилиндра за счёт использования отсасывающего действия отработавших газов, движущихся по инерции в выхлопном трубопроводе.

Положение ГРМ, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно, называется перекрытием клапанов.

В современных двигателях применяются следующие типы механизмов газораспределения:

-оконный механизм – используется в простейших маломощных двухтактных двигателях с кривошипнокамерной продувкой. В этом механизме поршень сам открывает и закрывает впускные (продувные) и выпускные (выхлопные) окна цилиндра;

-клапанный механизм – получил широкое распространение в четырёхтактных двигателях;

-золотниковый механизм – не получил широкого распространения из-за своей сложности и более высокой стоимости по сравнению с клапанным механизмом;

-смешанный механизм – применяется в мощных двухтактных двигателях. Для выпуска отработавших газов служат клапаны, а для впуска воздуха – продувочные окна, открываемые и закрываемые поршнем.

Клапанные механизмы бывают: с верхним расположением (рис. 2.2, а) и с нижним расположением распределительного вала (рис. 2.2, б).

12

Рис. 2.2. Клапанный механизм с различным расположением распределительного вала [2]: а – с верхним, б – с нижним

Наиболее широкое распространение у двигателей транспортно-технологических машин получил клапанный механизм с нижним расположением распределительного вала (рис. 2.3).

Механизм работает следующим образом. От коленчатого вала через распределительные шестерни вращательное движение передаётся на распределительный вал. Выступ кулачка при вращении распределительного вала набегает на тарелку толкателя и приподнимает толкатель. Толкатель через штангу воздействует на двуплечее коромысло, закреплённое на валике стойки коромысла. Коромысло поворачивается и своим бойком нажимает на хвостик клапана, заставляя его переместиться и открыть клапанное отверстие. Клапан перемещается в направляющей втулке и сжимает клапанную пружину, которая закреплена на хвостике

13

клапана с помощью шайбы и сухариков. При дальнейшем вращении распределительного вала выступ кулачка выходит из-под тарелки толкателя, давление на клапан прекращается, клапанная пружина разжимается, и клапан садится в своё гнездо.

Рис. 2.3. Устройство клапанного механизма с нижним расположением распределительного вала [3]: 1 – коленчатый вал; 2 – распределительные шестерни; 3 – распределительная шестерня; 4 – толкатель; 5 – клапан; 6 – направляющая втулка; 7 – клапанная пружина; 8 – шайба; 9 – регулировочный болт; 10 – коромысло; 11 – штанга

14

Для обеспечения плотного прилегания клапана к гнезду между ним и коромыслом оставляют тепловой зазор, значение которого зависит от марки двигателя. Зазор регулируют специальным регулировочным болтом с таким расчётом, чтобы изменение размеров клапана, штанги толкателя и других деталей механизма газораспределения при нагревании не нарушало плотного прилегания клапана.

В тракторных двигателях широкое распространение получили выпуклые кулачки (рис. 2.4). Диаметр начальной окружности кулачка принимается равным

где hТmax – максимальное перемещение толкателя.

Рис. 2.4. Схема построения профиля кулачка [3]

Профиль кулачка очерчивают двумя радиусами R и r, которые плавно сопрягаются в точке D (рис. 2.4). Величина радиуса R может быть рассчитана аналитически или принята по соотношению

15

Величина малого радиуса r при вершине кулачка рассчитывается аналитически, но должна быть не менее 2 мм. СопряжениепрофилякулачкавточкахАи А1 осуществляетсяподуге окружности или по спирали. Размер S обеспечивает температурныйзазорпри работемеханизмагазораспределения.

Угол действия кулачка 2 0, на который он повернётся от начала открытия клапана до полного его закрытия, определяется из диафрагмы фаз газораспределения (см. рис. 2.1). Для четырёхтактного двигателя, распределительный вал которого вращается в два раза медленнее коленчатого вала, угол действия кулачка равен

где γ1 – угол опережения открытия клапана; γ2 – угол запаздывания закрытия клапана.

Исходные данные: максимальное перемещение толкателя hТmax, мм (табл. П.1); угол опережения открытия клапана γ1, град. (табл. П.1); угол запаздывания закрытия клапана γ2, град. (табл. П.1);малый радиус кулачка r, мм (табл. П.1).

