Распределительный вал
advertisement
Керченский технологический техникум ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ Тема урока : Назначение и устройство газораспределительного механизма Цель урока: Изучить устройство всех типов газораспределительного механизма Преподаватель А.М. Моисеенко МОТИВАЦИЯ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Механизм Г.Р.М. является одним из главных механизмов двигателя. От правильной его эксплуатации зависит безотказная работа всего двигателя. Для того, чтобы умело проводить работы во время эксплуатации и предотвращать отказы, необходимо хорошо знать устройство Г.Р.М. и его деталей. . АКТУАЛИЗАЦИЯ ОПОНЫХ ЗНАНИЙ Вопрос 1. Какие механизмы и системы входят в двигатель внутреннего сгорания? Вопрос 2. Назначение кривошипно-шатунных механизм. Вопрос 3. Какие две группы де6талей входят в К.Ш.М. Вопрос 4. Назовите неподвижные детали К.Ш.М. Вопрос 5. Назовите подвижные детали К.Ш.М. Вопрос 6. Объясните устройство шатунно поршневой группы Вопрос 7. Объясните устройство коленчатого вала. Назначение и характеристика Газораспределительным называется механизм, осуществляющий открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя. Газораспределительный механизм (ГРМ) служит для своевременного впуска горючей смеси или воздуха в цилиндры двигателя и выпуска из цилиндров отработавших газов ТИПЫ ГРМ Устройство ГРМ Передаточное число 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. Передача движения Коленвал - детали передачи движения – распредвал - детали передачи движения - клапаны Распредвал имеет жёсткую синхронизацию вращения с коленвалом, реализованную с помощью шестерёнчатой, зубчаторемённой или цепной передачи Шестеренный привод 3 — распределительное зубчатое колесо коленчатого вала; 10 — метки; 5 — зубчатое колесо распределительного вала; Ременной и цепной привод Типология ГРМ По расположению распределительного вала выделяют двигатели: С распредвалом, расположенным в блоке цилиндров (Cam-in-Block); С распредвалом, расположенным в головке цилиндров (Cam-in-Head). Эти два типа разделяются на целый ряд подтипов в зависимости от расположения и конфигурации клапанов 1. Двигатели с распредвалом в блоке цилиндров Нижнеклапанный двигатель — двигатель, у которого распредвал расположен в блоке и клапаны расположены также в блоке, в ряд сбоку от цилиндров, тарелками вверх. Привод непосредственно от расположенного под ними распредвала. Cam-in-Block SV, «Side-Valve» Плюсы схемы — малая шумность, простота изготовления. Минусы — из-за сложного пути бензовоздушной смеси значительно ухудшается наполнение цилиндров, как следствие — достигается ощутимо меньшая мощность по сравнению с остальными конфигурациями. Кроме того, долгий путь выхлопных газов может способствовать перегреву двигателей, работающих в тяжёлых условиях. Вплоть до 1950-х годов, благодаря своей простоте и дешевизне двигатели с таким ГРМ были наиболее распространены на легковых (кроме спортивных) и грузовых автомобилях. В 1950-х годах стали массово внедрять верхнеклапанные двигатели, лишённые присущих нижнеклапанной схеме недостатков. На грузовых автомобилях эта схема использовалась намного дольше, например, грузовик ГАЗ-52 выпускался до 1990-х годов. за рубежом также были примеры долгоживущих нижнеклапанных двигателей. 2. Со смешанным расположением клапанов Так же встречается обозначение — «F-Head». У такого двигателя обычно впускные клапаны находятся в головке блока, как у верхнеклапанного мотора, и приводятся в действие при помощи штангтолкателей, а выпускные — в блоке, как у нижнеклапанного двигателя. Распределительный вал был один и был расположен в блоке, как у обычного нижнеклапанного мотора. Эта схема обладает тем преимуществом, что её мощность ощутимо выше, чем у «чистого» нижнеклапанного. Как правило, такие двигатели переделывались из нижнеклапанных. Cam-in-Block «Е- Head» Подобные «полуверхнеклапанные» переделки существовали и в СССР — это были спортивные двигатели на базе агрегатов автомобилей «Москвич», «Победа» и «ЗиМ». Выигрыш в мощности, в сочетании с иными мерами форсировки, был значительным — до 20…40 л.с., при исходной мощности самих указанных двигателей в 35, 50 и 90 л.