Механизм газораспределения: клапанные механизмы газораспределения |
Техническая информация |
Клапаны, перекрывающие впускные и выпускные отверстия цилиндров, называются соответственно впускными ивыпускными. Каждый цилиндр четырехтактного двигателя должен иметь, как минимум, два клапана: один впускной и один выпускной. Если цилиндры снабжены тремя или как в дизеле В-2 четырьмя клапанами, то два из них управляют впуском. В зависимости от расположения клапанов относительно цилиндра различают нижнеклапанные, верхнеклапанные исмешанныемеханизмы газораспределения. Нижнеклапанное газораспределение является самым простым из клапанных механизмов. Оно характеризуется тем, что впускные и выпускные клапаны расположены сбоку цилиндра, поэтому эти механизмы называют механизмами с боковым расположением клапанов. Рассмотрим устройство и принцип работы нижнеклапанного механизма на примере 6-цилиндрового двигателя ГАЗ-51 (рис. 1, а). Клапаны 8 и 9, имеющие грибовидную форму (головку со стержнем), нагружены клапанными пружинами 11, которые закрепляются на стержнях с помощью тарельчатой шайбы 3 и сухарей 4. В результате действия этих пружин клапаны плотно перекрывают впускное и выпускное отверстия цилиндра. Под стержнями клапанов установлены толкатели 16, опирающиеся своей тарельчатой частью на распределительный вал 14. Распределительный или кулачковый вал, имеющий 12 кулачков (по числу клапанов), при помощи шестерен привода получает вращение от коленчатого вала двигателя, вследствие чего кулачки набегают на толкатели и поднимают их вместе с клапанами. В рассматриваемом случае кулачок 15 открывает впускной клапан 8 и надпоршневая полость цилиндра соединяется с впускным каналом 6. Далее при вращении кулачкового вала 14 клапанная пружина 11 опускает клапан на седло 20. Так кулачки вала со строго заданной последовательностью открывают, а пружины закрывают перемещающиеся в своих направляющих втулках 19 впускные и выпускные клапаны, обеспечивая смену рабочего тела в цилиндрах. Рис. 1 - Механизмы газораспределения: а) с нижним расположением клапанов: 1— ниша для сбора масла: 2 — полость коробки клапанов: 3 — шайба опорная (тарельчатая); 4 — сухарики; 5 — блок цилиндров; в—впускной канал; 7—головка цилиндров: 8,9 — впускной и выпускной клапаны; 10 20 — гнезда (седла) клапанов; 11— пружина; 12 — контргайка: 13 — проточка на стержне толкателя; 14 — распределительный вал; 15 — кулачки; 16 — толкатели; 17 — болт регулировочный: 18 — головка болта; 19 — направляющие втулки; б) с верхним расположением клапанов: 1- кулачок; 2 - картер; 3 - толкатель; 4 - штанга; 5 — стойка крепления валика коромысел; 6 — коромысло; 7 — валик коромысел: 8 - регулировочный болт; 9 - контргайка; 10 - наконечник стержня клапана; 11-тарелка пружин; 12 - сухарики; 13 – наружная пружина; 14- внутренняя пружина клапана- 15 - опорная шайба; 16 - направляющая втулка; 17 - клапан; 18 - седло клапана; 19 - головка цилиндра; в) со смешанным расположением клапанов: 1- впускной клапан; 2 и 7 — направляющая втулка; 3 и 8 — пружина; 4 — коромысло; 5 — штанга 6— выпускной клапан; 9 — толкатель; 10 — распределительный вал Чтобы повысить плотность прилегания клапанов к сёдлам перекрываемых ими отверстий впуска и выпуска, клапаны и сёдла выполняются с конусными фасками. С этой же целью между толкателем и стержнем клапана помещают регулировочный болт 17 с контргайкой 12, доступ к которым осуществляется через полость 2. Регулировочный болт ввертывают в тело толкателя так, чтобы обеспечить гарантированный зазор между его головкой 18 и стержнем клапана в рабочем (горячем) состоянии и надежно фиксируют гайкой 12. Благодаря этому усилие пружины 11 полностью передается на уплотнительную фаску клапана как в холодном так и в горячем состоянии деталей механизма газораспределения и остова двигателя. Нижнеклапанному газораспределению присущи не только простота механизма и повышенная жесткость конструкции, но и сравнительно небольшой шум работы, что очень важно для автомобильного двигателя. Однако такая конструкция ограничивает воз сжатия, не превышающих 7,5 единиц. Кроме того, камеры сгорания, применяемые для нижнеклапанных двигателей, имеют относительно большие поверхности охлаждения, через которые непроизводительно теряется часть тепла, выделяющегося при сгорании топлива. Потеря этого тепла ухудшает экономичность двигателя. Верхнеклапанное газораспределение размещается одновременно в блоке и в головке цилиндров (рис. 1, б). Клапаны 17 расположены (подвешены) над цилиндром, поэтому такие механизмы называют иногда механизмами с подвесными клапанами. Принцип их работы не отличается от рассмотренных выше нижнеклапанных, но конструкцию они имеют более сложную. Открытие клапанов обеспечивается при этом следующими дополнительными деталями: коромыслом 6, шарнирно посаженным на ось 7, закрепленную в стойках (кронштейнах) 5, и толкающей штангой 4, передающей усилия от толкателя 3 к коромыслу 6. Применение верхнеклапанных механизмов приводит к увеличению высоты двигателя и