Грм с нижним расположением распределительного вала – Газораспределительный механизм (ГРМ) — назначение, конструкция и устройство, принцип работы, типы газораспределительных механизмов

Основные типы механизмов газораспределения

Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в цилиндр горючей смеси (у карбюраторных двигателей) или воздуха (у дизелей) и для выпуска отработавших газов. При тактах сжатия и рабочего хода газораспределительный механизм надежно изолирует камеры сгорания от окружающей среды.

Все четырехтактные карбюраторные двигатели и дизели имеют клапанные газораспределительные механизмы. У этих двигателей впуск горючей смеси или воздуха происходит через впускные клапаны, а выпуск отработавших газов — через выпускные клапаны.

У двухтактных двигателей роль клапанов выполняют три окна: выпускное, впускное и продувочное. Процесс газораспределения у двухтактных двигателей реализуется с помощью кривошипно-шатунного механизма, который при возвратно-поступательном движении поочередно открывает и закрывает окна, осуществляя впуск в цилиндр горючей смеси или выпуск отработавших газов, а также сжатие рабочей смеси и рабочий ход.

Газораспределительные механизмы могут иметь нижнее или верхнее расположение клапанов.

Газораспределительные механизмы с нижним расположением клапанов и распределительного вала

К недостаткам относят сложность регулировки тепловых зазоров между стержнем клапана и регулировочным болтом толкателя. Наполнение цилиндров при нижнем расположении клапанов недостаточное, так как горючей смеси для поступления в цилиндр нужно проделать сложный путь, проходя горизонтальные участки и подъемы.

Рис.1. Газораспределительный механизм с нижним расположением клапанов и распределительного вала

Современные двигатели обычно имеют газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов, так как в этом случае камера сгорания получается компактной, улучшается наполнение цилиндров, упрощается регулировка клапанов и значительно уменьшаются потери теплоты с охлаждающей жидкостью (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, КамАЗ-5320, ГАЗ-3110 «Волга». ВАЗ-2108 «Спутник»).

Газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала (рис. 2). Такие механизмы имеют более сложное устройство и применяются на двигателях автомобилей ЗИЛ-433100, -5301, «ГАЗель», «Волга», ГАЗ-3307. У этих двигателей распределительный вал 10 расположен в блоке цилиндров 19. На кулачки вала опираются толкатели 9, которые при помощи штанг 18 через регулировочные винты 16 передают усилие на коромысло 15, а с него на стержень клапана 2. Седло клапана 1 запрессовано в головку блока цилиндров. Механизм более сложный и дорогой по сравнению с механизмом с нижним расположением клапанов, но процесс регулировки тепловых зазоров намного проще, так как подготовительная работа заключается в снятии крышки головки блока 14. При таком механизме улучшается наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом, а также очистка цилиндров от отработавших газов.

Рис.2. Газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала

При верхнем расположении распределительного вала  отсутствуют толкатели и штанги, вследствие чего уменьшаются масса и инерционные силы клапанного механизма, что дает возможность увеличить частоту вращения коленчатого вала и уменьшить уровень шума при работе двигателя.

Механизм газораспределения с верхним расположением клапанов и распределительного вала (рис. 3). Он проще по устройству, так как у него отсутствуют толкатели и штанги. Коромысла 10 устанавливаются на осях коромысел 9 и одним концом опираются на кулачки распределительного вала 11. В другой конец ввернут регулировочный винт 6, который и передает усилия на стержень клапана 2.

Рис.3. Механизм газораспределения с верхним расположением клапанов и распределительного вала

Недостатком этого механизма является более сложное устройство привода распределительного вала.

Верхнее расположение распределительного вала применяют в быстроходных двигателях, так как в этом случае движение передается от кулачка распределительного вала через коромысло на клапан и можно отказаться от промежуточных деталей механизма газораспределения (толкателей и штанг), имеющих возвратно-поступательное движение и большую инерцию.

В двигателях заднеприводных автомобилей ВАЗ (рис.4) распределительный вал расположен в отдельном картере на головке 1 блока цилиндров и вращается в подшипниках скольжения. Привод к клапанам 2, размещенным в один ряд, осуществляется непосредственно от кулачков 6 распределительного вала через одноплечие рычаги (рокеры) 4. Одним концом одноплечий рычаг опирается на стержень клапана, другим — на сферическую головку болта 7 и удерживается на ней при помощи шпилечной пружины.

Рис. 4. Газораспределительный  механизм  двигателей с верхним расположением распределительных валов автомобилей  ВАЗ-2105, -2107 «Жигули»: 1 – головка цилиндров;   2 – клапан;  3 – маслоотражательный колпачок;   4 – рычаг клапана;   5 – корпус подшипников распределительного вала;  6 – распределительный вал;   7 – регулировочный болт;   8 – контргайка болта;  А – зазор между рычагом и кулачком распределительного вала

В двигателях автомобилей «Москвич» (рис. 5) клапаны 1 расположены в два ряда и приводятся в действие коромыслами 3 от кулачков 2 распределительного вала. Для регулировки теплового зазора в клапанах служит регулировочный болт 5 с контргайкой 6, который связан со сферическим наконечником 4.

В двигателях переднеприводных автомобилей ВАЗ-2108 «Спутник», ВАЗ-2109 верхний распределительный вал установлен в отдельном корпусе 4 (рис. 6), расположенном на головке блока цилиндров 1, в которую запрессованы чугунные седла клапанов и направляющие втулки клапанов 2. Верхняя часть втулок уплотняется металлорезиновыми маслоотражательными колпачками 7.