с., соответственно. За рубежом, такие двигатели широко применялись фирмами «Rolls-Royce» и «Rover» благодаря их высокой надёжности как по сравнению с нижнеклапанными (из-за хорошего охлаждения верхних клапанов). 3. Верхнеклапанные (тип OHV«Overhead Valve», I-Head ) У этих двигателей клапаны расположены в головке цилиндров, а распредвал — в блоке (англоязычное обозначение — OHV,— «Over Head Valve», также встречается I-Head, или «Pushrod», то есть, «с толкателями»). Привод клапанов — штангамитолкателями через коромысла. Изобретена Дэйвидом Данбаром Бьюиком (David Dunbar Buick) в самом начале XX века. Cam-in-Block «I- Head» Плюс такой схемы — относительно простая конструкция, в частности, как правило используется простой и надёжный привод распределительного вала шестернями, что исключает саму возможность таких неисправностей, как разрыв ремня ГРМ или «перескакивание» цепи в механизме с цепным приводом. Минус — очень большая инерционность такого механизма газораспределения, что сильно ограничивает максимальные обороты коленчатого вала двигателя и, следовательно, мощность. В СССР первым массовым верхнеклапанным мотором стал двигатель «Волги» ГАЗ-21 (хотя малосерийный ЗиС-101 имел такой мотор ещё в 1930-х годах). Из отечественных автомобилей такой механизм газораспределения имели «Волга» (все карбюраторные модели), «Москвичи» всех моделей от —407 до —408 включительно, и все грузовики с двигателями конфигурации V8. В мировой практике такие двигатели были наиболее широко распространены с 1950-х по 1970-е годы, а в настоящее время производятся практически только в США, где налог взимается не с рабочего объёма, а только с мощности автомобиля, что даёт немалое преимущество малофорсированным, относительно тихоходным и маломощным для своего литража, но имеющим большой рабочий объём и, соответственно, крутящий момент двигателям с ГРМ типа OHV. 4. Двигатели с распредвалом в головке цилиндров OHC (Overhead Camshaft; так же, SOHC — Single Overhead Camshaft). А) Приводом клапанов коромыслами (Москвич412, старые модели BMW, Honda) — клапаны расположены по бокам от распредвала (обычно, Vобразно), приводятся в движение насаженными на общую ось коромыслами, одни концы которых толкаются кулачками вала, а другие приводит в движение стержни клапанов; Б) Приводом клапанов рычагами (ВАЗ-2101, −06, …) — распредвал над расположенными в ряд клапанами, приводит их посредством рычагов, опирающихся на шаровую опору, толкая их кулачками примерно посередине; минус — повышенная шумность, высокие нагрузки в месте контакта кулачков вала и рычагов, сложная регулировка клапанного зазора. В) Приводом клапанов толкателями (ВАЗ-2108, многие высокооборотные двигатели) — очень простой механизм с минимальной инерцией деталей, в котором распредвал расположен прямо над клапанами, расположенными тарелками вниз, и приводит их в движение через цилиндрические толкатели; минус — меньшая эластичность характеристики двигателя, сложная регулировка клапанного зазора. Схема OHC была наиболее распространена во вторую половину шестидесятых — восьмидесятые годы. Целый ряд двигателей такой схемы выпускается и в наше время, преимущественно для недорогих автомобилей (скажем, ряд двигателей для «Renault Logan»). В современных двигателях OHC как правило используется привод распредвала зубчатым ремнем (ремень ГРМ), который находится в сухом отсеке двигателя вне объема, омываемого маслом. Нередко (например, ВАЗ-2108..09) этот же ремень приводит в движение и помпу системы охлаждения двигателя. Преимущества: меньшая шумность и возможность достижения более высоких оборотов из-за меньшей массы механизма. В двигателях компании Nissan, а также в старых двигателях OHC, таких, как ВАЗовские двигатели на моделях 2101..2106 (т.е. старше, чем 2105) - используется привод распредвала цепью, напоминающей велосипедную, но обычно сдвоенной. Цепь находилась в "мокром" отсеке мотора, т.