Тема 9. Механизм газораспределения.
Содержание темы Работа механизма газораспределения. Детали клапанного механизма газораспределения.
Газораспределительный механизм.Механизм распределения впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Осуществляется путём открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов цилиндров при помощи распределительного вала и кулачкового механизма. Распредвал имеет жёсткую синхронизацию вращения с коленвалом, реализованную с помощью зубчаторемённой или цепной передачи. Как правило, на высокофорсированных двигателях обрыв или проскальзывание ремня или цепи ГРМ приводит к выходу двигателя из строя. В настоящее время на рынке присутствуют различные двигатели с системами сдвига фаз газораспределения.
Различают одно- и двухвальные ГРМ, в зависимости от количества распределительных валов в головке блока цилиндров. В одновальном ГРМ— один вал. В двухвальном - соответственно два. Это в частности означает, что V-образный или оппозитный двигатель имеет два или четыре распределительных вала. Механизм газораспределения должен обеспечивать очистку цилиндров от продуктов сгорания (отработавших газов) на такте выпуска и наполнение цилиндров новой порцией топливно-воздушной смеси на такте впуска. В двигателях внутреннего сгорания применяют клапанное, золотниковое и комбинированное газораспределение.
VTEC — технология фирмы Honda. Регулировка заключается в использовании для регулируемого клапана 2 кулачков.
VVT-i — технология фирмы Toyota. Регулировка производится поворотом распределительного вала относительно его приводной звёздочки.
Valvetronic— технология фирмы BMW. Регулировка высоты подъёма клапанов за счёт изменения положения оси вращения коромысел.
Благодаря сравнительно простому устройству и высокой надёжности клапанное газораспределение получило большее распространение. Находят применение следующие типы ГРМ:
1) с верхним расположением клапанов;
2) с нижним расположением клапанов (встречаются редко); 3) размещением распределительного вала на головке блока цилиндров (двигатели ОНС); 4) размещением распределительного вала в блоке цилиндров. По числу клапанов, приходящихся на один цилиндр двигателя, следует различать газораспределительные системы классической конструкции - с двумя клапанами на цилиндр, и многоклапанные системы, с тремя – шестью клапанами на цилиндр. Для привода многоклапанных систем используются схемы DOHC – двигатели с двумя верхними распределительными валами. Детали ГРМ для удобства можно объединить в следующие группы: 1). Распределительный вал и детали привода РВ;
2). Детали клапанной группы;
3). Детали привода клапанов и передаточные детали.
Распределительный вал и детали привода распределительного вала. Распределительный вал (РВ) обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Вал классической конструкции кулачкового типа имеет кулачки управления впускными и выпускными клапанами и опорные шейки. На валу может располагаться шестерёнка привода масляного насоса и распределителя зажигания и эксцентрик привода топливного насоса карбюраторных двигателей. Валы изготавливаются из сталей методом штамповки или отливаются из высокопрочного чугуна, легированного хромом, никелем, молибденом и др. металлами. Шейки и кулачки вала шлифуются и подвергаются закалке отбеливанием или токами высокой частоты. Опорными шейками вал устанавливается в опорах (подшипниках скольжения) и закрепляется крышками. Опоры и крышки опор могут быть объединены между собой в корпус подшипников распределительного вала. От осевого перемещения распределительный вал удерживается упорным подшипником. Смазка опор осуществляется под давлением. Масло в подшипник поступает по каналам, выполненным в опорах и в самом валу. Кулачки смазываются принудительно (под давлением) или разбрызгиванием. Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала двигателя зубчатым ремнём, цепью или зубчатой передачей (шестернями). Передаточное отношение шестерён коленчатого и распределительного валов равна двум. Звёздочки и зубчатые шестерни валов имеют установочные метки, именуемые метками фаз газораспределения. При сборке двигателя валы двигателя должны быть установлены строго по этим меткам. Цепной и ременный привод РВ имеют систему натяжения цепи (ремня). К деталям клапанной группы относятся впускные и выпускные клапаны, сёдла клапанов, направляющие втулки клапанов со стопорными кольцами и уплотнениями клапана (сальниками), клапанные пружины, тарелки, шайбы и конические разрезные «сухари». Клапаны. Основными элементами клапана являются головка и стержень. Клапаны изготавливаются из прутковой стали способом её высадки. Для изготовления впускного клапана применяют хромистую или хромокремнистую сталь. Выпускные клапаны работают в условиях высоких температур, и во избежание быстрого выгорания производятся из жаропрочных хромоникельмарганцовистых сталей. При этом стержень и головка выпускных клапанов может изготавливаться из разных сталей и соединяться между собой сваркой. Стержень выпускного клапана иногда делается полый. Полость заполняется жидким металлическим натрием, который при работе клапана способствует переносу тепла от сильно нагретой головки клапана в стержень. Поверхность стержня шлифуют и иногда хромируют для повышения износоустойчивости. Рабочей поверхностью тарелки клапан плотно прилегает к седлу, запрессованному в головку блока цилиндров. Сёдла клапанов для алюминиевых головок блока выполняются из жаропрочного чугуна (реже стали) и устанавливаются в головку с натягом 0,09 – 0,12 мм с последующей завальцовкой материала головки на седло. Неплотная посадка клапана в седле, является основной причиной его выхода из строя и разгерметизации камеры сгорания. Направляющие втулки клапанов изготавливаются из чугуна, бронзы или металлокерамики и запрессовываются в головку цилиндров блока (или в блок цилиндров, при нижнем размещении клапанов) с натягом 0,04 – 0,08 мм. Через направляющую втулку проходит стержень клапана. Втулка может иметь посадочный поясок для установки сальника клапана (маслосъёмного колпачка), уплотняющего стержень клапана и предотвращающего попадание излишек масла по стержню клапана в камеру сгорания. При этом для улучшения смазки стержня клапана, по внутренней поверхности направляющей втулки выполняют спиральную канавку («резьбу») с шагом 2 – 3 мм, в которой удерживается масло. Зазор между стержнем клапана и втулкой регламентируется изготовителем и для большинства двигателей устанавливается в пределах 0,04 – 0,08мм у впускных клапанов и 0,06 – 0,12мм у выпускных. Пружины клапанов возвращают клапан на седло после снятия с него нагрузки от кулачка распределительного вала, удерживают клапан в закрытом положении, обеспечивая его плотную посадку в седле, и предотвращают разрыв кинематической связи между передаточными деталями и клапаном. На один клапан устанавливается одна или две пружины (внутренняя – малая, и наружная – большая). Витки большой и малой пружин имеют противоположную навивку. Пружина надевается на стержень клапана и закрепляется на его конце через опорную тарелку с помощью разрезных конических сухарей.
В зависимости от конструкции газораспределительного механизма следует различать три основных типа механических приводов клапанов:
Привод с помощью коромысел;
Привод с помощью рычагов;
Привод с помощью цилиндрических толкателей. Для получения оптимальных характеристик двигателя при различных частотах вращения коленчатого вала возникает необходимость управлять временем открытия – закрытия впускных и выпускных клапанов (фазами газораспределения). Существует достаточно много конструкций, позволяющих манипулировать работой клапанов. Конструкция позволяет изменять фазы газораспределения путём изменения высоты подъёма клапанов, что достигается применением распределительного вала с кулачками, имеющими криволинейный профиль. Распределительный вал в подобных конструкциях имеет возможность осевого перемещения.