Рис.5. Газораспределительный механизм двигателя с верхним расположением распределительного вала автомобиля «Москвич-21412»: 1 — клапаны; 2 — кулачки; 3— коромысла; 4 — сферический наконечник;  5 — болт; 6 — контргайка; h — тепловой зазор

Клапаны 2 приводятся в действие непосредственно кулачками 5 через цилиндрические толкатели 3 без промежуточных рычагов. В гнездах толкателей находятся шайбы 6 для регулировки зазора 8 в клапанном механизме.

Рис. 6. Газораспределительный механизм двигателей с верхним расположением распределительных валов автомобилей  ВАЗ-2108 «Спутник», ВАЗ-2109: 1 — головка цилиндров; 2 — клапан; 3 — толкатель; 4 — корпус распределительного вала; 5 — кулачок; 6 — регулировочная шайба; 7 — маслоотражательный колпачок; 8 — тепловой зазор

Рис. 7. Газораспределительный механизм двигателя с верхним расположением распределительных валов автомобиля ГАЗ-3110 «Волга»

Во время сжатия и рабочего хода клапаны неподвижны и пружинами плотно прижаты к гнездам, закрывая впускные и выпускные каналы. При вращении коленчатого вала вращение через шестерни передается на распределительный вал, который, вращаясь, кулачками набегает на толкатели и поднимает их вместе со штангами. Штанга поворачивает на оси коромысло, которое бойком нажимает на стержень клапана и опускает его, открывая впускной или выпускной трубопроводы. При дальнейшем вращении распределительного вала кулачок выходит из-под толкателя, освобождая толкатель и коромысло, и клапанный механизм под действием пружин возвращается в первоначальное положение. Затем весь процесс повторяется.

Механизм газораспределения V-образного двигателя

На V-образных восьмицилиндровых двигателях применяют верхнее расположение клапанов (рис. 8). Нижний распределительный вал таких двигателей, установленный в развале блока, является общим для клапанов правого и левого рядов цилиндров.

Открытие клапанов  впускного 6 и выпускного 2, перемещающихся в направляющих втулках, происходит под действием усилия, передаваемого от кулачков и через толкатели 8 штанги 7 и коромысла 4, установленные на осях 5 коромысел. Закрытие клапанов осуществляется под действием пружин, нижние концы которых упираются в шайбы. При наличии у выпускных клапанов механизма вращения их пружины опираются на опорные шайбы этих механизмов. Верхними концами пружины обоих клапанов упираются в тарелки. За два оборота коленчатого вала впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра открываются один раз, а распределительный вал за этот период делает один оборот. Следовательно, распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого вала. Поэтому зубчатое колесо распределительного вала имеет в два раза больше зубьев, чем ведущая шестерня коленчатого вала.

Рис. 8. Газораспределительный механизм V-образного двигателя: 1 — выпускной трубопровод;

 2 — выпускной клапан; 3 — впускной трубопровод; 4 — коромысло; 5 — ось коромысла; 6 — впускной клапан; 7 — штанга; 8 — толкатель; 9 — распределительный вал

Распределительный вал. Распределительный вал изготавливают из стали или специального чугуна и подвергают термической обработке. Профиль его кулачков, как впускных, так и выпускных, у большинства двигателей делают одинаковым.

Рис.9. Распределительный вал

Одноименные (впускные и выпускные) кулачки располагаются в четырехцилиндровом двигателе под углом 90°, в шестицилиндровом — под углом 60°, а в восьмицилиндровом — под углом 45°. При шлифовании кулачкам придают небольшую конусность. Взаимодействие сферической поверхности торца толкателей 19 с конической поверхностью кулачков обеспечивает их поворот в процессе работы.

Начиная с передней опорной шейки, диаметр шеек уменьшается, что облегчает установку распределительного вала в картере двигателя. Число опорных шеек обычно равно числу коренных подшипников коленчатого вала. Втулки  опорных шеек изготавливают из стали, а внутреннюю поверхность их покрывают антифрикционным сплавом.

Привод распределительного вала. Распределительный вал приводится от коленчатого вала зубчатой, цепной передачей или посредством зубчатого ремня. На двигателях ЗИЛ-508 автомобилей семейства ЗИЛ ведущая шестерня 1 (рис. 10) установлена на переднем конце коленчатого вала, а ведомое колесо 8 — на переднем конце распределительного вала и закреплено гайкой.

Зубчатые колеса привода должны входить в зацепление между собой при строго определенном положении коленчатого и распределительного валов, что обеспечивает правильность заданных фаз газораспределения и порядка работы двигателя. Поэтому при сборке двигателя зубчатые колеса вводятся в зацепление по меткам (метка «а» на рис.10) на их зубьях (на впадине между зубьями колеса и на зубе шестерни).

Рис. 10. Установочные метки на распределительных шестернях:

1- ведущая шестерня; 2 – ведомая шестерня; а – метки

Чтобы уменьшить уровень шума зубчатых колес, их изготавливают с косыми зубьями и из различных материалов. На коленчатом валу устанавливают стальную шестерню, а на распределительном — чугунное (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, МАЗ-5335) или текстолитовое колесо (двигатели автомобилей ГАЗ-3307, -3302. -2705 «ГАЗель»).