е. омывалась моторным маслом. Нередко эта же цепь приводила в движение дополнительный вал, и, посредством его, бензонасос, масляный насос и прерыватель-распределитель зажигания. Преимущества: долговечность. Если большинство японских автомобильных двигателей требуют обязательной замены ремня ГРМ на пробеге около 100..120 тысяч км, то двигатели Nissan требуют не более чем осмотра цепи ГРМ, которая практически вечна. Двигатель с двумя распредвалами в головке цилиндров DOHC (Double Overhead Camshaft). А) DOHC с двумя клапанами на цилиндр Эта схема является усложнённой разновидностью обычной OHC. В головке цилиндров расположены два распредвала, один из которых приводит впускные клапаны, второй — выпускные. Эта схема появилась в 1960-х — 1970-х годах на высокопотенциальных двигателях таких автомобилей, как «Fiat 125», «Jaguar», «Alfa Romeo», а также опытном двигателе гоночных автомобилей «Москвич-412Р», «Москвич-Г4». Двигатель с двумя распредвалами в головке цилиндров DOHC (Double Overhead Camshaft). Б) DOHC с четырьмя клапанами на цилиндр Два распредвала, каждый из которых приводит свой ряд клапанов. Как правило, один распредвал толкает два впускных клапана, другой — два выпускных. Фактически, двухрядный вариант схемы OHC с в два раза большим количеством распредвалов и клапанов, однако могут осуществляться и иные схемы с общим количеством клапанов на цилиндр от 3 до 6. Привод клапанов, как правило, толкателями. Схема даёт большое преимущество по мощностной отдаче. Применяется на большей части современных автомобилей. Распределительный вал Распределительный вал предназначен для своевременного открытия клапанов. Распределительный вал имеет: коренные (опорные) шейки; кулачки, расположение которых на валу обусловлено числом клапанов на цилиндр и последовательностью их открытия в зависимости от порядка работы двигателя, схемы привода, фазы газораспределения; Толкатели Толкатели передают усилия от кулачков распределительного вала к штангам или непосредственно к клапанам и воспринимают возникающие при этом боковые усилия. Толкатели изготовляются в виде круглых стержней или стаканов, совершающих осевое возвратнопоступательное движение, а также в виде рычагов, совершающих качательные движения вокруг своей оси. Толкатели Штанга Штанга передает усилие от толкателя к коромыслу и должна обладать определенной продольной жесткостью. Штанги изготовляются трубчатыми или сплошными из стали или дюралюминия. На штанги из дюралюминиевых прутков напрессовывают стальные термообработанные наконечники. При использовании стальных трубок наконечники запрессовывают в трубках или получают путем высадки и завальцовывания торцов у трубки. Коромысло Коромысло представляет собой разноплечий рычаг таврового или двутаврового сечения, что повышает его жесткость. Оно передает усилия от штанги к клапану. Коромысла отливают из чугуна или стали методом точного литья. В коротком плече коромысла имеется резьбовое отверстие под регулировочный винт и канал для подвода масла к сферической поверхности штанги и винта. На другом плече коромысла имеется сферическая поверхность (боек коромысла), которая опирается на стержень клапана. В средней части выполнено гладкое отверстие под ось качания коромысла. От осевого смещения коромысло удерживается упорной шайбой и стопорным пружинным кольцом. Клапаны Клапаны предназначены для герметизации цилиндра при тактах сжатия и рабочего хода и соединения его с трубопроводами впускной или выпускной системы при тактах впуска или выпуска в процессе газообмена. Условия работы клапанов: • большие динамические нагрузки; • высокие скорости перемещения; • неравномерный нагрев отдельных участков; • повышенная коррозионно-активная среда. Клапан впускной Клапан выпускной Клапанный механизм Клапаны 1 — выпускной клапан; 2 — корпус механизма вращения; 3 — шарик; 4 — опорная шайба; 5 — замковое кольцо; 6 — пружина клапана; 7 — тарелка пружины; 8 — сухарь; 9 — дисковая пружина; 10 — возвратная пружина; 11 — натриевый наполнитель; 12 — направляющая втулка; 13 — седло клапана; 14 — жаростойкая наплавка; 75 — заглушка; 16 — головка блока цилиндров Седла клапанов Наиболее важным сопряжением, определяющим долговечность механизма газораспределения, является сопряжение седло—клапан, так как оно подвержено ударным нагрузкам при посадке клапана и значительным термическим перегрузкам. Вставные седла изготовляются в виде отдельных колец из специального чугуна, легированной стали или металлокерамики. Механизм вращения клапанов Для поддержания в рабочем состоянии контактных поверхностей уплотнительных фасок выпускных клапанов иногда применяют специальные устройства, позволяющие принудительно поворачивать клапаны в процессе работы. 