Механизм газораспределения

Механизм ГРМ предназначен для своевременного впуска горючей смеси или воздуха и выпуска отработавших газов.

При открытии клапанов газы постепенно заполняют или освобождают цилиндр быстроходного двигателя. Чтобы улучшить наполнение и очистку цилиндра клапаны открывают заранее и закрывают позднее, впускные клапаны изготавливают большего диаметра, чем выпускные. Моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с в.м.т и н.м.т. Продолжительность открытого состояния клапанов выражают в градусах поворота коленчатого вала, и называют фазами газораспределения.

На рис.5,а) показана диаграмма фаз газораспределения двигателя автомобиля ГАЗ-53А при вращении в направлении вращения часовой стрелки.

На такте впуск впускной клапан открывают до прихода поршня в в.м.т за 24°. Поршень движется вниз до н.м.т, впускной клапан остается открытым. Он открыт еще 64°.

На такте сжатие оба клапана закрыты, и они остаются закрытыми на такте рабочий ход. По окончании рабочего хода заранее, до прихода поршня в н.м.т., за 50° открывается выпускной клапан. Начинается такт выпуск. Выпускной клапан (заштриховано) остается открытым после прохода в.м.т. еще 22°. В течение 24°+22° открыты оба клапана (перекрытие клапанов). В течение этого времени поступающая горючая смесь выталкивает продукты сгорания.

Рассмотрим крепление клапана на двигателе ЗИЛ-130 (рис.5,б)). Впускные и выпускные клапаны устанавливают в головке блока. Головка изготавливается из сплава алюминия.

Клапан 1 перемещается вверх и вниз в направляющей, чугунной втулке 5. Втулка запрессовывается в предварительно нагретую головку, или же втулка предварительно охлаждается жидким азотом. Клапанная пружина 6 удерживает клапан в закрытом состоянии, упираясь в головку блока через шайбу 4. Клапан состоит из головки 12 и стержня 1. Выпускной клапан при работе нагревается до высокой температуры и изготавливается из жаропрочной стали. Для улучшения охлаждения внутри клапана просверливают канал, заполняют его натрием 11, затем головку герметизируют крышкой. При работе двигателя натрий нагревается и переходит в жидкое состояние. При перемещении клапана натрий перемещается внутри канала, забирает теплоту от нагретой головки и передает ее к более холодному стержню, затем втулке 5. При действии силы сверху на стержень, клапан перемещается вниз, пружина сжимается, клапан открывается, и камера сгорания соединяется с выпускным трактом.

Головка клапана упирается в седло 13. Седло запрессовывается в головку блока. Клапан тщательно подгоняется к седлу – притирается. Утечки газов в соединении не допускается, так как это приводит к перегреву и сгоранию головки клапана.

Пружина 6 соединена с клапаном с помощью тарелки 7 и двух сухарей 8. Сухари сначала изготавливаются в виде конусного кольца с расположенными внутри одним или двумя буртиками (выступами). Затем кольцо разрезается вдоль на две части. Внутри тарелки расположен обратный конус. Для фиксации клапана сначала ставят пружину и тарелку, пружину сжимают с помощи приспособления, на конец стержня клапан устанавливают сухари, и затем пружину освобождают. Пружина всегда прижимает тарелку к сухарям и, таким образом, удерживает клапан. В нижней опоре пружины установлен механизм поворота клапана (детали 3,9,10 и др.), не получивший распространения на других двигателях.

Открываются клапаны с помощью вала газораспределения (рис.5,с). Плавное и своевременное открытие клапанов обеспечивается кулачками 6 и 7. Кулачки изготавливаются определенного профиля. Для каждого клапана имеется свой кулачок.

Вал газораспределения вращается на втулках 8 – это подшипники скольжения, вкладыши. Во втулках выполнены отверстия для подвода масла. Для привода в передней части вала на шпонке установлена шестерня 2. Она входит в зацепление с шестерней, расположенной на коленчатом валу двигателя. Вал вращается со скоростью в два раза меньшей скорости вращения коленчатого вала. Для правильной установки шестерни на ней, и на другой шестерне, предусмотрены метки 1.

В восьмицилиндровом двигателе ЗИЛ-130 используется 16 клапанов (8 впускных и 8 выпускных). На валу ГРМ имеется 16 кулачков. В передней части выполнен эксцентрик 5, который используется для привода бензонасоса. В задней части вала установлена шестерня 20. Она применяется для привода масляного насоса и прерывателя - распределителя системы зажигания.

При вращении вала кулачок давит на толкатель 19, соединенный с нижним концом штанги 18. Верхним концом штанга упирается в коромысло 14. При вращении вала ГРМ коромысло качается на оси 13, вторым концом упирается в стержень клапана, открывая его.

При работе двигателя его детали нагреваются и изнашиваются. Поэтому в ГРМ предусмотрена регулировка хода клапанов. Такую регулировку называют регулировкой теплового зазора. Если между деталями механизма открывания клапана (кулачок, толкатель, штанга, коромысло, клапан, седло) образуется зазор больше допустимого, то клапан закрывается со стуком. При этом детали постепенно изнашиваются, зазор увеличивается и стук возрастает. Если зазор меньше допустимого, то клапан не закрывается, и происходит прорыв газов. Выпускной клапан перегревается и сгорает. Через впускной клапан пламя прорывается во впускной коллектор и карбюратор: резкие хлопки, вспыхивает горючая смесь, может загореться двигатель. Суммарный зазор в соединениях измеряют с помощью щупа: стальной пластины толщины 0,25…0,3 мм. При регулировке эту пластину вставляют между клапаном и коромыслом, или между кулачком и толкателем. Для регулировки используют регулировочный винт 15: одну гайку на винте ослабляют, вращают другую гайку, затем первую гайку затягивают и контролируют зазор на холодном двигателе. За рубежом существуют ГРМ, в которых зазор устанавливается автоматически.

На современных двигателях легковых автомобилей применяю цепной привод вала ГРМ. Это позволяет снизить шум и упростить ГРМ. Цепной привод показан на рис.5,д). На коленчатый вал устанавливают ведущую звездочку 5, на вал ГРМ – ведомую звездочку 1. Цепь охватывает эти звездочки и звездочку 4. Эта звездочка приводит во вращение дополнительный вал привода масляного насоса, бензонасоса и прерывателя – распределителя. Для натяжения цепи используется натяжитель 7 и башмак 6. Для натяжения цепи ослабляют винт стопора натяжителя, затем вручную проворачивают коленчатый вал на два оборота, и винт затягивают. Для гашения колебаний цепи применяется успокоитель 3. Для правильной установки валов используют метки. На некоторых двигателях (ВАЗ-2107, ВАЗ-2108, и др.) вместо цепей применяют зубчатые ремни, что позволяет еще больше снизить шум и повысить надежность ГРМ.

Рис. 5. а) Диаграмма фаз газораспределения;

б) Крепление выпускного клапана двигателя ЗИЛ-130;

с) Детали ГРМ двигателя ЗИЛ-130;

д) Привод газораспределительного вала двигателя автомобиля ВАЗ-21011