Устройство грм с верхним расположением

Устройство грм с верхним расположением

Классификация, устройство и принцип работы ГРМ двигателя

Газораспределительный механизм (ГРМ) представляет собой совокупность деталей и узлов, обеспечивающих открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя в определенный момент времени. Основная задача ГРМ заключается в своевременной подаче топливовоздушной смеси или топлива (это зависит от типа мотора) в камеру сгорания и выпуск отработавших газов. Для реализации этой задачи слажено работает целый комплекс механизмов, часть из которых управляется при помощи электроники.

Устройство газораспределительного механизма

В современных моторах газораспределительный механизм располагается в головке блока цилиндров двигателя. В его состав входят следующие основные элементы:

фото 1

    Распределительный вал. Это сложная по конструкции деталь, которая изготавливается из прочной стали или чугуна с высокой точностью обработки. В зависимости от конструкции ГРМ распредвал может устанавливаться в головке блока цилиндров или в картере двигателя (такая компоновка сейчас не применяется). Это основная деталь, которая отвечает за последовательное открытие и закрытие клапанов.

  • цепь или ремень;
  • шестерни валов;
  • натяжитель (натяжной ролик);
  • успокоитель и башмак.

На тарелках клапанов сделаны специальные фаски, которые обеспечивают более плотное прилегание к отверстиям в головке блока цилиндров. Это место называется седлом. Кроме самих клапанов, в механизме предусмотрены дополнительные элементы, обеспечивающие его правильную работу:

  • Пружины. Возвращают клапаны в исходное положение после нажатия.
  • Маслосъемные колпачки. Представляют собой специальные уплотнители, которые не допускают попадания масла в камеру сгорания по стержню клапана.
  • Направляющая втулка. Устанавливается в корпус ГБЦ и обеспечивает точное движение клапана.
  • Сухари. С их помощью пружина крепится на стержне клапана.

Принцип работы

Работу газораспределительного механизма сложно рассматривать отдельно, в отрыве от рабочего цикла двигателя. Ведь его основная задача – это вовремя открыть и закрыть клапана на определенный промежуток времени. Соответственно на такте впуска открываются впускные, а на такте выпуска – выпускные. То есть фактически механизм должен реализовывать рассчитанные фазы газораспределения.

Технически это происходит следующим образом:

  1. Коленчатый вал передает крутящий момент посредством привода на распределительный.
  2. Кулачок на распределительном валу нажимает на толкатель или коромысло.
  3. Клапан перемещается внутрь камеры сгорания, открывая доступ свежему заряду или отработавшим газам.
  4. После того как кулачок проходит активную фазу воздействия, клапан возвращается на место под действием пружины.

Стоит также отметить, что за полный рабочий цикл распредвал совершает 2 оборота, попеременно открывая клапана в каждом цилиндре, в зависимости от порядка их работы. То есть, например, при схеме работы 1-3-4-2 в один и тот же момент времени в первом цилиндре будут открыты впускные клапаны, а в четвертом выпускные. Во втором и третьем клапаны будут закрыты.

Классификация или типы ГРМ

Двигатели могут иметь различную компоновку газораспределительного механизма. Рассмотрим следующую классификацию.

По расположению распределительного вала

Существуют два типа положения распредвала:

  • нижнее;
  • верхнее.

При нижнем расположении распредвал находится в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Усилие от кулачков передается через толкатели на коромысла, при этом применяются специальные штанги. Они представляют собой длинные стержни и связывают толкатели внизу с коромыслами наверху. Нижнее расположение считается не самым удачным, но имеет и свои плюсы. В частности, более надежное соединение распредвала с коленвалом. Данный тип расположения на современных моторах не применяется.

фото 4

При верхнем положении распредвал находится в головке блока цилиндров (ГБЦ) непосредственно над клапанами. При таком положении могут быть реализованы различные варианты воздействия на клапаны: через толкатели, коромысла или рычаги. Такая конструкция более простая, надежная и компактная. Верхнее положение распредвала получило более широкое распространение.

