Механизм газораспределения

Для осуществления рабочего цикла необ­ходимо, согласно чередованию тактов, подавать в цилиндры двигателя горючую смесь (карбюраторные двигатели) или очищенный воздух (дизели), обеспечи­вать герметизацию цилиндров двигателя при процессах сжатия и расширения и выводить из цилиндра отработавшие газы.

Механизм газораспределения служит для своевременного открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов двига­теля, обеспечивая качественное наполне­ние цилиндра свежим зарядом, его очистку от отработавших газов и герметизацию цилиндра при сжатии и рабочем ходе.

От объема и состава свежего заряда в большой степени зависят технико-экономические показатели двигателя.

Типы механизмов газораспре­деления

Различают клапанные и золотниковые механизмы газораспределения. В четырех­тактных автомобильных двигателях газо­обмен осуществляется с помощью клапа­нов, приводимых в действие от распреде­лительного вала.

Клапанные механизмы газораспределе­ния получили наибольшее распростране­ние благодаря сравнительно простому устройству и надежной работе. Кроме того, клапаны обеспечивают хорошую герметизацию цилиндра при тактах сжа­тия и расширения.

В двухтактном двигателе газообмен может происходить под действием поршня, открывающего и закрывающего впускные, выпускные и перепускные окна, или смешанной системы газораспределения.

Клапанные механизмы газораспределе­ния в зависимости от места установки клапана относительно цилиндров разде­ляются на механизмы с нижним и верхним расположением клапанов.

При нижнем расположении (рис. 30, а) клапаны размещены обычно в один ряд в блоке цилиндров и приводятся в действие через толкатели от одного общего распре­делительного вала.

Впускные и выпускные трубопроводы крепятся к блоку и часто с одной стороны для подогрева смеси, поступаю­щей в цилиндры двигателя, теплом отра­ботавших газов. Существенными недостат­ками нижнеклапанных механизмов газо­распределения являются следующие: не­рациональная форма камеры сгорания (вытянута в сторону клапанов), слож­ность регулирования, большое сопротивле­ние впускных и выпускных каналов. Поэтому, несмотря на простоту конструк­тивного исполнения и компактность при­вода, такие механизмы имеют ограни­ченное применение.

При верхнем расположении клапанов (рис. 30, б, в, г а д) камеры сгорания имеют обычно компактную форму с малы­ми относительными поверхностями охлаж­дения, благодаря чему снижаются тепло­вые потери и повышается экономичность работы двигателя. Кроме того, в таких камерах значительно сокращается путь пламени от свечи до наиболее удаленных объемов рабочей смеси и улучшаются условия протекания процесса сгорания, в связи с чем создаются возможности повышения степени сжатия. При верхнем расположении клапанов может быть уменьшена длина впускных каналов, что позволяет придать им более выгодные формы, в результате чего снижаются потери на впуске и выпуске, улучшаются наполнение цилиндров свежим зарядом и очистка их от отработавших газов.

Это обеспечивает повышение мощности и экономичности двигателей с верхним рас­положением клапанов.

При верхнем расположении клапаны приводятся в действие от распредели­тельного вала, расположенного в блоке либо в головке цилиндров. В первом случае (рис. 30, бив) передача усилия от распределительного вала на клапаны осуществляется через длинную кинематическую цепь, включающую в себя толкатель 9, штангу 12, коромысло 14. Такой привод клапанов характеризуется значительными инерционными нагрузками, передаточные звенья должны быть вы­полнены из качественных материалов. Верхнее расположение распределитель­ного вала применяют для форсированных по частоте вращения двигателей автомо­билей ВАЗ, «Москвич» с передачей усилия на клапан через коромысло с криволинейным рабочим профилем — ро­кером 32 (рис. 30, г). На современных двигателях (автомобили ВАЗ-2108, ВАЗ-2109) клапан приводится в действие непосредственно кулачком, воздействую­щим на толкатель 9 (рис. 30, д). Для механизма газораспределения с верх­ним расположением распределительного вала характерно упрощение привода самих клапанов, но усложнение передачи усилия от коленчатого вала к распределитель­ному.

За два оборота коленчатого вала четырехтактного двигателя должны прои­зойти один впуск и один выпуск. Поэтому распределительный вал должен вращаться в два раза медленнее, чем коленчатый. Согласование частоты вращения распре­делительного и коленчатого валов опре­деляется передаточным отношением приво­да, которое для четырехтактных двигате­лей равно 1:2.

В автомобильных двигателях, как пра­вило, на один цилиндр устанавливают два клапана (впускной и выпускной), каждый из которых приводится в дейст­вие своим кулачком. Механизм привода клапанов (рис. 30, б, в) работает следую­щим образом. При вращении распредели-

тельного вала кулачок 10 (рис. 30, б) набегает на толкатель 9 и поднимает его вместе со штангой 12. Штанга передает усилие на коромысло 14, которое, повора­чиваясь на оси, бойком нажимает на то­рец клапана и, преодолевая усилия предварительно сжатой пружины 18, перемещает клапан 2, сообщая полость цилиндра с трубопроводом.

Кулачковый механизм предназначен для преобразования вращательного дви­жения распределительного вала в посту­пательное движение толкателя (рис. 30, а и д), через передаточные звенья в качательное движение коромысла (рис. 30, б, в и г). В первом случае ход клапана равен высоте кулачка. Во втором случае передача усилия через неравноплечее ко­ромысло позволяет уменьшить высоту кулачка при заданном ходе клапана и снизить инерционные нагрузки в приводе клапана.

Максимальное открытие клапана (рис. 30, б) соответствует моменту, когда толкатель находится на вершине ку­лачка, пружина при этом максимально сжата. При дальнейшем повороте кулачка под действием разжимающейся пружины все элементы кинематической цепи пере­мещаются в обратном направлении до посадки клапана на седло /. В случае передачи усилия клапану непосредственно толкателем (рис. 30, а и г) кулачок набегает на толкатель 9, который, воздей­ствуя на клапан, сжимает предваритель­но сжатую пружину 4, поднимает клапан на высоту, равную высоте кулачка. В обратном направлении клапан переме­щается под действием пружины.

На автомобиле ГАЗ-3102 «Волга» уста­новлен карбюраторный двигатель с форкамерно-факельным зажиганием (рис. 30, в). При наличии форкамеры 30 со своим впускным клапаном 29 необхо­дим привод этого клапана от общего коромысла.. Поэтому при воздействии кулачка через привод на коромысло вна­чале открывается клапан форкамеры, а затем впускной клапан основной камеры. Закрытие клапана форкамеры и впускного клапана осуществляется под действием пружин 21 и 17.

Таким образом, независимо от вида применяемого привода, клапан открывает­ся под действием кулачка, а закрывается под действием пружины.