заметно снижает общую жесткость системы. Тем не менее автомобильные карбюраторные двигатели в настоящее время строят верхнеклапанными (дизели вообще имеют только верхнеклапанное газораспределение). Верхнеклапанное газораспределение снимает ограничения по степени сжатия и уменьшает гидравлическое сопротивление на впуске. Это улучшает на 7—8% наполнение цилиндров и позволяет более рационально компоновать камеры сгорания, повышая этим общее использование тепла в цилиндрах. Снижение жесткости механизма наблюдается при работе двигателя с большим числом оборотов коленчатого вала вследствие деформации штанг и других деталей. Как результат этого, закон подъема клапанов, т. е. зависимость высоты их подъема от угла поворота кулачков, нарушается и на некоторых участках не соответствует профилю кулачков распределительного вала, который подбирается из условий наивыгоднейшего наполнения. Опыты показывают, что деформация деталей механизма приводит к ухудшению мощностных и экономических показателей двигателя. Для устранения этого явления в современных быстроходных двигателях распределительный вал устанавливают на головке блока, что значительно упрощает кинематическую связь между его кулачками п клапанами. Двигатели такого типа обычно называются двигателями с верхним расположением распределительного вала.К ним относятся двигатель отечественного производства МЗМА-412 и ряд современных зарубежных двигателей: БМВ-2000 (ФРГ), Форд-427 и Понтиак-216 (США), Фергюсон (Англия). Конструкции различных механизмов газораспределения с верхним распределительным валом показаны на рис. 2. Рис. 2 - Механизмы газораспределения с верхним расположением кулачкового вала: а) с непосредственным воздействием кулачков на клапаны (дизель В-2); б) устройство для регулирования зазора в клапанном механизме (дизель В-2); в) передачей усилий от кулачков на клапаны через коромысла (двигатель Форд-427); г) с передачей усилий через промежуточный рычаг (двигатель Понтиак-216)
На рис. 2, а представлено газораспределение V-образного дизеля В-2 с непосредственным воздействием кулачков распределительных валов на клапаны. Этот способ привода весьма эффективен, но имеет следующие недостатки: создает большое боковое усилие, передающееся на стержень клапана в процессе его подъема, отличается сложностью регулировки зазоров между клапанами и распределительным валом. Возникающие при этом боковые усилия приводят к изгибу стержня клапана и увеличению его износа. На практике износ стержней уменьшают двумя способами: используют утолщенные стержни клапанов или освобождают их от восприятия боковых усилий. Так, в дизеле В-2 стержни клапанов имеют толщину 18 мм, что примерно вдвое превышает обычные размеры стержней клапанов, применяемых в автомобильных двигателях. Поэтому в двигателях автомобильного типа чаще прибегают к разгрузке стержней путем передачи силы, возникающей от действия кулачков (иногда и от коромысел), на специальные стаканы, накрывающие стержни и пружины клапанов и перемещающиеся в своих направляющих гнездах. Регулировка клапанов в дизеле В-2 производится с помощью устройства, показанного на рис. 2, б, состоящего из опорной тарелки 2 с резьбовой частью, ввернутой в стержень 1 клапана и замочной шлицевой шайбы 3, которая одевается на шлицованный конец стержня клапана и прижимается к тарелке 2 клапанной пружиной. На соприкасающихся горцах замочной шайбы и тарелки клапана имеются пояски радиальных треугольных шлиц, фиксирующих тарелку в заданном положении относительно стержня. На рис. 2, в, г показаны механизмы, в которых усилия от кулачков распределительного вала передаются стержням клапанов через коромысла и промежуточные рычаги. Коромысла используются довольно часто, но они тоже полностью не разгружают стержни клапанов от воздействия боковых сил. Однако величина их всегда бывает меньше, чем в рассмотренном механизме дизеля В-2. С этой точки зрения более практична конструкция механизма, применяемая на двигателе Понтиак-216 (см. рис. 2, г), где боковые усилия на стержень клапана вообще не передаются, а воспринимаются штоком специального гидравлического устройства, на которое опирается промежуточный рычаг. Наличие гидравлической опоры у рычага обеспечивает постоянный контакт его с кулачком распределительного вала и исключает тем самым необходимость регулировки зазоров в процессе эксплуатации. При смешанном расположении клапанов(см. рис. 1, в) в головке цилиндра устанавливают впускные клапаны, а в блоке — выпускные. Благодаря этому удается несколько упростить общую конструкцию механизма и одновременно использовать преимущества верхнеклапанного газораспределения. Однако перспективным клапанным газораспределением является не смешанное, а верхнеклапанное с кулачковым валом, расположенным на головке цилиндра (см. рис. 2). Такое газораспределение обеспечивает падежную работу клапанного механизма и в современных быстроходных двигателях.
Источник: Райков И.Я., Рытвинский Г.Н. Двигатели внутреннего сгорания, 1971 г Newer news items:
Older news items:
|