Дисциплина Силовые агрегаты Практическое занятие 1 Механизм газораспределения
Учебные вопросы:
Схемы механизмов газораспределения.
Элементьі механизма газораспределения
1. Схемы механизмов газораспределения
Двигатель внутреннего сгорания состоит следующих механизмов и систем:
Кривошипно-шатунный механизм − преобразование индикаторной работы, получаемой в результате сгорания, в эффективную работу, отдаваемую потребителю.
Газораспределительный механизм − наполнение цилиндров двигателя свежим зарядом и очистка их от отработавших газов.
Система питания топливом − подача топлива, организация смесеобразования.
Смазочная система − обеспечение смазывания трущихся поверхностей подвижных деталей двигателя.
Система охлаждения − обеспечение требуемого температурного режима работы двигателя.
Система питания воздухом − очистка и подача воздуха в цилиндры двигателя и снижение шума впуска.
Система наддува − организация форсирования двигателя.
Система выпуска − глушение шума выпуска и нейтрализация отработавших газов.
Система пуска − обеспечение надежного пуска двигателя в различных эксплуатационных условиях.
Система зажигания − воспламенение рабочей смеси в двигателе с искровым зажиганием.
Назначение механизма газораспределения (МГР) состоит в обеспечении периодической смены рабочего тела в цилиндре ДВС при реализации действительного цикла. Смена рабочего тела предполагает наполнение цилиндра свежим зарядом и его очистьсу от отработавших газов. При зтом необходимо обеспечить максимально возможную мощность и наилучшую зкономичность двигателя при приемлемых параметрах токсичности на каждом режиме его работы.
Основные конструктивные решения и схемы МГР
Впускные и выпускные тракты МГР имеют окна, которые могут открываться и закрываться подвижным злементом тремя способами:
Клапаном, перемещающимся в отверстии.
Диском или цилиндром, содержащим отверстие, которое совпадает с отверстиями в камере (отверстие может совершать вращательное или плоскрпараллельное движение).
Поршнем, перекрывающим окна в цилиндре двигателя (в ряде двухтактных двигателей).
Механизмы газораспределения, использующие первый способ, называют клапанными, а последние два − золотниковими. Клапанные МГР широко применяются в современньгх четцрехтактных автотракторных двигателях в силу простоты конструкции, малой стоимости изготовления и ремонта, хорошего уплотнения камеры сгорания и надежности в работе.
Клапанные механизмы газораспределения могут быть трех типов:
Верхнее расположение клапанв − с клапанами, расположенными в головке цилиндров.
Нижнее расположение клапанов − с клапанами, размещенными в блоке цилиндров.
Смешанное располложение клапанов − с клапанами, расположенными вголовке и в блоке цилиндров.
Верхнее расположение клапанов является основным вариантом, реализуеымым в современных МГР.
Коленчатьій вал через привод вращает распределительный вал, которьій с помощью привода клапанного узла задает управляющее воздействие и закон подъема клапану. Схема МГР зависит от взаимосвязанных факторов:
Выбранного способа организации рабочего процесса, что предопределяет форму и расположение камеры сгорания (в дизелях камеры сгорания обычно располагаются в поршне, а в двигателях с искровьім зажиганием − в головке блока цилиндров).
Принятого количества клапанов на один цилиндр (2, 3 и более).
Места расположения (нижнее или верхнее).
Количества (1 или 2) распределительных валов.
Двухклапанннй механизм (один впускной и один вьшускной клапаны на цилиндр) является наиболее простым. Относительно продольной оси двигателя клапаны могут располагаться продольно и поперечно (косо).
Продольное расположение клапанов (рис. 1, а) наиболее простое и применяется в двигателях с искровым зажиганием для клиновидних и плоскоовальньїх камер сгорания, а в дизелях − для удобства размещения и обслуживания форсунок.
Рисунок 1 Расположение и число клапанов
а – два; б – три; в - четыре
Привод клапанов осуществляется от одного распределительного вала: при его верхнем расположении — непосредственно толкателями, а при нижнем — коромыслами или рычагами.
Расположение одноименных клапанов смежных цилиндров может быть попарное либо поочередное. При попарном расположении впусьсньїе канальї соседних цилиндров могут иметь общий патрубок или разделенные патрубки для каждого клапана. Для каждого выпускного клапана выіполняют индивидуальный канал во избежание перегрева патрубков. При обьединении одноименных каналов соседних цилиндров возрастает неравномерность рас-пределения температур по длине головки, что приводит к ее короблению.
Впускной и вьіпускной коллекторы в линейных карбюраторных двигателях размещают, как правило, с одной стороны для подогрева смеси и улучшения испарения топлива. В У-образных двигателях впускные и вьіпускные трубопроводы размещают с разных сторон головки блока в целях упрощения его компоновки и улучшения формы впускных и вьіпускных каналов.