В двигателях автомобилей ВАЗ (с приводом на задние колеса) газораспределительный механизм приводится в действие от коленчатого вала двухрядной втулочно-роликовой цепью 4 (рис. 11), которая соединяет ведущую звездочку 1 коленчатого вала со звездочкой 5 распределительного вала и звездочкой 2 валика привода масляного насоса и распределителя зажигания. При резком изменении частоты вращения коленчатого вала появляются колебания ветви цепи, для гашения которых служит пластмассовая колодка 3 (успокоитель). С противоположной стороны колодки 3 размещается башмак 7 натяжного устройства. Один конец башмака закреплен на оси, а другой соединяется с регулировочным механизмом 6, прижимающим башмак к цепи. Цепь натягивают при помощи гайки  регулировочного механизма.

Рис.11.Цепной привод распределительного вала

В двигателях переднеприводных легковых автомобилей ВАЗ-2108 «Спутник», ВАЗ-2109 и других привод газораспределительного механизма (рис.12) состоит из двух зубчатых шкивов 1 и 4, установленных на коленчатом и распределительном валах 5, натяжного ролика 3 и зубчатого ремня 2. Этим же ремнем приводится во вращение и шкив насоса охлаждающей жидкости.

Рис.12.Ременной привод распределительного вала

Основной особенностью такого привода является зубчатый эластичный ремень с зубьями полукруглой формы. Его изготавливают из маслостойкой резины, армированной кордом из стекловолокна. Зубья для повышения износостойкости покрыты эластичной тканью.

Детали клапанного привода

В газораспределительном механизме с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала клапаны имеют привод через передаточные детали (толкатели, штанги и коромысла).

Толкатели. Они предназначены для передачи усилия от распределительного вала через штанги к коромыслам. Изготавливают их из стали или чугуна. Толкатели (рис.13) бывают цилиндрические и рычажно-роликовые. В дизелях ЯМЗ-236М2 и -238М2 применяют рычажно-роликовые толкатели качающегося типа (рис. 13, а), установленные на оси 1 над распределительным валом. Ролик 2 толкателя 3 опирается на кулачок распределительного вала. Ось ролика вращается на игольчатых подшипниках, поэтому при перекатывании ролика по кулачку трение скольжения заменяется трением качения, что повышает срок службы толкателя. Сверху на толкатель опирается штанга 4.

В двигателях ЗИЛ-508, ЗМЗ-511 и КамАЗ-740, Д-245.12 применяют цилиндрические толкатели 7(рис. 13, б), установленные в специальных отверстиях — направляющих. В дизеле КамАЗ-740 применяют съемные направляющие. Внутренняя полость толкателя имеет сферическую поверхность 8 под штангу и отверстие 9 для слива масла. Для повышения работоспособности торцовую поверхность 10 стальных толкателей в месте соприкосновения с кулачком наплавляют специальным износостойким чугуном.

Штанги. Для передачи усилия от толкателей к коромыслам служат штанги, которые изготавливают из стального прутка с закаленными концами (двигатели ЗИЛ-508) или стержня из алюминиевого сплава (двигатели ЗМЗ-511 и -4022) со стальными сферическими наконечниками.

В дизелях ЯМЗ и КамАЗ, Д-245.12 штанги 4 (рис. 13, б) делают обычно из стальной трубки. На концах штанг напрессовывают стальные сферические наконечники 11, которыми они с одной стороны упираются в сферические поверхности регулировочных винтов 5 (рис. 13, а), ввернутых в коромысла 6, а с другой — в толкатели.

Коромысла. Для передачи усилия от штанги к клапану служит коромысло, представляющее собой неравноплечий рычаг, изготовленный из стали или чугуна. Плечо а коромысла примерно в 1,5 раза больше плеча b. Наличие длинного плеча коромысла не только уменьшает ход толкателя и штанги, но и снижает силы инерции, возникающие при их движении, что способствует повышению долговечности деталей привода клапанов.

Коромысла карбюраторных двигателей расположены на общей полой оси 5 (рис. 8), в конце которой запрессованы заглушки, что позволяет подводить масло к бронзовым втулкам коромысел и сферическим наконечникам регулировочных болтов 15. Оси 13 в сборе с коромыслами устанавливают на каждой головке цилиндра с помощью стоек 16. На дизелях оси коромысел выполнены как одно целое со стойками и каждое коромысло качается на своей оси.

Рис. 13. Детали привода клапанов дизелей: а — ЯМЗ; б — КамАЗ; 1 — ось; 2 — ролик; 3, 7 — толкатели; 4 — штанги; 5 — регулировочный винт; 6 — коромысло; 8 — сферическая поверхность под штангу; 9 — отверстие для слива масла; 10 — наплавленная поверхность толкателей; 11 — наконечник; а и b — плечи коромысла

Клапаны. Открытие и закрытие впускных и выпускных каналов, соединяющих цилиндры с газопроводами системы питания, происходят при помощи клапанов. Клапан (рис. 14, а) состоит из плоской головки 16 и стержня 1, соединенных между собой плавным переходом. Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают значительно больше, чем диаметр выпускного.

Так как клапаны работают в условиях высоких температур, их изготавливают из высококачественных сталей. Впускные клапаны делают из хромистой стали, выпускные — из жаростойкой, так как последние соприкасаются с горячими отработавшими газами и нагреваются до температуры 600…800°С. Высокая температура нагрева клапанов вызывает необходимость установки в головке цилиндров специальных вставок 15 из жаропрочного чугуна, которые называются седлами. Применение вставных седел повышает срок службы головки цилиндров и клапанов.