1 — выпускной клапан; 2 — корпус механизма вращения; 3 — шарик; 4 — опорная шайба; 5 — замковое кольцо; 6 — пружина клапана; 9 — дисковая пружина; 10 — возвратная пружина; 12 — направляющая втулка; Камеры сгорания В зависимости от устройства ГРМ применяют следующие камеры сгорания Г- образная КС На двигателях с нижним расположением клапанов (автомобили ГАЗ52-04, ЗИЛ-157К и другие) применяется Г-образная камера сгорания 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. Полусферическая Начиная с моделей рядных двигателей с верхним расположением клапанов (автомобили ГАЗ-24 «Волга», ВАЗ, «Москвич-2140» и другие) применяется полусферическая (шатровая) камера сгорания (рис.19, б), Клиновая 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. 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. ТЕСТЫ 1. Каково значение Г.Р.М. А) для открытия клапанов; Б) для своевременного открытия впускных клапанов с целью впуска горючей смеси (воздуха) в цилиндры двигателя; В) для своевременного открытия клапанов с целью впуска воздуха в цилиндр и выпуска из него отработавших газов. 2. Какая из деталей не является деталью Г.Р.М. А) толкатель Б) коромысло В) штанга Г) шпонка 3. В каком ответе правильно указано передаточное отношение между коленчатым и распределительным валами в четырехтактном двигателе? А) 1 : 1 Б) 2 : 1 В) 3 : 1 Г) 4 : 1 4. Какой привод распредвала не используется в Г.Р.М. А) шестеренный Б) ременной В) торсионный Г) цепной 5. Какой привод клапана не используется в Г.Р.М. А) гидротолкатель Б) коромысло В) эксцентрик Г) рычаг В) толкатель На рис.1 показан газораспределительный механизм: 6. А) с верхним расположением клапанов Б) с нижним расположением клапанов На рис.2 показан газораспределительный механизм: 7. А) с верхним расположением клапанов Б) с нижним расположением клапанов 8. Дайте название деталей по номерам указанных на рис.: 1234567- 910111213158- Регулировочный болт необходим для: А) для регулировки зазора между толкателем и распредвалом Б) для регулировки зазора между пружиной и опорной шайбой В) для направления движения толкателя Г) для регулировки теплового зазора между стержнем клапана и пятой коромысла 9. 10. Как отличить впускной клапан от выпускного в двигателях? А) диаметр тарелки впускного клапана больше выпускного Б) диаметр тарелки выпускного клапана больше впускного В) по диаметру стержня и форме тарелок клапанов 11. Для чего диаметр впускных клапанов часто делают большим, чем у выпускных? А) для лучшего наполнения цилиндра воздухом Б) для лучшей очистки цилиндра от отработавших газов В) для увеличения размера кольцевой щели между клапаном и гнездом при открытом клапане Почему шестерня распределительного вала больше в два раза шестерни коленчатого вала? А) для обеспечения правильной работы кривошипно-шатунного механизма Б) для того, чтобы за два оборота коленчатого вала четырехтактного двигателя каждый клапан открывался один раз (один оборот распределительного вала) В) для уменьшения частоты вращения распределительного вала 12. Как повлияет на работу двигателя неточная установка шестерни распределительного вала? А) работа двигателя ухудшится Б) увеличится износ и шум шестерни распределения В) уменьшится мощность двигателя из-за несвоевременного открытия и закрытия клапанов 13. Для чего клапан во время работы должен проворачиваться? А) для равномерного износа фаски клапана и седла Б) для лучшего заполнения цилиндра воздухом (топливовоздушной смесью) В) клапан проворачиваться не должен, иначе нарушится работа ГРМ 14. Какие дополнительные механизмы приводятся в действие распределительным валом двигателей ЗИЛ-130 и ЗМЗ-53? А) прерыватель-распределитель Б) бензонасос В) прерыватель-распределитель и бензонасос 15. Для лучшего охлаждения тарелки клапана полость клапана заполняют: А) антифризом Б) маслом В) водой Г) натрием 16. Вращаются ли во время работы двигателя впускные клапаны двигателя ЗИЛ-130? А) нет Б) да, за счет вибрации пружин В) да, за счет механизма принудительного поворота. 17. Какая деталь передает движение от толкателя на клапан? А) толкатель Б) коромысло В) штанга Г) пружина 18. 19. Какая деталь передает движение от распределительного вала на штангу? А) толкатель Б) коромысло В) штанга Г) пружина 20. Как называется деталь которая позволяет не осуществлять регулировку теплового зазора? А) толкатель Б) коромысло В) штанга Г) гидротолкатель