По количеству распределительных валов

На рядных двигателях могут быть установлены один или два распределительных вала. Моторы с одним распредвалом имеют аббревиатуру SOHC (Single Overhead Camshaft), а с двумя – DOHC (Double Overhead Camshaft). Один вал отвечает за открытие впускных, а другой за открытие выпускных клапанов. В двигателях c V-образной компоновкой используются четыре распредвала, по два на каждый ряд цилиндров.

По количеству клапанов

От количества клапанов на один цилиндр будет зависеть форма распредвала и количество кулачков на нем. Клапанов может быть два, три, четыре или пять.

Самый простой вариант с двумя клапанами: один работает на впуск, другой на выпуск. В трехклапаном двигателе два работают на впуск и один на выпуск. При четырех клапанах: два на впуск и два на выпуск. Пять клапанов: три на впуск и два на выпуск. Чем больше клапанов на впуске, тем больше объем поступающей топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Повышается мощность и динамика двигателя. Сделать больше пяти не позволят размер камеры сгорания и форма распредвала. Наиболее часто встречается схема с четырьмя клапанами на цилиндр.

По типу привода

Различают три типа привода распределительного вала:

  1. Шестеренчатый. Данный привод возможен только при нижнем положении распредвала в блоке цилиндров. Коленвал и распредвал имеют зубчатый привод через шестерни (звездочки). Главное преимущество такого привода – надежность. При верхнем положении распредвала в ГБЦ применяется цепной и ременный привод.
  2. Цепной. Этот привод считается более надежным. Но использование цепи требует особых условий. Для гашения колебаний устанавливаются успокоители, а натяжение цепи регулируется натяжителями. В зависимости от количества валов могут применяться несколько цепей.

Ресурса цепи хватает в среднем на 150-200 тысяч километров пробега.

Главной проблемой цепного привода считается поломка натяжителей, успокоителей или разрыв самой цепи. При плохом натяжении цепь может перескакивать между зубьев в ходе работы, что приводит к нарушению фаз газораспределения.

фото 5

Автоматически регулировать натяжение цепи помогают гидронатяжители. Они представляют собой поршни, которые давят на так называемый башмак. Башмак прилегает непосредственно к цепи. Он представляет собой изогнутую дугой деталь со специальным покрытием. Внутри гидронатяжителя находится плунжер, пружина и рабочая полость для масла. Масло поступает в натяжитель и выталкивает цилиндр до нужного уровня. Клапан закрывает масляный канал, и поршень постоянно поддерживает нужное натяжение цепи. По похожему принципу работают гидрокомпенсаторы в ГРМ. Успокоитель цепи гасит остаточные колебания, которые не погасил башмак. Так достигается оптимальная и точная работа цепного привода.

Самые большие неприятности может принести разрыв цепи.

Ресурс ремня также ограничен и в среднем он равен 60-80 тысячам километров пробега.

От правильной работы всего газораспределительного механизма зависит работа двигателя, его динамика и мощность. Чем больше количество и объем цилиндров, тем сложнее будет устройство ГРМ. Каждому водителю важно понимать устройство механизма, чтобы вовремя заметить неисправность.

Устройство газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания: назначение, принцип работы

Основное назначение газораспределительного механизма (ГРМ ) — своевременная подача горючей смеси из топлива и воздуха (топливо-воздушной смеси) в камеру сгорания и вывода газов из цилиндров двигателя.

Работа ГРМ заключается в своевременном открытии-закрытии впускных и выпускных клапанов за что отвечает клапанный механизм.

ustroistvo grmm

Принцип действия газораспределительного механизма

Работа газораспределительного механизма заключается в синхронном движении двух валов – коленчатого вала и распределительного вала. Параллельное вращение валов обеспечивает своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов цилиндров двигателя.

Во время вращения распределительного вала его кулачки воздействуют на рычаги, которые в свою очередь передают усилие на клапанные стержни, что и приводит к открытию клапанов.

При дальнейшем вращении распределительного вала клапаны закрываются, благодаря занятию кулачками начальной позиции.

Классификация ГРМ

Современные автомобильные двигатели получили различные типы газораспределительных механизмов, разработка которых была основана на опыте эксплуатации более ранних моделей.