Значения перемещений hТ, скоростей υТ и ускорений jТ толкателя определяются при движении толкателя по первому участку профиля кулачка, описанному большим радиусом R (рис. 2.5, а) по уравнениям, отличным от уравнений для движения толкателя по второму участку, описанному малым радиусом r. На рис. 2.5, б толкатель касается профиля кулачка в точке перехода его с первого участка на второй. Значение угла 1, при котором заканчивается скольжения толкателя по первому участку и начинается скольжение по второму, определится из выражения (по теореме синусов для треугольника ОО1О2):

16

где ℓ = rн + hТmax – r.

При движении толкателя по первому участку профиля кулачка (рис. 2.5), когда 0 1, величины его перемещения hТ1, скорости υТ1 и ускорения jТ1, определяются следующими зависимостями:

hТ ОК rн R R rн cos rн R rн 1 cos ,мм, (2.5)

где ωр –угловаяскоростьвращенияраспределительноговала.

Рис. 2.5. Определение перемещений плоского толкателя [3]: а – участок радиуса R; б – участок радиуса r

17

При движении толкателя по второму участку профиля кулачка, когда 1 0 , его перемещение hТ2, скорость υТ2 и ускорение jТ2 равны:

Поскольку профиль кулачка симметричен и опускание толкателя происходит так же, как и его подъём, то полученные зависимости (2.5 – 2.10) справедливы и при опускании толкателя.

2.3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

При выполнении работы используются: двигатели ЗИЛ-130, СМД-14 с открытым доступом к деталям и шестерням механизма газораспределения, клапаны, клапанные пружины, толкатели, кулачковые валы двигателей, плакаты, поясняющие устройство и работу клапанных механизмов газораспределения, рожковые гаечные ключи, отвёртка, штангенциркуль, набор щупов для регулировки теплового зазора.

2.3.1.Изучить устройство и принцип работы клапанных механизмов газораспределения с верхним и нижним расположением распределительного вала, обращая внимание на конструктивные особенности механизмов, характер соединений и креплений отдельных элементов.

2.3.2.Вычертить кинематическую схему механизма газораспределения с нижним расположением распределительного вала (см. рис. 2.3).

18

2.3.3.Изучить геометрию выпуклого кулачка (рис. 2.4) распределительного вала. Используя зависимости (2.1) – (2.3), рассчитать параметры кулачка по данным (табл. П.1) (марку двигателя выдаёт преподаватель).

2.3.4.Провести кинематический анализ механизма газораспределения, т.е. определить для каждого участка профиля кулачка значения перемещения, скорости и ускорения толкателя в зависимости от угла поворота вала по формулам (2.5) - (2.10).

2.3.5.По полученным расчётным данным построить графические зависимости перемещения, скорости и ускорения толкателя и провести их анализ.

2.4. ФОРМА ОТЧЁТА

Работа №2

2.4.1.Наименование работы.

2.4.2.Цель работы.

2.4.3.Перечисление основных типов механизмов газораспределения и охарактеризовать ихобласти применения.

2.4.4.Эскиз кинематической схемы механизма газораспределения с нижним расположением распределительного вала.

2.4.5.Параметры кинематического анализа.

2.4.6.Построить графические зависимости кинематического анализа.

2.4.7.Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Для чего предназначен механизм газораспределения.

2.Перечислите типы механизмов газораспределения и укажите, где они применяются.

19

3.Объясните устройство механизма газораспределения с верхним и нижним расположением распределительного вала.

4.Какие виды кулачков применяют в механизмах газораспределения?

5.Приведите расчётную формулу для определения перемещения толкателя, постройте диаграмму перемещения толкателя.

6.Приведите расчётную формулу для определения скорости и ускорения толкателя, постройте диаграмму скорости движения толкателя.

РАБОТА № 3

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ И ОБЩЕГО УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

3.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение принципа действия и устройства системы питания дизельных двигателей и проведение расчёта диаметра и ходаплунжерасекции топливного насосавысокого давления.

3.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Топливная система осуществляет подачу топлива в цилиндры. При этом должны обеспечиваться высокие мощностные и экономические показатели дизеля и получение характеристик, отвечающих условиям работы на транспортно-технологических машинах. Также она должна

20