Для плотного прилегания к седлам рабочие поверхности головок клапанов делают коническими, в виде тщательно обработанных фасок (под углами 45 или 30°).

Стержни 1 клапанов имеют цилиндрическую форму. Они перемешаются в чугунных или металлокерамических направляющих втулках 2, запрессованных в головку блока. На конце стержня проточены цилиндрические канавки под выступы конических сухариков 10, которые прижимаются к конической поверхности тарелки 9 под действием пружины 8.

В дизелях ЯМЗ, КамАЗ и двигателях автомобилей ГАЗ, «Москвич», ВАЗ для улучшения резонансной характеристики и повышения работоспособности газораспределительного механизма клапаны прижимаются к седлам не одной, а двумя пружинами. В этом случае направление витков пружин делается различным, чтобы при поломке одной из пружин ее витки не попали между витками другой и не нарушилась безотказная работа клапанного механизма.

На впускных клапанах под опорные шайбы или в верхней части направляющих втулок (у двигателей ЗИЛ, КамАЗ, ЗМЗ) устанавливают резиновые манжеты или колпачки, которые при открытии клапанов плотно прижимаются к его стержню и направляющей втулке, вследствие чего устраняется возможная утечка (подсос) масла в цилиндры через зазор между втулкой и стержнем клапана (при такте впуска).

Рис. 14. Выпускной клапан двигателя автомобиля ЗИЛ-431410 с механизмом вращения:

а — выпускной клапан, установленный на головке цилиндров; б, в — соответственно начальное и конечное рабочие положения механизма вращения клапана; 1 — стержень клапана; 2 — направляющая втулка; 3 — замочное кольцо; 4 — корпус механизма вращения; 5 — шарики; 6 — опорная шайба; 7 — замочное кольцо; 8 — пружина; 9 — тарелка; 10 — сухарики; 11 — дисковая пружина; 12 — возвратная пружина; 13 — металлический натрий; 14— головка цилиндров; 15 — седло; 16 — головка клапана

В двигателях ЗИЛ-508 и -511 для лучшего отвода теплоты от выпускных клапанов введено натриевое охлаждение. С этой целью клапан делают полым и его полость заполняют на 3/4 объема металлическим натрием 13 (рис. 14, а). Натрий имеет высокую теплопроводность и плавится при температуре 98 °С. Во время работы двигателя расплавленный натрий омывает внутреннюю полость клапана, при этом теплота от его головки передается к стержню и через направляющую втулку и головку цилиндров отводится к охлаждающей жидкости.

Выпускные клапаны V-образных карбюраторных двигателей ЗИЛ имеют механизм принудительного вращения. Он состоит из корпуса 4 (рис. 14, а), который расположен в углублении головки цилиндра 14 на направляющей втулке 2, закрепленной замочным кольцом 3; пяти шариков 5, установленных вместе с возвратными пружинами 12 в наклонных пазах корпуса; опорной шайбы 6 и конической дисковой пружины 11. Пружина 11 и шайба 6 свободно надеты на выступ корпуса и закреплены на нем замочным кольцом 7.

При закрытом клапане, когда усилие пружины 8 невелико (рис. 14, б), дисковая пружина 11 выгнута наружным краем вверх, а внутренним упирается в заплечики корпуса 4 механизма вращения. При этом шарики 5 в конических пазах корпуса отжаты возвратными пружинами 12 в крайнее положение.

Когда клапан начинает открываться, усилие пружины 8 возрастает, в результате чего дисковая пружина 11 (рис. 14, в) выпрямляется и передает усилие пружины 8 на шарики 5, которые, перекатываясь по наклонным пазам корпуса, поворачивают дисковую пружину 11, опорную шайбу 6, клапанную пружину 8 и сам клапан относительно его первоначального положения.

Во время закрытия клапана усилие клапанной пружины 8 уменьшается. При этом дисковая пружина 11 прогибается до своего исходного положения и освобождает шарики 5, которые под действием возвратных пружин 12 возвращаются в первоначальное положение, подготавливая механизм вращения к новому циклу поворота клапана.

При частоте вращения коленчатого вала около 3000 об/мин частота вращения выпускного клапана достигает 30 об/мин.

Чтобы обеспечить плотное прилегание головки клапана к седлу, необходим определенный тепловой зазор между стержнем клапана и носком (винтом) коромысла. Тепловые зазоры в клапанах изменяются вследствие их нагрева, изнашивания и нарушений регулировок. Когда зазор в клапанах увеличен, они открываются не полностью, в результате чего ухудшается наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их от продуктов сгорания, а также повышаются ударные нагрузки на детали клапанного механизма.

При недостаточном зазоре клапаны неплотно садятся на седла, вследствие чего происходят утечки газов, образование нагара с обгоранием рабочих поверхностей седла и клапана. Из-за неплотной посадки клапанов при такте сжатия рабочая смесь может попадать в выпускной газопровод, а в процессе такта расширения газы, имеющие высокую температуру, могут прорываться в впускной газопровод, вследствие чего в этих газопроводах возможны хлопки или вспышки, что является признаком неплотной посадки клапанов.

Фазы газораспределения

Под фазами газораспределения понимают моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала. Фазы газораспределения изображаются круговыми диаграммами, их подбирают экспериментальным путем при доводке опытных образцов двигателей.

При рассмотрении рабочих процессов ДВС в первом приближении было принято, что открытие и закрытие клапанов происходят в мертвых точках. Однако в действительности открытие и закрытие клапанов не совпадают с положением поршней в мёртвых точках. Это связано с тем, что время, приходящееся на такты впуска и выпуска, очень мало, и при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя оно составляет тысячные доли секунды. Поэтому если открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов будут происходить точно в мертвых точках, то наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их от продуктов сгорания будут недостаточными. В связи с этим моменты открытия и закрытия клапанов в четырехтактных двигателях происходят с определенным опережением или запаздыванием относительно положения поршней в ВМТ и НМТ.

Рис. 15. Диаграмма фаз газораспределения двигателя ЗИЛ-508:

1 — впускной клапан; 2 — выпускной клапан

Из диаграммы фаз газораспределения двигателя ЗИЛ-508 (рис. 15) видно, что впускной клапан открывается за 31° до прихода поршня в ВМТ, а выпускной клапан закрывается при угле 47° поворота коленчатого вала после прохождения ВМТ, следовательно, угол перекрытия клапанов составляет 78°. Открытие выпускного клапана происходит с опережением на 67° до прихода поршня в НМТ, а закрытие выпускного клапана — с запаздыванием на 83° после прохождения поршнем НМТ. Таким образом, общая продолжительность открытия каждого клапана составляет 294° по углу поворота коленчатого вала двигателя.

Моменты, когда оба клапана одновременно открыты, называют перекрытием клапанов. В это время происходит продувка цилиндров от отработавших газов свежей горючей смесью.

Рассмотренные фазы газораспределения двигателя ЗИЛ-508 получены при зазоре в обоих клапанах 0,3 мм (между носком коромысла и торцом стержня клапана). При уменьшении зазора продолжительность открытия впускного и выпускного клапанов возрастает, а при увеличении зазора — уменьшается.

Для закрепления полученных знаний просмотрите видеоролик » Газораспределительный механизм «

Просмотр доступен только для авторизованных пользователей сайта.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ

1. Пузанков А.Г.   Автомобили: устройство и техническое обслуживание: учебник для студ. Учреждений сред.проф. образования/ — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 640 с.

2. Морозов Н.Д. и др. Устройство и ремонт автомобилей. Учебник, Изд.2-е, перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1972.-304с.

3.Иллюстрации, находящиеся в сети Интернет в свободном доступе.

4. Материалы, размещенные на сайтах:

www.youtube.com/   

tezcar.ru

www.autoprospect.ru

autoustroistvo.ru/

ru.wikipedia.org/

Подробности

Просмотров: 2044

Назначение и характеристика

«Механизм газораспределения двигателя»

Цель работы: изучить назначение, устройство, принцип действия, конструкцию газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя.

Ход работы:

Газораспределительным называется механизм, осуществляющий открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя.

Газораспределительный механизм (ГРМ) служит для своевременного впуска горючей смеси или воздуха в цилиндры двигателя и выпуска из цилиндров отработавших газов. В двигателях автомобилей применяются газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов. Верхнее расположение клапанов позволяет увеличить степень сжатия двигателя, улучшить наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом и упростить техническое обслуживание двигателя в эксплуатации. Двигатели автомобилей могут иметь газораспределительные механизмы различных типов (рисунок 1), что зависит от компоновки двигателя и, главным образом, от взаимного расположения коленчатого вала, распределительного вала и впускных и выпускных клапанов. Число распределительных валов зависит от типа двигателя.

При верхнем расположении распределительный вал устанавливается в головке цилиндров, где размещены клапаны. Открытие и закрытие клапанов производится непосредственно от распределительного вала через толкатели или рычаги привода клапанов. Привод распределительного вала осуществляется от коленчатого вала с помощью роликовой цепи или зубчатого ремня.

Верхнее расположение распределительного вала упрощает конструкцию двигателя, уменьшает массу и инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей механизма и обеспечивает высокую надежность и бесшумность его работы при большой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Цепной и ременный приводы распределительного вала также обеспечивают бесшумную работу газораспределительного механизма.

При нижнем расположении распределительный вал устанавливается в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Открытие и закрытие клапанов производится от распределительного вала через толкатели штанги и коромысла. Привод распределительного вала осуществляется с помощью шестерен от коленчатого вала. При нижнем расположении распределительного вала усложняется конструкция газораспределительного механизма и двигателя. При этом возрастают инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей газораспределительного механизма. Число распределительных валов в газораспределительном механизме и число клапанов на один цилиндр зависят от типа двигателя. Так, при большем числе впускных и выпускных клапанов обеспечивается лучшие наполнение цилиндров горючей смесью и их очистка от отработавших газов. В результате двигатель может развивать большие мощность и крутящий момент. При нечетном числе клапанов на цилиндр число впускных клапанов на один клапан больше, чем выпускных.

Конструкция и работа газораспределительного механизма

Газораспределительные механизмы независимо от расположения распределительных валов в двигателе включают в себя клапанную группу, передаточные детали и распределительные валы с приводом.

В клапанную группу входят впускные и выпускные клапаны, направляющие втулки клапанов и пружины клапанов с деталями крепления.

Передаточными деталями являются толкатели, направляющие втулки толкателей, штанги толкателей, коромысла, ось коромысел, рычаги привода клапанов, регулировочные шайбы и регулировочные болты. Однако при верхнем расположении распределительного вала толкатели, направляющие втулки и штанги толкателей, коромысла и ось коромысел обычно отсутствуют.