  1. По расположению распределительного вала :

2. По количеству распределительных валов :

один распредвал (SOHC — Single OverHead Camshaft)

два распредвала (DOHC — Double OverHead Camshaft);

3. По числу клапанов – 2, 3, 4, 5;

4. По приводу распределительного вала :

— цепной привод от коленчатого вала;

— шестеренчатый привод от коленчатого вала;

— ременной привод коленчатого вала.

Чаще всего встречается верхнее расположение распределительного вала в головке двигателя – это объясняется простотой конструкции и эффективностью работы, уменьшением массы механизма. Открытие и закрытие клапанов в газораспределительном механизме такого типа осуществляется с помощью толкателей.

Устройство газораспределительного механизма

Устройство газораспределительного механизма двигателя

  1. распределительного вала ;
  2. толкателей ;
  3. клапанов ;
  4. коромысла ;
  5. штанги ;
  6. привода.

1. Распределительный вал. Вращение распределительного вала приводит к своевременному открытию и закрытию клапанов газораспределительного механизма в зависимости от последовательности работы цилиндров двигателя, учитывая фазы газораспределения газов в механизме. Изготавливают распределительный вал из высокопрочной закаленной стали или чугуна. На валу ГРМ имеются опорные шейки и кулачки. Форма кулачков влияет на рабочие процессы распределения горючей смеси и газов, частоту и время открытия, закрытия клапанов. В торце распределительного вала ГРМ крепится звездочка (на которую устанавливается цепь) или шкив привода вала (на которую одевается ремень). Вал устанавливается в корпусе на подшипниках. В целях предотвращения осевых смещений распределительный вал имеет упорный фланец.

2. Толкатели. Толкатели – это детали газораспределительного механизма, которые служат для передачи усилий от кулачков распределительного вала к штангам коромысел. Толкатели изготавливают из высокопрочной стали или чугуна.

Виды толкателей: роликовые, цилиндрические, грибовидные.

Движение толкателей происходит в корпусах, закрепленных на блоке цилиндров или по направляющим.

3. Клапаны. Клапаны служат для подачи горючей смеси в цилиндры двигателя и вывода отработанных газов. Различают впускные и выпускные клапаны. Впускные служат для впуска горючей смеси, а выпускные клапаны служат для выпуска отработавших газов.

Конструкция клапана. Клапан состоит из стержня и головки. НА клапанной головке имеется кромка под 45 градусов для лучшего прилегания клапана. Впускной клапан отличается от выпускного диаметром. Выпускной клапан значительно больше по диаметру, чем впускной, так как объем отработавших газов превышает объем подающейся горючей смеси. Клапаны ГРМ установлены в головке блока цилиндров. Место их соединения называется седлом и имеет конусную форму. Для герметизации цилиндра предназначен клапанный механизм. Для улучшения герметизации цилиндра проводят процесс под названием притирка клапанов.

Впускные клапаны изготавливают из стали с хромистым покрытием, а выпускные клапаны из жаропрочной стали. Седла клапанов изготавливают из жаропрочного чугуна.

Движение стержней клапанов осуществляется по направляющим втулкам, которые изготавливаются из чугуна или стали. Направляющие соединены с головкой блока цилиндров . Клапаны оснащены внутренней и наружной пружинами. Пружины же крепятся с помощью тарелок, сухарей и шайб.

Открытие клапанов осуществляется через усилие, которое передается от распределительного вала на клапан.

Газораспределительный механизм современных двигателей устроен таким образом, что на каждый цилиндр двигателя имеется по два клапана впуска и два клапана выпуска. Для снятия клапанов используют рассухариватели клапанов.

4. Штанги

Штанги служат для передачи усилия от толкателей к коромыслам. Штанги толкателей могут иметь форму полых цилиндрических стержней со стальными наконечниками.

Штанги изготавливают из износостойкого алюминиевого сплава, крепятся с одной стороны к коромыслу, а с другой – к толкателю.

5. Коромысло

Коромысло служит для передачи усилия от штанги к клапанам. Коромысло выполнено в виде рычага с двумя плечами, который крепится на оси. При этом одно плечо длиннее, чем другое (возле штанги).

Коромысла изготавливают из прочной стали. Устанавливают коромысло на оси, которая крепится к головке цилиндров, на специальных втулках. Втулки предназначены для уменьшения трения между осью и коромыслом.

