ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

2

Динамика

и конструирование

Под редакцией члена-корреспондента ран, профессора, доктора технических наук в. Н. Луканина

Рекомендовано Государственным комитетом Российской Федерации по высшему образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Наземные транспортные системы» и специальностям «Автомобиле- и тракторостроение», «Машины инженерного вооружения»

Москва «Высшая школа»

1995

ББК 31.365

Д23 УДК 621.43

Издание выпущено в свет при содействии Комитета РФ но печати

В. Н. Лукашш, и. В. Алексеев, м. Г. Шатров, а. В. Павлов , ю. В. Горшков, н. И. Назаров, с. П. Ежов, л. М. Манохин, в. В. Синявский

Рецензенты:

кафедра «Поршневые и комбинированные двигатели» Ml ТУ им. Н. Э. Баумана (зав. кафедрой — д-р техн. наук, проф. Н. А. Иващенко); д-р техн.

наук, заслуженный деятель науки и техники РФ, проф. В. И. Кругов

Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 2. Динами- Д23 ка и конструирование: Учеб./В. Н. Луканин, И. В. Алексеев, М. Г. Шатров и др.; Под ред. В. Н. Луканина. — М.: Высш. шк., 1995 — 319 с: ил.

Isbn 5-06-003298-1

Isbn 5-06-003296-5 (Кн. 2)

В книге содержатся сведения по кинематике и динамике кривошипно- шатуиного механизма, излагаются вопросы уравновешивания, колебаний, шу- ма и вибрации ДВС и их элементов; проведен анализ условий работы, особен- ностей конструкции, расчета деталей и систем ДВС; рассмотрены основы проектирования ДВС с использованием ЭВМ.

Для студентов технических вузов и специалистов.

2203050000—090

Д 81-95 ББК 31.365

001(01)—95 6П2.24

© Коллектив авторов, 1995

Глава 9

МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

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.

9.1. Конструктивный обзор

Широкое распространение получили конструкции двигателей с двухклапанными МГР, включающие в себя один впускной и один выпускной клапаны (рис. 9.1; 9.2). В двигателях с цилиндрическими и клиновидными камерами сгорания клапаны располагаются в один ряд вдоль оси блока (см. рис. 9.1). Впускные и выпускные 1елаланы чередуются (рис. 9.1, а) или располагаются попарно (рис. 9.1, б). В последнем случае впускные клапаны соседних цилиндров могут иметь один общий или раздельные патрубки для каждого клапана

(рис. 9.1., а, в). Двухрядное расположение клапанов (рис. 9.2) приме- няют в ДсИЗ, имеющих шатровые или полусферические камеры сгорания. Оси клапанов могут быть наклонены к оси цилиндра (см. рис. 9.6, б, г), что позволяет увеличить диаметры горловин клапанов и упростить форму каналов в головке. 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. 9.1, а, б), так и с обеих сторон (рис. 9.1, в). В двигателях с двухрядным расположением клапанов и в V-образных двигателях трубопроводы

располагаются по обе стороны головки цилиндров (рис. 9.2).

Все большее распространение получают конструкции механизма газораспределения с тремя (рис. 9.3) и четырьмя клапанами на один цилиндр (рис. 9.4). 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. 9.3, а) или с одним впускным большого диаметра и двумя выпускными (рис. 9.3, б). При установке четырех клапанов на один цилиндр (рис. 9.4) одноименные клапаны могут располагаться вдоль продольной оси блока (рис. 9.4, а) или в двух рядах (рис. 9.4, 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 различных рядах.

При выборе схемы привода клапанов стремятся максимально снизить массы движущихся элементов механизма газораспределения и увеличить его общую жесткость.

Механизмы газораспределения подразделяют на механизмы с нижним или средним (рис. 9.5) и верхним (рис. 9.6) расположением распределительных валов. Нижние распределительные валы устанавливаются в картере. В V-образных конструкциях они располагаются обычно в развале блока цилиндров. Нижнее расположение распределительного вала широко применялось и применяется в силу простоты конструкции и компактности привода. Существенным его недостатком являются сравнительно большая масса движущихся элементов и наличие длинной податливой штанги, снижающей общую жесткость механизма. В связи с этим распределительные валы стремятся по возможности располагать в верхней части блока.

Верхние распределительные валы размещаются на головке блока цилиндров; при этом для привода клапанов могут использоваться один (рис. 9.6, а...в) или два (рис. 9.6, г, д) распределительных вала.

Нижний распределительный вал чаще всего приводится во вращение непосредственно от коленчатого вала с помощью зубчатой пары (рис. 9.7, а). При большом межцентровом расстоянии рас-

з

Рис. 9.6. Верхнее расположение распределительного вала: одного (л.л), двух (г,д)

пределительного и коленчатого валов в привод могут быть введены промежуточные шестерни (рис. 9.7, б) или может быть использована цепная передача (рис. 9.7, в). Для большей плавности зацепления и уменьшения шума при работе зуб шестерен выполняется косым. С этой же целью шестерню распределительного вала нередко выполняют из текстолита (всю шестерню или только ее обод) и выбирают модуль шестерен по возможности малым.

Рис. 9.7. Привод к нижним распределительным валам с помощью:

а — зубчатой пары, б — промежуточных шестерен, в — цепной передачи; 1 — коленчатый вал, 2 — кулачковый вал, 3 — промежуточная шестерня,

4 — цепь

Верхние распределительные валы приводятся в движение при помощи системы промежуточных валов с коническими или винтовыми шестернями (рис. 9.8), а цилиндрическими шестернями (рис.9.8, б), цепью (рис. 9.8, в) или зубчатым ремнем (рис. 9.8, г). Привод с промежуточными валами надежен в работе, но сложен в конструктивном отношении, требует тщательной регулировки зацепления 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 МГР, 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. 9.9,а) вращающийся в эксцентричных отверстиях опор 2, угловое положение которых устанавливается исполнительным устройством 3 взависимости от частоты вращения коленчатого вала. Во втором варианте регулирование фаз осуществляется (рис. 9.9, 6) изменением положения рычага 4 относительно кулачков распределительного вала, вращающегося в неподвижных опорах.

Привод клапанов при нижнем расположении распределительного вала осуществляется кулачками 7, толкателями 2, штангами 3 и коромыслами 4 (см. рис. 9.5, а). В большинстве случаев впускные и выпускные клапаны приводятся от одного распределительного вала. Привод одноименных клапанов четырехклапанного механизма, расположенного в двух рядах, выполняется аналогично, но при этом коромысло 1 (рис. 9.5, б) воздействует на поперечную связующую траверзу 2, перемещающуюся в направляющей стойке 3. При расположении одноименных клапанов в отдельных рядах они приводятся вильчатыми коромыслами (см. рис. 9.18, г); с непосредственным воздействием кулачков на клапаны (см. рис. 9.6, д);либо через продольные траверзы.

В случае верхнего расположения распределительных валов привод клапанов осуществляется следующим образом:

• при расположении клапанов в один ряд — непосредственно от кулачков распределительного вала (см. рис. 9.6, в);

ф при двух клапанах на один цилиндр, расположенных в двух рядах: 1) в случае двух распределительных валов — непосредственно от кулачков распределительного вала (см. рис. 9.6, г); 2) в случае одного распределительного вала — через коромысла (см. рис. 9.6,б), продольную траверзу или с помощью вильчатых коромысел (см. рис. 9.18, г).

Привод клапанов трехклапанных механизмов осуществляется непосредственным воздействием кулачков на клапаны от двух распределительных валов.