На рисунке 2 представлен газораспределительный механизм двигателя с верхним расположением клапанов, с верхним расположением распределительного вала с цепным приводом и с двумя клапанами на цилиндр. Он состоит из распределительного вала 14 с корпусом 13 подшипников, привода распределительного вала, рычагов 11 привода клапанов, опорных регулировочных болтов 18 клапанов 1 и 22, направляющих втулок 4, пружин 7 и 8 клапанов с деталями крепления.

Рисунок 2 – Газораспределительный механизм легкового автомобиля с цепным приводом

1, 22 – клапаны; 2 – головка; 3 – стержень; 4, 20 – втулки; 5 – колпачок; 6 – шайбы; 7, 8, 17 – пружины; 9 – тарелка; 10 – сухарь; 11 – рычаг; 12 – фланец; 13 – корпус; 14 – распределительный вал; 15 – шейка; 16 – кулачок; 18 – болт; 19 – гайка; 21 – пластина; 23 – кольцо; 24, 27, 28 – звездочки; 25 – цепь; 26 – успокоитель; 29 – палец; 30 – башмак; 31 – натяжное устройство

Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Распределительный вал – пятиопорный, отлит из чугуна. Он имеет опорные шейки 15 и кулачки 16 (впускные и выпускные). Внутри вала проходит канал, через который подводится масло от средней опорной шейки к другим шейкам и кулачкам. К переднему торцу вала крепится ведомая звездочка 24 цепного привода. Вал устанавливается в специальном корпусе 13 подшипников, отлитом из алюминиевого сплава, который закреплен на верхней плоскости головки блока цилиндров. От осевых перемещений распределительный вал фиксируется упорным фланцем 12, который входит в канавку передней опорной шейки вала и прикрепляется к торцу корпуса подшипников.

Привод распределительного вала осуществляется через установленную на нем ведомую звездочку 24 двухрядной роликовой цепью 25 от ведущей звездочки 28 коленчатого вала. Этой цепью также вращается звездочка 27 вала привода масляного насоса. Привод распределительного вала имеет полуавтоматический натяжной механизм, состоящий из башмака и натяжного устройства. Цепь натягивается башмаком 30, на который воздействуют пружины натяжного устройства 31. Для гашения колебаний ведущей ветви цепи служит успокоитель 26. Башмак и успокоитель имеют стальной каркас с привулканизированным слоем резины. Ограничительный палец 29 предотвращает спадание цепи при снятии на автомобиле ведомой звездочки распределительного вала.

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапаны установлены в головке блока цилиндров в один ряд под углом к вертикальной оси цилиндров двигателя. Впускной клапан 1 для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью имеет головку большего диаметра, чем выпускной клапан. Он изготовлен из специальной хромистой стали, обладающей высокой износостойкостью и теплопроводностью. Выпускной клапан 22 работает в более тяжелых температурных условиях, чем впускной. Он выполнен составным. Его головку делают из жаропрочной хромистой стали, а стержень – из специальной хромистой стали.

Каждый клапан состоит из головки 2 и стержня 3. Головка имеет конусную поверхность (фаску), которой клапан при закрытии плотно прилегает к седлу из специального чугуна, установленному в головке блока цилиндров и имеющему также конусную поверхность.

Стержень клапана перемещается в чугунной направляющей втулке 4, запрессованной и фиксируемой стопорным кольцом 23 в головке блока цилиндров, обеспечивающей точную посадку клапана. На втулку надевается маслоотражательный колпачок 5 из маслостойкой резины. Клапан имеет две цилиндрические пружины: наружную 8 и внутреннюю 7. Пружины крепятся на стержне клапана с помощью шайб 6, тарелки 9 и разрезного сухаря 10. Клапан приводится в действие от кулачка распределительного вала стальным кованным рычагом 11, который опирается одним концом на регулировочный болт 18, а другим – на стержень клапана. Регулировочный болт имеет сферическую головку. Он ввертывается в резьбовую втулку 20, закрепленную в головке блока цилиндров и застопоренную пластиной 21, и фиксируется гайкой 19. Регулировочным болтом устанавливается необходимый зазор между кулачком распределительного вала и рычагом привода клапана, равный 0,15 мм на холодном двигателе и 0,2 мм на горячем двигателе (прогретом до 75…85 °C). Пружина 17 создает постоянный контакт между концом рычага привода и стержнем клапана.

Газораспределительный механизм двигателя (ГРМ) | Газораспределительный механизм (ГРМ)

Что такое газораспределительный механизм (ГРМ)?

Газораспределительный механизм (ГРМ) — это механизм предназначенный для впуска в цилиндры двигателя свежего заряда (горючей смеси в классических бензиновых двигателях или воздуха в дизелях) и выпуска отработавших газов в соответствии с рабочим циклом, а также для обеспечения надежной изоляции камеры сгорания от окружающей среды во время тактов сжатия и рабочего хода.

В зависимости от вида устройств, осуществляющих впуск заряда и выпуск отработавших газов, различают два типа механизмов газораспределения:

• клапанный
• золотниковый

Клапанный механизм наиболее широко распространен и используется во всех четырехтактных двигателях. Возможно верхнее и нижнее расположение клапанов. Верхнее расположение в настоящее время применяется чаще, так как в этом случае процесс газообмена протекает эффективнее. Характерные конструкции газораспределительных механизмов с верхним расположением клапанов представлены на рисунке.

Из чего состоит газораспределительный механизм (ГРМ) двигателя?

Основными элементами газораспределительного механизма являются:

• распределительный вал
• впускные и выпускные клапаны с пружинами, крепежными деталями и направляющими втулками
• привод распределительного вала
• также детали (толкатели, штанги, коромысла и др.), обеспечивающие передачу перемещения от распределительного вала к клапанам

У V-образных двигателей основная деталь рассматриваемого механизма — распределительный вал — может иметь как нижнее, так и верхнее расположение. При нижнем расположении (рис. а) распределительный вал 7, размещенный в блок-картере, приводится во вращение от коленчатого вала двигателя с помощью зубчатой передачи, обычно содержащей одну пару цилиндрических или конических шестерен (возможно применение и нескольких пар шестерен).

У четырехтактного двигателя передаточное отношение привода равно двум, т.е. распределительный вал вращается вдвое медленнее коленчатого. При вращении распределительный вал с помощью кулачков перемещает толкатели 2 и штанги 3. Последние поворачивают коромысла 5 относительно оси 4. В то же время противоположные концы коромысел воздействуют на клапаны 7, перемещая их вниз и преодолевая при этом сопротивление пружин 6. Расположение кулачков на распределительном валу и их форму выбирают так, чтобы впускные и выпускные клапаны открывались и закрывались в строго определенные моменты согласно рабочему циклу двигателя.

Рис. Газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов:
а — с нижним расположением распределительного вала: 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — штанга; 4 — ось коромысел; 5 — коромысло; 6 — пружина; 7 — клапан; б — с верхним расположением распределительного вала: 1 — винт; 2 — контргайка; 3 — коромысла; 4 — распределительный вал

У рядных верхнеклапанных двигателей и V-образных двигателей с четырьмя клапанами на цилиндр распределительный вал (валы) находится в головке блока, в непосредственной близости от клапанов (рис. б). Поскольку при верхнем расположении распределительного вала расстояние между его осью и осью коленчатого вала оказывается значительным, для приведения распределительного вала во вращение обычно используют цепную передачу. У двигателей сравнительно малой мощности можно также применять зубчатый ремень.

Распределительные валы мощных V-образных дизелей приводятся во вращение с помощью зубчатой передачи, у которой число пар конических шестерен может составлять две и более. При верхнем расположении распределительного вала уменьшается число передаточных деталей. Например, в механизме, представленном на рис. б, отсутствуют толкатели и штанги. Распределительный вал 4 непосредственно воздействует на коромысла 3, которые, в свою очередь, перемещают клапаны.

При работе двигателя детали газораспределительного механизма нагреваются (наиболее сильно — клапаны) и, следовательно, расширяются и удлиняются. Чтобы обеспечить возможность удлинения стержня клапана при его нагреве без нарушения плотности посадки головки клапана в седле, между отдельными деталями газораспределительного механизма у непрогретого двигателя должен быть зазор (например, между стержнем клапана и концом коромысла). Регулировать этот зазор можно различными способами, например с помощью винта 1 (см. рис. б), самоотвинчивание которого предотвращает контргайка 2. Чтобы исключить необходимость в регулировке зазора и уменьшить шумность двигателя в газораспределительных механизмах многих современных двигателей используются гидравлические толкатели. В эти толкатели встроены гидрокомпенсаторы, изменяющие их длину под действием давления масла, которое специально подается из смазочной системы двигателя. Клапан, его направляющая втулка, пружина и опорная шайба с деталями ее крепления образуют клапанную группу газораспределительного механизма.

Клапан состоит из головки и стержня, между которыми для уменьшения сопротивления движению газов выполнен плавный переход. Головка клапана имеет шлифованную конусную рабочую поверхность — фаску, по которой клапан плотно прилегает к седлу. Для крепления опорной шайбы пружины конец стержня клапана снабжен канавкой. В некоторых случаях для улучшения отвода теплоты от головки выпускного клапана стержень со стороны головки выполняют полым и вводят в него жидкий металлический натрий.

Клапаны изготавливают высадкой из стального прутка с последующей механической и термической обработкой. Материалом для них служит износо- и жаростойкая сталь. Иногда головку и стержень выпускного клапана выполняют из разных марок стали, а затем соединяют сваркой. Торец стержня клапана дополнительно закаливают для повышения твердости и износостойкости. В некоторых случаях на фаску выпускного клапана для увеличения его долговечности наплавляют особо жаростойкий сплав.

Каждый цилиндр двигателя имеет, как минимум, два клапана — впускной и выпускной. Однако в настоящее время наметилась тенденция к увеличению числа клапанов на цилиндр. Все шире применяются двигатели с тремя (два впускных и один выпускной) и четырьмя (два впускных и два выпускных) клапанами. При наличии одного впускного и одного выпускного клапанов первый имеет большую головку. Это необходимо для лучшего наполнения цилиндра свежим зарядом.

Направляющая втулка, через которую проходит стержень клапана, обеспечивает его точную посадку в седло. Стержень имеет высокоточное сопряжение с втулкой (зазор составляет 0,05… 0,12 мм). Направляющие втулки изготавливают из чугуна или спеченного пористого материала, который может быть пропитан смазочным маслом.

Клапанная пружина удерживает клапан в закрытом положении, обеспечивая его плотную посадку в седле. Пружины изготавливают методом холодной навивки из специальной стальной, термически обработанной проволоки с последующей дробеструйной обработкой, что увеличивает их долговечность. Иногда для предотвращения появления резонансных колебаний используют пружины с переменным шагом витков.

Опорная шайба удерживает пружину в сжатом состоянии. Крепление стержня клапана к опорной шайбе осуществляется с помощью конических разрезных сухарей, входящих в выточку на стержне.