6. Привод распределительного вала

Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала при помощи привода, который может быть, как мы говорили цепной, шестеренчатый, ременной.

Скорость вращения распределительного вала в 2 раза меньше, чем скорость вращения коленчатого вала, что обеспечивается передаточным числом звездочки, либо размером шкива.

Таким образом, за два вращения коленчатого вала, распределительный вал совершит только одно вращение, что необходимо для осуществления одного рабочего цикла.

Часто встречается в обиходе автомобилистов такой термин, как тепловой зазор.

Газораспределительный механизм двигателя (ГРМ). Устройство

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.

blank

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.

Газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов

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.

Распределительные валы

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

Газораспределительный механизм

Нормальная работа двигателя возможна только в том случае, если подача топливно-воздушной смеси в цилиндры и удаление отработанных газов производится в строго определенные моменты времени. Именно для решения этой задачи предназначен газораспределительный механизм (ГРМ), о котором пойдет речь в этой статье.

Назначение ГРМ

В любом двигателе — будь то двухтактный или четырехтактный, бензиновый или дизельный — подача топливно-воздушной смеси в цилиндры (или отдельно воздуха и топлива в случае дизеля), воспламенение топлива и выпуск отработанных газов происходят только при определенном положении поршня. Это довольно трудная задача, и для ее решения в двигателе предусмотрена отдельная система — газораспределительный механизм, или ГРМ.

Название ГРМ точно передает его назначение: эта система осуществляет распределение газов — топливно-воздушной смеси и отработанных газов — по цилиндрам в строго определенные моменты. Поэтому от работы ГРМ зависит работа всего двигателя, а также его основные характеристики — мощность, частота вращения коленвала, стабильность работы и другие.

Классификация ГРМ

Реализовать газораспределение можно разными способами, и мысль конструкторов моторов двигалась в нескольких направлениях. Поэтому сегодня существует несколько типов и видов ГРМ, которые, выполняя одну функцию, отличаются многими деталями.

Можно выделить два основных типа двигателей с ГРМ, имеющих принципиальные отличия друг от друга:

— Двигатели с нижним расположением распределительного вала — в блоке цилиндров;
— Двигатели с верхним расположением распределительного вала — в головке блока цилиндров.

Нижневальные моторы имели широкое распространение в прошлом, а сейчас новые модели автомобилей, на которых установлены такие двигатели, можно в буквальном смысле слова пересчитать по пальцам одной руки. Верхневальные моторы, напротив, почти полностью заняли современный автомобильный рынок и еще многие десятилетия будут удерживать свои позиции.

В свою очередь, двигатели с нижним расположением распредвала можно разделить на три вида:

— С нижним расположением клапанов (все клапаны установлены в блоке цилиндров). Использовались до 50-х годов прошлого века, сегодня не производятся;
— Со смешанным расположением клапанов (впускные клапаны — в головке блока цилиндров, выпускные — в блоке цилиндров). Использовались вплоть до 70-х годов прошлого века;
— С верхним расположением клапанов (все клапаны установлены в головке блока цилиндров). Этот вид моторов все еще широко применяется в грузовых автомобилях, а также на тяжелой технике, в том числе железнодорожной. В легковых авто эти двигатели применялись вплоть до 1970-х годов.

Двигатели с верхним расположением распределительного вала также делятся на два основных вида и несколько разновидностей:

— SOHC — двигатели с одним распределительным валом. Делятся на три разновидности в зависимости от привода клапанов — с коромыслами, рычагами и толкателями;
— DOHC — двигатели с двумя распределительными валами. Делятся на несколько разновидностей в зависимости от количества клапанов на цилиндр — 2, 3, 4 или 5.

В наше время легковые автомобили разных классов чаще всего оснащены двигателями с верхним расположением распределительного вала, построенными по схеме DOHC.

Ограниченное распространение (на некоторых моделях топовых спортивных автомобилей и мотоциклов) получил ГРМ, построенный по десмодромной схеме. В этом механизме применяются два распределительных вала, однако они, в отличие от традиционных двигателей, обеспечивают принудительное открытие и закрытие клапанов без использования пружин. Благодаря такой схеме решается проблема «зависания» клапанов вследствие инерционности пружины и удается развить обороты свыше критических 9000 об/мин.

Устройство и работа ГРМ

Любой газораспределительный механизм четырехтактных двигателей, независимо от типа и вида, имеет несколько основных частей:

— Клапанная группа;
— Привод клапанов;
— Распределительный вал (или валы);
— Привод вала.

Клапанная группа состоит из впускного и выпускного клапанов, пружин, которые удерживают клапаны в закрытом положении, и направляющих втулок. Наиболее важная деталь — клапан, который состоит из тарелки (или головки) и стержня. Тарелки клапанов имеют разные диаметры: у впускного — больше, у выпускного — меньше. Это обеспечивает лучшее перемешивание топливно-воздушной смеси и ее распределение в цилиндре.

Привод клапанов у разных видов двигателей отличается. Это могут быть коромысла, рычаги или толкатели, а в двигателях с нижним расположением распределительного вала присутствуют и штанги, передающие усилие от кулачков вала к коромыслам. Во многих современных двигателях для компенсации температурного расширения стержня клапанов используются гидрокомпенсаторы.

Распределительный вал — это именно та деталь, которая отвечает за фазы газораспределения. На валу расположены кулачки особой формы, которые при вращении открывают клапаны. Причем каждый кулачок имеет свое особое расположение и приводит в движение только один клапан.

Привод распредвала — механизм, обеспечивающий вращение вала, синхронное с вращением коленчатого вала двигателя. С одной стороны распредвала жестко установлена шестерня, которая посредством ременной или цепной передачи связана с шестерней, установленной на коленчатом валу. Диаметры шестерен подобраны таким образом, чтобы распредвал вращался вдвое медленнее коленвала.

Принцип работы ГРМ очень прост и понятен. Главный принцип в газораспределении — всегда, в каждый момент времени, обеспечивать жестко связанное относительное положение поршней, коленчатого вала, распределительного вала и клапанов. Любое, даже незначительное, смещение одних элементов относительно других приводит к нарушению фаз газораспределения и к ухудшению работы двигателя.

Традиционно схема фаз газораспределения и положение деталей ГРМ и двигателя сводится к следующему. Открытие впускного клапана производится с некоторым опережением достижения поршня своей верхней мертвой точки, то есть еще до конца такта выпуска. В это время открыт и выпускной клапан, поэтому обеспечивается лучшая продувка цилиндра от отработанных газов. Закрытие впускного клапана производится несколько позже пересечения поршня нижней мертвой точки. В дальнейшем оба клапана закрыты, происходит сжатие, воспламенение топливно-воздушной смеси и рабочий ход. Открытие выпускного клапана производится с опережением достижения поршня НМТ, а закрытие — уже после прохождения ВМТ. Таким образом, цикл замыкается и начинается снова.

За один рабочий цикл коленвал двигателя совершает два полных оборота, а распредвал — всего один. Именно поэтому шестерня коленчатого вала имеет вдвое больший диаметр, чем шестерня коленчатого вала.

Газораспределительный механизм — одна из важнейших систем двигателя, поэтому необходимо обеспечивать ее точную настройку и регулярно проводить техническое обслуживание. В противном случае двигатель будет доставлять массу проблем автовладельцу.

Типы и устройство газораспределительных механизмов

Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в цилиндры карбюраторного двигателя горючей смеси или воздуха (в дизельном двигателе) и выпуска отработавших газов из цилиндров в соответствии с протеканием рабочего цикла двигателя.

Какого типа газораспределительный механизм применяется на двигателях современных автомобилей отечественного производства?

На автомобильных двигателях отечественного производства применяется клапанный газораспределительный механизм с нижним или верхним расположением клапанов и установкой распределительного вала в блоке или в головке блока цилиндров. На большинстве двигателей в цилиндре устанавливают по два клапана: впускной, открывающий доступ горючей смеси или воздуха в цилиндр, и выпускной, открывающий выход отработавших газов из цилиндра.

На некоторых двигателях (спортивных, гоночных) автомобилей устанавливают два впускных и один выпускной клапаны, а иногда два впускных и два выпускных клапана. на каждый цилиндр. Управление клапанами осуществляется кулачками распределительного вала, который приводится во вращение от коленчатого вала с помощью шестерен или звездочек с цепным или ременным приводом.

Так как в течение рабочего цикла четырехтактного двигателя каждый из клапанов должен открыться по одному разу, то распределительный вал за два оборота коленчатого вала должен повернуться один раз. Следовательно, передаточное отношение между ними 2 : 1.

Как устроен и работает газораспределительный механизм с нижним расположением клапанов?

Газораспределительный механизм с нижним расположением клапанов (двигатели автомобилей ГАЗ-51, Г АЗ-52-04 и другие) состоит (рис.16) из распределительного вала 4 с кулачками 3 и шестерней 2, находящейся в постоянном зацеплении с шестерней 1, закрепленной на коленчатом валу; толкателей 5 с регулировочным болтом 7 и контргайкой 6; клапана 12 с пружиной 10, сухариками 9 и опорной конической шайбой 8; направляющей клапана 11 и седла клапана 13.

Газораспределительный механизм с нижним расположением клапанов

Рис.16. Газораспределительный механизм с нижним расположением клапанов.

Работает такой механизм так. При вращении коленчатого вала крутящий момент от шестерни 1 передается шестерне 2, которая жестко закреплена на распределительном валу и вращает его. Распределительный вал, поворачиваясь, своим кулачком 3 воздействует на толкатель 5 и поднимает его, а он через регулировочный болт 7 воздействует на клапан 12 и открывает его. Пружина 10 при этом сжимается. При дальнейшем вращении распределительного вала кулачок, поворачиваясь, прекращает воздействовать на толкатель и клапан, а пружина, распрямляясь, закрывает клапан.

Для плотного закрытия клапана необходимо, чтобы между стержнем клапана и толкателем был тепловой зазор, величина которого устанавливается заводом-изготовителем. Обычно он находится в пределах 0,15-0,30 мм для впускного клапана и 0,20-0,40 мм для выпускного.

В процессе эксплуатации двигателя тепловой зазор может изменяться. Поэтому для его регулировки в торец толкателя ввернут, регулировочный болт 7 с контргайкой 6, а на самом толкателе выполнены лыски для удерживания толкателя, от проворачивания при регулировке зазора.

Как устроен газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов?

На большинстве современных автомобильных двигателей применяется газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов. Это позволяет улучшить форму камеры сгорания, лучше наполнить цилиндры горючей смесью или воздухом, повысить степень сжатия и экономичность работы двигателя. Газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов при нижнем расположении распределительного вала (рис.17) состоит из распределительного вала 1 с кулачками 2 и опорными шейками 3; толкателя 4; штанги 5; коромысла 6 с регулировочным винтом 7 и контргайкой 8, установленных на оси 9; деталей 10 крепления пружины на стержне клапана, к которым относятся сухарики 11 с внешней конической поверхностью и внутренним буртиком, коническая втулка 12, опорная шайба 13 и маслоотражательный колпачок 14, изготовленный из маслостойкой резины; пружины 15, стремящейся удерживать клапан в закрытом положении; направляющей втулки 16; клапана 17; гнезда клапана 18.

Газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов

Рис.17. Газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов.

При сборке пружину сжимают и устанавливают маслоотражательный колпачок 14 (только для впускного клапана), опорную шайбу 13, коническую втулку 12 и сухарики 11 так, чтобы их буртик вошел в кольцевую выточку на стержне клапана. При отпускании пружины она, распрямляясь, давит на коническую поверхность втулки и сухариков, удерживаясь на стержне клапана. Вторым концом пружина упирается в головку блока через опорную шайбу.

Как работает, газораспределительный, механизм с верхним расположением клапанов?

При вращении распределительного вала 1 кулачок 2 воздействует на толкатель 4 и поднимает его, а он через штангу 5 передает усилие на коромысло 6, которое, поворачиваясь на оси 9, вторым своим концом давит на стержень клапана 17 и открывает его. Пружина 15 при этом сжимается.

