сообщение №888

Газораспределительный механизм

В двигателях автомобилей применяют газораспределительные механизмы с нижним и верхним расположением клапанов. Верхнее расположение клапанов имеет ряд преимуществ, способствующих повышению мощности и экономичности двигателя, а именно:

  1. компактная камера сгорания с более коротким путем горения рабочей смеси препятствует возникновению детонации и позволяет повысить степень сжатия;
  2. отношение поверхности камеры сгорания к ее объему на 30—35% меньше по сравнению с Г-образной камерой, что сокращает потери тепла в охлаждающую жидкость и повышает экономичность двигателя;
  3. возможность увеличения размеров и высоты подъема впускных клапанов, а следовательно, повышение наполнения;
  4. доступность регулировки клапанного механизма.

Распределительный вал.

При нижнем расположении вала его привод состоит из пары цилиндрических шестерен с косыми зубьями; на коленчатом валу стальная шестерня, а на распределительном — текстолитовая (двигатели ЗМЗ) или чугунная (двигатели ЗИЛ).

При верхних клапанах распределительный вал располагают в нижней или верхней части блока цилиндров («Москвич-412»). Привод распределительного вала двигателей автомобилей ЗИЛ-111 и «Москвич-412» осуществлен бесшумной цепью.

Рис 11. Распределительные шестерни двигателей ЯМЗ: 1 — шестерня коленвала; 2 — шестерня распредвала; 3 — топливный насос высокого давления ТНВД; 4 —
Рис 11. Распределительные шестерни двигателей ЯМЗ: 1 — шестерня коленвала; 2 — шестерня распредвала; 3 — топливный насос высокого давления ТНВД; 4 — шестерня привода вентилятора; 5 — ведомая шестерня привода ТНВД; 6 — ведущая шестерня привода ТНВД; 7 — распределительный вал двигателя; 8 — шестерня привода масляного насоса; 9 — масляный насос; 10 — промежуточная шестерня привода масляного насоса

На рис. 11 показаны распределительные шестерни двигателей ЯМЗ. От шестерни 1 коленчатого вала получает вращение шестерня 2 распределительного вала и промежуточная шестерня 10 привода масляного насоса. Шестерня 2 вращает шестерню 4 привода вентилятора. Вал топливного насоса 3 высокого давления имеет привод от ведомой шестерни 5, получающей вращение от ведущей шестерни 6, закрепленной на распределительном валу 7 сзади шестерни 2.

Распределительный вал устанавливают в биметаллических (ЗМЗ, ЗИЛ) или металлокерамических (ЯМЗ) втулках.

Для облегчения установки распределительного вала в блок цилиндров шейки его выполняют ступенчатыми. Углы взаимного расположения кулачков на валу зависят: для одноименных кулачков — от числа цилиндров, для разноименных — от фаз газораспределения.

Продольное смещение распределительного вала ограничивают упорным фланцем 5 (см. рис. 5), привернутым к блоку цилиндров. Распорная шайба, зажатая между ступицей шестерни 6 и торцом передней шейки распределительного вала, несколько толще фланца 5. Этим обеспечивается осевой зазор распределительного вала двигателей, равный 0,08—0,208 мм.

На переднем конце распределительного вала двигателя ЗМЗ-66 крепится эксцентрик 3 привода топливного насоса и балансир 4, предназначенный для уравновешивания сил инерции, возникающих при вращении эксцентрика.

Толкатели

Рис 12. Толкатели: а — поршневого типа (ЗМЗ-66); б — гидравлический (ЗИЛ-111); в — качающийся роликовый (ЯМЗ): 1 — пята; 2 — втулка толкателя; 8 — ро
Рис 12. Толкатели: а — поршневого типа (ЗМЗ-66); б — гидравлический (ЗИЛ-111); в — качающийся роликовый (ЯМЗ): 1 — пята; 2 — втулка толкателя; 8 — ролик; 4 — игольчатый подшипник; 5 — ось ролика; 6 — плунжер; 7 — пластинчатый клапан; 8 — пружина плунжера; 9 — корпус толкателя; 10 и 11 — отверстия

Толкатели поршневого типа изготовляют из стали с наплавленной чугунной пятой (рис. 12, а). В двигателях ЯМЗ — толкатели качающиеся роликовые (рис. 12, б), ролик 3 вращается на игольчатом подшипнике 4. В месте соприкосновения со штангой в толкатель запрессована пята 1 со сферической поверхностью.

Гидравлические толкатели двигателя ЗИЛ-111 (рис. 12, б) автоматически обеспечивают устранение зазоров и бесшумность работы клапанного механизма. При закрытом клапане пружина 8 отжимает плунжер 6 вверх, устраняя зазоры в клапанном механизме. Пространство между корпусом 9 толкателя и плунжером 6 при этом увеличивается и пополняется маслом из системы смазки двигателя через отверстия 10 в корпусе толкателя, отверстия 11 в плунжере и клапан 7.

При подъеме клапана толкающая штанга нажимает на пяту 1, и плунжер перемещается вниз, клапан 7 закрывается. Вследствие несжимаемости масла гидравлический толкатель при этом действует как жесткий толкатель, обеспечивая открытие клапана.

Недостатком гидравлических толкателей является высокая стоимость изготовления. Кроме того, для них требуется исключительно чистое, некоксующееся масло.

Толкающие штанги и коромысла.

Штанги изготовляют полыми, из стали или дюралюминия со стальными закаленными сферообразными наконечниками.