Расположение клапанов относительно оси цилиндра может бьггь параллельным в дизелях и при плоскоовальных камерах сгорания у двигателей с искровьім зажиганием, а также под наклоном для клиновьж камер сгорания двигателей с искровым зажиганием. Последнее позволяет улучшить впускную систему и расположение свечей зажигания.
Поперечное или косоерасположение клапанов в цилиндре исполь-зуют в полусферических и шатровьж камерах сгорания двигателей с искровым зажиганием при установке свечи в центре камеры сгорания. Такая компоновка клапанов обеспечивает наиболее плавную форму каналов и большие проходные сечения, что снижает гидравлические потери и увеличивает наполнение. Возможность наклона или смещения клапанов относительно оси цилиндра позволяет улучшить впускную систему, камеру сгорания, расположение форсунок или свечей зажигания.
При зтом клапаны размещают под углом к оси цилиндра, который вязьівается углом развала. С ростом утла развала появляется возможность увеличения диаметров клапанов.
Привод клапанов осуществляется от одного распределительного вала через коромысла или от двух валов через толкатели и реже − через коромысла или рычаги.
При поперечном расположении клапанов впускные и внпускные каналы направлены в разные стороны, а при косом — в одну или в разные стороны. Расположение каналов в разные стороны позволяет максимально приблизить друг к другу тарелки клапанов, и, как следствие, несколько увеличить их диаметр. Однако возможности улучшения наполнения цилиндров в двухклапанном механизме за счет увеличения диаметров головок клапанов ограничены.
Многоклапанные МГР (3, 4, 5 клапанов на цилиндр) (рис. 1, б, в) позволяют получить более высокий козффициент наполнения за счет увеличения общего проходного сечения трактов. При этом уменьщаются габариты и масса подвижных элементов МГР и, следовательно, сили инерции. Однако при зтом повышаются стоимость изготовления, сложность конструкций и снижается надежность функционирования МГР.
По месту расположения распределительного вала различают МГР с нижним или средним (рис. 2, а) и верхним (рис. 2, б... є) расположением.
Рисунок 2 Расположение и число распределительных валов:
а – нижнее; б, г – верхнее одного распределительного вала; д,е – двух распределительных валов; 1 – распределительный вал; 2 – толкатель; 3 – штанга; 4 – коромысло; 5 – клапанный механизм; 6 – траверса.
Нижние распределительные валы располагают в картере двигателя, а в У-образных конструкциях − в развале блока цилиндров. Достоинствами данного расположения являются простота конструкции и компактность привода. К недостаткам схемы относятся сравнительно большая масса движущихся злементов МГР и меньшая жесткость привода клапанного узла из-за длинной податливой штанги, что может привести к возникновению колебаний и изменениям требуемого закона подьема клапана. Поэтому такая схема используется в двигателях с относительно невысокой номинальной частотой вращения.
Привод распределительного вала от коленчатого вала обично осуществляется с помощью зубчатой пары. Для снижения шума при работе зубья шестерен выполняют косыми. С зтой же целью шестерню распределительного вала нередко изготовляют из текстолита.
Привод клапана от кулачка распределительного вала осуществляется через толкатель, штангу и коромисло.
Верхние распределительные валы устанавливают в головке блока цилиндров. Эго обусловливает большое межосевое расстояние между коленчатым и распределительным валами. Причем из-за большого диаметра шестерни на распределительном валу габариты двигателя, особенно четырехтактного (в головке), возрастают. Для привода клапанов могут использоваться один (рис. 2, б... г) или два (рис. 2, д, є) распределительных вала.
Привод распределительного вала от коленчатого вала организуется цепью или зубчатим ремнем. В мощных дизелях привод возможен с помощью цилиндрических шестерен, а также системы промежуточннх валов с коническими или винтовыми шестернями.
Привод клапанов осуществляется одним или двумя распредели-тельными валами.
При одном распределительном вале и двух клапанах на цилиндр с продольным расположением предпочтителен непосредственный привод их кулачками вала через направляющий стакан 1 (рис. 3, а), перемещающийся в стойке 2 или через одноплечие рычаги (рис. 3, б...г), а при поперечном и ко-сом расположении клапанов − через коромысла.
Для ГРМ с двумя распределительными валами характерен непосредственный привод клапанов кулачками вала (рис. 2, д, є). При зтой схеме удобно располагать в центре камеры сгорания свечу или форсунку. Аналогично для многоклапанных механизмов здесь возможен привод непосредственно от кулачков или попарный с помощью продольной траверсы (рис. 2, б) или вильчатых коромысел (рис. 3, з).
Рисунок 3 Привод клапанного механизма:
а – непосредственный; б...г – через рычаги; д...з – с помощью коромысла: 1 – стакан, 2 и 6 – стойки, 3 и 4 – регулировочные болты, 5 – шарик, 7 – канал.