При дальнейшем вращении распределительного вала кулачок прекращает воздействовать на толкатель, и пружина, распрямляясь, плотно закрывает клапан в гнезде 18. Для регулировки теплового зазора между стержнем клапана и коромыслом предусмотрен регулировочный винт 7 с контргайкой 8.

В чем особенность расположения деталей газораспределительного механизма V-образных двигателей?

На V-образных двигателях автомобилей ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, КамАЗ-5320 и других устанавливают один распределительный вал. Толкатели и штанги располагаются наклонно.

Может ли располагаться распределительный вал в головке блока цилиндров?

На двигателях автомобилей ВАЗ, «Москвич-2140» и других распределительный вал распложен непосредственно в головке блока цилиндров и приводится во вращение от коленчатого вала с помощью звездочек и цепи или специального зубчатого ремня. При этом толкатели и штанги отсутствуют, что позволяет увеличить частоту вращения коленчатого вала до 5000 об/мин и более при хорошем наполнении цилиндров горючей смесью.

На рисунке 18 показан газораспределительный механизм двигателя автомобиля «Москвич-2140», в котором клапаны располагаются в два ряда, что способствует лучшей очистке цилиндров от отработавших. газов и более полному их наполнению горючей смесью. Распределительный вал 4 установлен в головке блока на подшипниках и приводится во вращение от коленчатого вала 15 с помощью ведущей 10 и ведомой 13 звездочек, соединенных между собой втулочно-роликовой цепью 14 с натяжным устройством 11 и 12.

Газораспределительный механизм с цепным приводом

Рис.18. Газораспределительный механизм с цепным приводом.

Кулачки распределительного вала при вращении воздействуют непосредственно на коромысло 5 впускного клапана 9 или коромысло 3 выпускного клапана 1, открывая их. Закрываются клапаны с помощью пружин 8. В коромысла ввернуты регулировочные болты с контргайками 7. В нижней части коромысла установлены наконечники 2 из специальной стали для уменьшения износа.

Какие формы камер сгорания применяются на автомобильных двигателях и какое их влияние на рабочий цикл двигателя?

Форма камеры сгорания оказывает существенное влияние на рабочий процесс двигателя, а следовательно, на его мощность и экономичность. На двигателях с нижним расположением клапанов (автомобили ГАЗ-52-04, ЗИЛ-157К и другие) применяется Г-образная камера сгорания (рис. 19, а). В такой камере при сжатии создается интенсивное завихрение горючей смеси, повышающее скорость горения, что снижает появление детонации. Наличие узкой щели (1,5-2,0 мм) между сводом камеры и поршнем 1, когда он находится в ВМТ, способствует охлаждению горючей смеси, наиболее удаленной от свечи 2, что также снижает возможность появления детонации. Однако эта камера сгорания имеет и существенные недостатки: низкую степень сжатия (не более 6,5) и большую поверхность охлаждения, что ведет к усиленной теплоотдаче через стенки, а следовательно, к уменьшению мощности и экономичности двигателя. На последних моделях рядных двигателей с верхним расположением клапанов (автомобили ГАЗ-24 «Волга», ВАЗ, «Москвич-2140» и другие) применяется полусферическая (шатровая) камера сгорания (рис.19, б), а на V-образных двигателях (автомобили ЗИЛ-130, ГАЗ-53А и других) – клиновая (рис. 19, в). Такие камеры имеют минимальную поверхность охлаждения и минимальные тепловые потери, что исключает появление детонации и позволяет повысить степень сжатия. Следовательно, повышается мощность и экономичность таких двигателей.

Формы камер сгорания

Рис.19. Формы камер сгорания:
а – Г-образная; б – полусферическая; в – клиновая; г – неразделенная.

На автомобильных дизельных двигателях обычно применяется неразделенная камера сгорания (рис.19, г). При этом головка блока цилиндров плоская, а углубление для камеры сгорания выполнено в днище поршня.

Такая форма камеры сгорания обеспечивает равномерное распыление впрыскиваемого форсункой 3 жидкого топлива, его испарение, смешивание с нагретым воздухом, образование горючей смеси и ее самовоспламенение с минимальными тепловыми потерями, что позволяет получить большую мощность двигателя.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector