Курс 2

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.