Седло клапана, в которое он садится фаской головки, у верхнеклапанного двигателя расположено в головке цилиндров. Обычно седла выпускных, а иногда и впусковых клапанов, выполняют в виде вставных колец и наглухо запрессовывают в выточки головки цилиндров. Вставные кольца изготавливают из жаростойкой стали, специального чугуна или спеченного материала.

Передаточные детали газораспределительного механизма обеспечивают передачу усилия от распределительного вала к стержням клапанов. К таким деталям относятся:

• толкатели
• штанги
• коромысла

Толкатели передают осевое усилие от кулачков распределительного вала на штанги или стержни клапанов. Они могут быть плоскими, грибовидными, цилиндрическими или рычажными. Их изготавливают из стали или чугуна. Для повышения твердости и износостойкости рабочие поверхности толкателей упрочняют, а затем шлифуют.

Штанги служат для передачи усилий от толкателей к коромыслам при нижнем расположении распределительного вала в верхнеклапанном двигателе (см. рис. а). Штанги изготавливают из стали или алюминиевого сплава, придавая им форму трубки. На концах штанг крепят стальные наконечники со сферическими поверхностями, имеющими высокую твердость. Нижними концами штанги упираются в гнезда толкателей, а верхними — в регулировочные винты коромысел.

Коромысла предназначены для изменения направления и величины усилий, передаваемых на стержни клапанов. Коромысла шарнирно устанавливают на осях, которые крепятся к головке цилиндров. На одном конце коромысла может быть установлен регулировочный винт, который позволяет изменять зазор в газораспределительном механизме. Материалом для коромысла служит сталь или ковкий чугун. Рабочие поверхности коромысла закаливают, а затем шлифуют.

Распределительный вал служит для своевременного открытия и закрытия клапанов при помощи кулачков. Конструкция распределительного вала зависит от типа двигателя, числа цилиндров и клапанов, а также типа привода. Характерные конструкции распределительных валов представлены на рисунке. Любой распределительный вал имеет кулачки впускных 2 и выпускных 4 клапанов, а также опорные шейки 2. Распределительный вал бензинового карбюраторного двигателя снабжен также винтовой шестерней 5 привода масляного насоса и распределителя зажигания и эксцентриком 3, приводящим в действие топливный насос. Число кулачков соответствует общему числу клапанов, которые обслуживаются данным валом. Число опорных шеек чаще всего равно числу коренных шеек коленчатого вала. В рядном четырех- цилиндровом двигателе вершины одноименных кулачков располагаются под углом 90° (рис. а), в рядном шестицилиндровом — под углом 60° (рис. б), а в V-образном восьмицилиндровом — под углом 45° (рис. в). Угол установки разноименных кулачков зависит от фаз газораспределения. Вершины кулачков располагают в соответствии с принятым для двигателя порядком работы с учетом направления вращения вала. В качестве подшипников для распределительного вала чаще всего применяют запрессованные в картер (при нижнем расположении) или головку цилиндров (при верхнем расположении) тонкостенные биметалические или триметаллические втулки. Одна из опорных шеек вала (обычно передняя) снабжена фиксирующим устройством для предотвращения его осевых перемещений. Для смазывания опорных шеек к ним подается масло под давлением из общей смазочной системы двигателя. При верхнем расположении распределительного вала в его теле сверлят осевое отверстие, по которому масло поступает ко всем опорным шейкам и кулачкам.

Рис. Распределительные валы рядного четырехцилиндрового (а), рядного шестицилиндрового (б) и V-образного восьмицилиндрового (в) двигателей со схемами расположения кулачков:
1 — опорная шейка; 2, 4 — кулачки впускных и выпускных клапанов; 3 — эксцентрик привода топливного насоса; 5 — винтовая шестерня привода масляного насоса

Видео: Принцип работы ГРМ

Назначение, устройство и работа ГРМ с нижним расположением распредвала.

Назначение. Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для своевремен­ного открытия и закрытия клапанов. Он обеспечивает наполнение цилиндров двигателя го­рючей смесью или воздухом, выпуск отработавших газов и герметичность камер сгорания.

Классификация ГРМ. Газораспределительные механизмы классифицируются по сле­дующим основным признакам:

— по расположению клапанов — с верхним (рис. 96, в) и с нижним (рис. 9а) расположе­нием;

— по расположению распределительного вала с верхним (рис. 9в) и с нижним (рис, 9а, б) расположением;

— по количеству клапанов на один цилиндр 2-, 3-, 4-, 5-клапанные.

Устройство ГРМ (табл. 4). Механизм газораспределения с верхним расположением клапанов и с нижним расположением распределительного вала состоит из следующих эле­ментов (рис. 10): шестерня привода распредвала; втулки опорных шеек распредвала; толкатели; коромысла; регулировочные винты; впускные и выпускные клапаны; тарелки клапанных пружин; седла клапанов; стопорные полукольца клапанов (сухари): распределительный вал; упорный фланец; штанги толкателей; оси коромысел; распорные пружины; клапанные пружины; направляющие втулки; маслосъемные колпачки.

Конструкция ГРМ, имеющего верхнее расположение распределительного вала, отлича­ется от рассмотренного отсутствием толкателей и штанг. Привод распределительного вала осуществляется через цепную передач, поэтому конструкция ГРМ этого типа включает в себя цепь привода, а также натяжное устройство и успокоитель цепи (рис. 11).