Коромысла устанавливают на общую ось, укрепленную на головке цилиндров с помощью стоек, или каждое коромысло 10 (см. рис. 3) на отдельную ось 3. Положение оси коромысла фиксируется двумя штифтами. Разрезная ось 18 толкателей 15 состоит из трех частей и опирается на четыре чугунные втулки 17. Распределительный вал 19 вращается в четырех металлокерамических втулках.

Клапаны.

Головки клапанов при работе двигателя сильно нагреваются (впускные до 400° С, выпускные до 900° С), поэтому впускные клапаны изготовляют из хромистой стали, выпускные клапаны (или только их головки) — из высококачественной жаростойкой стали, а вставные седла клапанов — из жароупорного чугуна.

Клапаны имеют тарельчатую плоскую головку; для лучшего наполнения цилиндров диаметр головки впускного клапана делают больше, чем выпускного: Рабочую поверхность головки клапана наплавляют жаро- и износостойким сплавом, стержень хромируют. На стержне клапана выполняется кольцевая выточка, в которую вставляются два сухаря для крепления пружины.

На стержнях впускных клапанов часто устанавливают маслоотражательные резиновые колпачки, уменьшающие проникание масла в цилиндр двигателя через зазор между направляющей втулкой и стержнем клапана.

Рис 13. Выпускной клапан с механизмом его поворота: а — выпускной клапан; б и в — схемы механизма поворота клапана
Рис 13. Выпускной клапан с механизмом его поворота: а — выпускной клапан; б и в — схемы механизма поворота клапана

1 — выпускной клапан; 2 — корпус устройства для поворота клапана; 3 — упорная шайба; 4 — замочное кольцо; 5 — пружина клапана; 6 — опорная шайба пружины; 7 — сухарь; 8 — натриевое наполнение клапана; 9 — жаро- и износостойкая наплавка; 10 — заглушка; 11 — седло клапана; 12 — дисковая пружина; 13 — шарик; 14 — возвратная пружина

Выпускные клапаны двигателей ЗМЗ-66 и ЗИЛ-131 выполняют полыми (рис. 13, а). Для лучшего охлаждения внутренние полости клапанов, заполняют натрием, который имеет высокую теплопроводность и температуру плавления 98° C. При повышении температуры натрий расплавляется и при перемещении клапана омывает внутреннюю его полость, отводя тепло от головки к стержню. Тепло от стержня передается стенкам направляющей втулки клапана.

Выпускные клапаны двигателей ЗИЛ принудительно поворачиваются (20—40 об/мин при 3200 об/мин коленчатого вала), что предотвращает их заедание и обгорание. Механизм поворота состоит из неподвижного корпуса 2, пяти шариков 13 (рис. 13, б и в) с возвратными пружинами 14, дисковой пружины 12 и упорной шайбы 3 с замочным кольцом 4. Корпус 2 устанавливается на направляющей втулке клапана в углублении головки цилиндров и имеет секторные пазы для шариков 13. Упорная шайба 3 и дисковая пружина 12 с зазором надеты на выступ корпуса. При закрытом клапане, когда усилие его пружины 5 невелико, дисковая пружина 12 (рис. 13, б) выгнута наружной кромкой кверху, а внутренней кромкой опирается на заплечик корпуса. Когда открывается клапан, усилие его пружины увеличивается, дисковая пружина 12 распрямляется (рис.13, а), между внутренней ее кромкой и заплечиком корпуса 2 появляется зазор. Усилие пружины передается на шарики 13, и они, перекатываясь по секторным пазам корпуса, поворачивают дисковую пружину и упорную шайбу, а следовательно, пружину клапана и клапан.

При закрытии клапана усилие его пружины уменьшается, дисковая пружина 12 прогибается и упирается в заплечик корпуса, освобождая шарики 13, которые под действием пружин 14 возвращаются в исходное положение.

При верхнем расположении клапанов иногда устанавливают не одну, а две пружины на каждый клапан («Москвич-408», ЯМЗ-236, ЯМЗ-238), чем достигается уменьшение размеров пружин и большая надежность. Направление витков внутренней и наружной пружин должно быть разным, чтобы при поломке одной из них ее витки не могли попасть между витками другой и вызвать аварию.

Фазы газораспределения.

Под фазами газораспределения понимают моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Фазы подбирают опытным путем в зависимости от быстроходности двигателя и конструкции его впускной и выпускной систем. Для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов выпускной клапан начинает открываться до н. м. т., а закрывается после в. м. т. Для лучшего наполнения цилиндров впускной клапан начинает открываться до в. м. т., а закрывается после н. м. т.

Фазы газораспределения двигателей ЗМЗ-66, ЗИЛ-131, ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 приведены на рис. 14. Правильность установки газораспределения определяется зацеплением распределительных шестерен в соответствии с имеющимися на них метками.

Рис 14. Диаграммы фаз газораспределения двигателей: a — 3M3-66; б — ЗИЛ-131; в — ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238
Рис 14. Диаграммы фаз газораспределения двигателей: a — 3M3-66; б — ЗИЛ-131; в — ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238

Постоянство фаз газораспределения сохраняется при соблюдении температурного зазора между стержнем клапана и носком коромысла. При увеличении зазора продолжительность открытия клапана уменьшается, а при уменьшении — увеличивается.

При малом зазоре и нагреве двигателя могут произойти неплотная посадка клапана на седло, утечка газов и обгорание рабочей поверхности клапана, при увеличенном зазоре — неполное открытие клапанов, ухудшение наполнения и очистки цилиндров, повышение ударной нагрузки на сопряженные детали клапанного механизма, приводящие к их ускоренному износу.

В.М. Кленников, Н.М. Ильин

Статья из книги «Устройство грузового автомобиля». Читайте также другие статьи из

Глава «Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы двигателя»: