- Учитель: Анастасия Алексеевна Коваленко
Тема урока: Механизм газораспределения
МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
3.1 Основные типы механизмов газораспределения
Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси (карбюраторные двигатели) или очищенного воздуха (дизели) и выпуска отработавших газов.
На поршневых четырехтактных карбюраторных двигателях впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов осуществляются клапанами, которые могут иметь нижнее или верхнее расположение. При нижнем расположении клапаны устанавливают в блоке цилиндров, а при верхнем — в головке цилиндров.
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-2109, -2110.
В рядных двигателях с верхним расположением клапанов (рис. 3.1) усилие от кулачка 17 распределительного вала передается толкателю 16, а от него — штанге 15. Штанга через регулировочный винт 14 воздействует на короткое плечо коромысла 11, которое, поворачиваясь на оси 12, нажимает своим носком на стержень клапана 2. При этом пружина 6 сжимается, а клапан перемещается вниз, отходит от седла 1, обеспечивая в зависимости от назначения клапана впуск горючей смеси или выпуск отработавших газов. После того как выступ кулачка 77 выйдет из-под толкателя 16, клапанный механизм возвращается в исходное положение под воздействием пружины 6. Положение направляющей втулки 3, запрессованной в головку цилиндров 5, фиксируется стопорным кольцом 4, а регулировочного винта 14 — контргайкой 13. Верхний конец стержня клапана закреплен сухариками 10, установленными в тарелке 8 при помощи втулки 9.
Распределительные валы при верхнем расположении клапанов могут быть установлены в блоке цилиндров — нижнее расположение (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, -4331, КамАЗ-5320) или на головке блока — верхнее расположение (однорядные двигатели автомобилей ВАЗ, «Москвич» и др.).
Рис. 3.1. Схема газораспределительного механизма с верхним расположением клапанов:
1 — седло; 2 — стержень клапана; 3 — направляющая втулка; 4 — стопорное кольцо; 5 — головка цилиндров; 6 — пружина; 7 — уплотнительный колпачок; <? — тарелка; 9— втулка; 10 — сухарики; 11 — коромысло; 12 — ось; 13 — контргайка; 14 — регулировочный винт;
15 — штанга; 16 — толкатель; 17 — кулачок
При верхнем расположении распределительного вала (рис. 3.2) 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.
В двигателях заднеприводных автомобилей ВАЗ (рис. 3.2, а) распределительный вал расположен в отдельном картере на головке 2 блока цилиндров и вращается в подшипниках скольжения. Привод к клапанам 7, размещенным в один ряд, осуществляется непосредственно от кулачков 4 распределительного вала через одноплечие рычаги (рокеры) 3. Одним концом одноплечий рычаг опирается на стержень клапана, другим — на сферическую головку болта 5 и удерживается на ней при помощи шпилечной пружины 7.В двигателях автомобилей ИЖ-2126 (рис. 3.2, б) впускные клапаны 1 расположены в два ряда и приводятся в действие коромыслами 9 от кулачков 4 распределительного вала. Для регулировки теплового зазора в клапанах служит регулировочный болт 5 с контргайкой 6, который связан со сферическим наконечником 8.В двигателях переднеприводных автомобилей ВАЗ-2109, -2110, -2111 верхний распределительный вал установлен в отдельном отлитом корпусе 10 (рис. 3.2, в), расположенном на головке блока цилиндров 2, в которую запрессованы чугунные седла 14 кла-
Рис. 3.2. Газораспределительные механизмы двигателей с верхним расположением распределительных валов автомобилей:
а — ВАЗ-2105, -2107 «Жигули»; б — ИЖ-2126 «Ода»; в — ВАЗ-2109, -2110; г — ГАЗ-3110 «Волга»; 1 — клапан; 2 — головка цилиндров; 3 — рычаги; 4 — кулачки; 5 — болт; 6 — контргайка; 7 — шпилечная пружина; 8 — сферический наконечник; 9 — коромысла; 10 — корпус распределительного вала; 11 — регулировочные шайбы; 12 — маслоотражательный колпачок; 13 — направляющая втулка; 14 — седло клапана; 15 — толкатель; 16 — гидротолкатель; 17 — распределительный вал; 18 — выпускной клапан с гидротолкателем; 19 — двойная пружина; h — тепловой зазор
панов и направляющие втулки 13 клапанов 7. Верхняя часть втулок уплотняется металлорезиновыми маслоотражательными колпачками 12.
Клапаны 1 приводятся в действие непосредственно кулачками -/через цилиндрические толкатели 15без промежуточных рычагов. В гнездах толкателей находятся шайбы 77 для регулировки зазора h в клапанном механизме.
Двигатель ЗМЗ-4062 автомобиля ГАЗ-3110 соответствует высокому уровню двигателестроения. Основными конструктивными особенностями его газораспределительного механизма является верхнее расположение двух распределительных валов с установкой по четыре клапана на каждый цилиндр с гидротолкателями. Наряду с этим на двигателе установлена система распределенного (в соответствии с порядком работы) впрыска бензина во впускную трубу электромагнитными форсунками.
Привод клапанов двигателя ЗМЗ-4062 показан на рис. 3.2, г. Он включает в себя распределительный вал впускных клапанов 7 с гидротолкателями 16 и распределительный вал 7 7 выпускных клапанов 18 с гидротолкателями и двойными пружинами 19. Валы установлены в разъемных подшипниках, образованных головкой блока цилиндров 2 и съемными крышками подшипников, закрепляемых болтами.
Гидротолкатели клапанного механизма установлены на ряде моделей двигателей легковых автомобилей высшего, большого и среднего классов (ЗИЛ-4104, ГАЗ-3110 и др.). Они автоматически обеспечивают беззазорный контакт кулачков распределительных валов с клапанами. Компенсируя износы сопрягаемых деталей: кулачков, торцов, корпусов гидротолкателей, корпусов компенсаторов, клапанов, седел и тарелок клапанов.
Типичным примером применения гидротолкателей является двигатель ЗМЗ-4062 автомобиля ГАЗ-3110 «Волга» (рис. 3.3). Стальной корпус 4 гидротолкателя этого двигателя выполнен в виде цилиндрического стакана, внутри которого размещен корпус компенсатора 6 с обратным шариковым клапаном 8. Гидротолкатели устанавливаются в расточенные в головке цилиндров 9 отверстия, между кулачками распределительных валов и торцами клапанов. На наружной поверхности корпуса выполнены канавка и отверстие 3 для подвода масла внутрь гидротолкателя из смазочной магистрали в головке блока цилиндров.
Компенсатор размещен в направляющей втулке 2, приваренной внутри корпуса гидротолкателя, и удерживается стопорным кольцом 5. Компенсатор состоит из поршня 7, опирающегося изнутри на донышко корпуса гидронатяжителя, и корпуса 6 компенсатора, который опирается на торцы впускного и выпускного клапанов.
Между поршнем и корпусом компенсатора установлена пружина 7, раздвигающая их и тем самым выбирающая возникающий зазор. Одновременно пружина 7 прижимает колпачок обратного шарикового клапана 8, размещенного в поршне.
Работа гидротолкателя происходит следующим образом. При нажатии кулачком распределительного вала на торец корпуса 4 гидротолкателя шариковый клапан 8 закрывается, запирая находящееся внутри масло, которое становится рабочим телом, че-
Рис. 3.3. Отсек клапанного механизма с гидротолкателем двигателя ЗМЗ-4062:
1 — пружина; 2 — направляющая втулка; 3 — отверстие для подвода масла; 4 — корпус гидротолкателя; 5 — стопорное кольцо; 6 — корпус компенсатора; 7 — поршень; 8 — шариковый клапан; 9 — головка цилиндров; 10— кулачок; 11 — сухарь; 12 — стержень клапана
рез которое передается усилие от кулачка 10 к стержню 12 и сухарям 11 клапана, обеспечивая его открытие. При этом поршень 7 частично входит в корпус 6 компенсатора и часть масла перетекает через зазор в этой плунжерной паре в полость корпуса 4 гидротолкателя.
Когда снимается усилие с гидротолкателя (это происходит при закрытии клапана), пружина 1 компенсатора прижимает поршень 7 и корпус гидротолкателя к цилиндрической части кулачка, выбирая зазор. При этом шариковый клапан 8открывается, обеспечивая перепуск масла в полость компенсатора. При дальнейшем повороте кулачка, когда корпус 4 гидротолкателя сходит с его «затылка» — цилиндрической части, цикл работы гидротолкателя повторяется.
Механизм газораспределения V-образного двигателя
На V-образных восьмицилиндровых двигателях применяют верхнее расположение клапанов (рис. 3.4). Нижний распределительный вал таких двигателей, установленный в развале блока, является общим для клапанов правого и левого рядов цилиндров.
Открытие клапанов 9 (впускного и выпускного), перемещающихся в направляющих втулках 10, происходит под действием усилия, передаваемого от кулачков 6 и 7через толкатели 19штанги 18 и коромысла 14, установленные на осях 13 коромысел. Закрытие клапанов осуществляется под действием пружин 12, нижние концы которых упираются в шайбы И. При наличии у выпускных клапанов механизма вращения их пружины опираются на опорные шайбы /7этих механизмов. Верхними концами пружины обоих клапанов упираются в тарелки 20. За два оборота коленчатого
Рис. 3.4. Газораспределительный механизм V-образного двигателя:
/ — зубчатое колесо; 2 — упорный фланец; 3 — распорное кольцо; 4 — передняя опорная шейка; 5 — эксцентрик; 6, 7 — соответственно впускные и выпускные кулачки; 8 — опорные втулки; 9— клапаны; 10 — направляющие втулки; 11, 17 — шайбы; 12 — пружины; 13 — оси коромысел; 14 — коромысла; 15 — регулировочный болт; 16 — стойки осей коромысел; 18 — штанги; 19 — толкатели; 20 — тарелки; 21 — пружина центробежного датчика; 22 — валик датчика; 23 — стопорное кольцо; 24 — штанга привода бензонасоса; 25 — шайба; 26 — гайка; 27 — корпус привода; 28 — шестерня привода; 29 — валик привода распределителя зажигания и смазочного насоса
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 7 распределительного вала имеет в два раза больше зубьев, чем ведущая шестерня коленчатого вала.
Распределительный вал. Распределительный вал изготавливают из стали или специального чугуна и подвергают термической обработке. Профиль его кулачков, как впускных 6 (см. рис. 3.4), так и выпускных 7, у большинства двигателей делают одинаковым.
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 4, диаметр шеек уменьшается, что облегчает установку распределительного вала в картере двигателя. Число опорных шеек обычно равно числу коренных подшипников коленчатого вала. Втулки 8 опорных шеек изготавливают из стали, а внутреннюю поверхность их покрывают антифрикционным сплавом.
На переднем конце распределительного вала расположен эксцентрик 5, воздействующий на штангу 24 привода бензонасоса, а на его заднем конце находится шестерня 28, которая приводит во вращение зубчатое колесо валика 29, расположенного в корпусе 27 привода распределителя зажигания и смазочного насоса.
Между зубчатым колесом 7 распределительного вала и его передней опорной шейкой установлено распорное кольцо 3 упорного фланца 2, крепящегося болтами к блоку и удерживающего вал от продольного перемещения. Так как толщина распорного кольца 3 больше толщины упорного фланца 2, обеспечивается осевой зазор («разбег») распределительного вала, который должен составлять 0,08...0,21 мм. В отверстии переднего торца распределительного вала (двигатели ЗИЛ-508, ЗМЗ-511 и др.) расположен узел привода центробежного датчика регулятора частоты вращения коленчатого вала, состоящий из валика 22, пружины 27 и шайбы 25, закрепленных стопорным кольцом 23.
- Учитель: Юрий Геннадьевич Лебедев