Газораспределительные механизмы (грм) современных двигателе... Клапан двигателя грм


Газораспределительный механизм двигателя (ГРМ) | Газораспределительный механизм (ГРМ)

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен 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.

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

Видео: Принцип работы ГРМ

ustroistvo-avtomobilya.ru

устройство, принцип работы, назначение, техническое обслуживание и ремонт

ГРМ - это один из наиболее ответственных и сложных узлов в автомобиле. Газораспределительный механизм управляет впускными и выпускными клапанами двигателя внутреннего сгорания. На такте впуска ГРМ выполняет открытие впускного клапана, благодаря чему воздух и бензин попадают в камеру сгорания. На такте выпуска открывается выпускной клапан и удаляются отработанные газы. Давайте подробно рассмотрим устройство, принцип действия, типичные поломки и многое другое.

ремень ГРМ

Основные узлы ГРМ

Основным элементом газораспределительного механизма является распредвал. Их может быть несколько или же один в зависимости от конструктивных особенностей ДВС. Распределительный вал выполняет своевременное открытие и закрытие клапанов. Изготавливается из стали или чугуна, а устанавливается в блоке цилиндров или картере. Отсюда можно сделать вывод, что есть несколько конструкций двигателей - с верхним и нижним расположением распределительного вала. На валу имеются кулачки, которые при вращении распредвала оказывают действие через толкатели на клапан. Для каждого клапана предусмотрен свой толкатель и кулачок.

Впускные и выпускные клапаны необходимы для подачи топливно-воздушной смеси в камеру сгорания и удаления отработанных газов. Впускные клапаны выполняют из стали с хромированным покрытием, а выпускные - из жаропрочной стали. Клапан имеет стержень, на котором крепится тарелка. Обычно впускные и выпускные клапаны отличаются между собой диаметром тарелки. Также к ГРМ стоит отнести штанги и привод.

Устройство газораспределительного механизма

Стоит еще несколько слов сказать об устройстве впускных и выпускных клапанов. Стержень клапана имеет цилиндрическую форму и канавку для установки пружины. Движение клапанов возможно только в одном направлении - к втулкам. Для того чтобы моторное масло не попадало в камеру сгорания, ставят уплотнительные колпачки из маслостойкой резины.

водяная помпа

Есть еще такой узел, как привод ГРМ. Это передача вращения с коленчатого на распределительный вал. Примечательно то, что на два оборота коленвала приходится один распределительного. Собственно, это является рабочим циклом, при котором происходит открытие клапанов. Стоит заметить, что мотор с двумя распределительными валами более мощный и имеет выше КПД. Особенно это заметно на высоких оборотах. К примеру, когда ДВС оснащается одним распредвалом, то маркировка выглядит так: 1,6 литра и 8 клапанов. А вот два вала - это уже всегда в два раза большее количество клапанов, то есть 16. Ну а сейчас пойдем дальше.

Работа газораспределительного механизма

Принцип действия на всех моторах, если речь идет о таких типах, как ДВС, практически одинаков. Всю работу можно условно разделить на 4 этапа:

  • впрыск топлива;
  • сжатие;
  • рабочий цикл;
  • удаление отработанных газов.

Подача горючего в камеру сгорания осуществляется за счет движения коленчатого вала из верхней мертвой точки (ВМТ) в нижнюю мертвую точку (НМТ). При начале движения поршня открываются впускные клапаны, и топливно-воздушная смесь подается в камеру сгорания. После этого клапан закрывается, коленвал за это время проворачивается на 180 градусов от исходного положения.

После того как поршень доходит до НМТ, он поднимается вверх. Следовательно, начинается фаза сжатия. Когда достигается ВМТ, фаза считается законченной. Коленвал в это время проворачивается на 360 градусов от своего начального положения.

назначение газораспределительного механизма

Рабочий ход и удаление газов

Когда поршень достигает ВМТ, происходит воспламенение рабочей смеси от свечей зажигания. В это время достигается максимальный момент сжатия и оказывается высокое давление на поршень, который начинает движение к нижней мертвой точке. Когда поршень опустится, то рабочий ход можно считать законченным.

Заключительная фаза - удаление отработанных газов из камеры сгорания. Когда поршень достиг НМТ и начинает свое движение к ВМТ, происходит открытие выпускного клапана и избавление камеры сгорания от газов, которые образовались в результате горения топливно-воздушной смеси. При достижении поршня НМТ фазу удаления газов принято считать законченной. При этом коленчатый вал от своего начального положения проворачивается на 720 градусов. Для достижения максимальной точности необходима синхронизация газораспределительного механизма двигателя с коленчатым валом.

Основные неисправности ГРМ

От того, насколько своевременно и качественно будет проводиться техническое обслуживание мотора, зависит его техническое состояние. В процессе эксплуатации все элементы подвергаются износу. Это касается и ГРМ. Основные неисправности механизма выглядят следующим образом:

  • Низкая компрессия и хлопки в выпускной системе. В процессе эксплуатации двигателя внутреннего сгорания образуется нагар, который становится причиной неплотного прилегания клапана к седлу. На клапанах появляются раковины, а иногда и сквозные отверстия (прогар). Также компрессия падает из-за деформации головки блока цилиндров и прохудившейся прокладки.
  • Заметное падение мощности и тяги, посторонние металлические стуки и троение. Основная причина - неполное открытие впускных клапанов в результате большого теплового зазора. Часть воздушно-топливной смеси не попадает в камеру сгорания. Это происходит из-за выхода из строя гидрокомпенсаторов.
  • Механический износ деталей. Происходит в процессе эксплуатации двигателя и считается нормальным явлением. В зависимости от периодичности и качества обслуживания ДВС признаки критического износа на одном типе силового агрегата могут проявляться при различном пробеге.
  • Износ цепи или ремня ГРМ. Цепь растягивается и может перескочить или вовсе порваться. Это касается и ремня, срок службы которого ограничен не только пробегом, но и временем.

Как выполняется диагностика ГРМ?

Газораспределительный механизм ВАЗ или любой другой машины работает по одному принципу. Следовательно, способы диагностики и основные неисправности, как правило, одни и те же. Основные поломки - неполное открытие клапанов и неплотное прилегание к гнездам.

система натяжения ГРМ

Если клапан не закрывается, то появляются хлопки во впускном и выпускном коллекторах, а также снижается тяга и мощность мотора. Происходит это из-за нагара на гнездах и клапанах, а также по причине потери упругости пружин.

Диагностика проводится довольно просто. Первым делом проверяют фазы газораспределения. Дальше замеряют тепловые зазоры между коромыслом и клапаном. Помимо этого проверяется зазор между седлом и клапаном. Если говорить о механическом износе деталей, то больше всего поломок связано с критическим износом шестеренок, в результате чего ремень или цепь неплотно прилегают к зубу и возможно проскальзывание.

Фазы ГРМ и тепловой зазор

Самостоятельно продиагностировать состояние фаз газораспределительного механизма довольно сложно. Для этого необходим набор таких инструментов, как малка-угломер, моментоскоп, указатель и др. Процедура выполняется на заглушенном двигателе. Малка-угломер устанавливается на шкив коленчатого вала. Проверяется период открытия клапана всегда в 1-м цилиндре. Для этого вручную проворачивают коленчатый вал до появления зазора между клапаном и коромыслом. С помощью малки-угломера на шкиве определяют зазор и делают выводы.

Самый простой, но наименее точный метод замера теплового зазора выполняется с помощью набора пластин длиной 100 мм и максимальной толщиной 0,5 мм. Выбирается один из цилиндров, на котором будут проводиться замеры. Его необходимо довести до ВМТ с помощью ручного поворота коленчатого вала. В сформировавшийся зазор вставляются пластины. Метод не дает 100%-й точности и результата. Ведь допустимая погрешность зачастую слишком велика. Кроме того, если имеется неравномерный износ бойка коромысла и штока, то полученные данные вообще можно во внимание не брать.

цепной привод

Обслуживание ГРМ

Как показывает практика, большая часть поломок газораспределительного механизма связана с несвоевременным ТО. К примеру, производитель рекомендует менять ремень каждые 120 тысяч километров. Владелец же не берет во внимание эти данные и использует ремень по 200 тысяч. В результате последний рвется, сбиваются метки ГРМ, клапаны сталкиваются с поршнями и требуется капитальный ремонт. Это же касается и такого элемента механизма, как водяной насос. Он создает необходимое давление охлаждающей жидкости для ее циркуляции по системе. Разрушение крыльчатки или выход из строя уплотнительной прокладки приводят к серьезным проблемам с двигателем. Ролики и натяжитель тоже подлежат замене. Любой подшипник рано или поздно выходит из строя. Если своевременно менять ролики и сам натяжитель, то шанс столкнуться с такой проблемой минимален. Заклинивание ролика очень часто приводит к обрыву ремня. Именно поэтому необходимо выполнять своевременное техническое обслуживание газораспределительного механизма.

О ремонте ГРМ

В большинстве случаев при обрыве ГРМ на средних и высоких оборотах требуется капитальный ремонт двигателя. Практически всегда замене подлежит цилиндро-поршневая группа. Но даже при нормальной эксплуатации детали подвергаются износу. Первым делом страдают шейки, кулачки, а также существенно увеличиваются зазоры в подшипниках коленвала. Выполняются все работы только специалистами при помощи высокоточного оборудования. Все проточки делаются под ремонтные размеры, которые закладываются заводом-изготовителем. Обычно предусмотрено 2 капитальных ремонта, после чего двигатель необходимо менять на аналогичный.

Немного информации о метках

Как уже было отмечено выше, ГРМ - узел сложный и крайне ответственный. Если привод газораспределительного механизма не синхронизирован, то завести автомобиль не выйдет. Основная причина рассинхронизации - сбитые метки. Ремень или цепь могут ослабиться из-за выхода из строя натяжителя или естественного износа. Метки выставляются относительно коленчатого вала. Для этого снимается шкив, что позволит нам увидеть шестеренку, на ней есть метка, которая должна совпадать с отметкой на масляном насосе или блоке. Соответствующие метки имеются и на распределительных валах. Используя инструкцию по эксплуатации, выставляют метки ГРМ. Очень важно понимать, что от правильности выполнения работ зависит результат. Перепрыгнувший на один зуб ремень - это не страшно, мотор будет работать, но с отклонениями. Если же метка уйдет на несколько делений, то завести авто будет невозможно.

цепной привод двигателя v8

Качественные запасные части

Мы разобрались с тем, каково назначение газораспределительного механизма. Вы уже знаете, что это очень ответственный узел, который должен регулярно обслуживаться. Но важно учитывать еще и качество запасных частей. Ведь именно от них зачастую зависит срок службы ГРМ. Квалифицированная установка оригинальных комплектующих системы газораспределительного механизма практически полностью гарантирует бесперебойную работу узла в течение срока до планового обслуживания. Что касается сторонних производителей, то тут нет никаких гарантий, особенно если речь идет о комплектующих из Китая посредственного качества.

верхнее расположение распредвалов

Подведем итоги

Чтобы узел работал исправно, его необходимо вовремя обслуживать. Стоит понимать, что чем сложнее мотор, тем дороже обойдется комплект ГРМ. Но экономить однозначно не стоит. Ведь скупой платит дважды. Поэтому лучше один раз купить дорогие запасные части и спать спокойно. Замену водяной помпы при ее неисправности можно приравнять к полной замене механизма. Далеко не любая конструкция двигателя позволяет допускать такие ошибки, ведь это будет стоить приличных денег. На некоторых силовых агрегатах обрыв ремня не приводит к капиталке, но на это рассчитывать не стоит.

fb.ru

Газораспределительный механизм (ГРМ). Типы привода клапанов

Механизм газораспределения служит для своевременного впуска в цилиндры двигателя горючей смеси (бензиновые двигатели) или воздуха (дизельные двигатели) и выпуска из них отработавших газов в соответствии с требованиями рабочего процесса в каждом из цилин­дров двигателя.

Общее устройство и принцип работы механизма газораспределения рассмотрен на примере механизма двигателя ВАЗ.

Газораспределительный механизм

Рис. Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм состоит из распределительного вала 7, который может иметь цепной или ременной привод, рычагов (коромысел) 5, количество которых равно количеству клапанов, впускных и выпускных клапанов 1, направляющих втулок 2, устанавливаемых в головке блока и удерживающихся в ней с помощью стопорных колец, маслосъемных колпачков, опорных шайб, пружин 3, тарелок 4, сухарей, регулировочных болтов 9, вворачиваемых в резьбовые втулки 10 установленные в головке блока. Чтобы болты не отвернулись во время работы двигателя, их контрят с помощью гаек. Для фиксации и возврата рычагов в исходное положение предусмотрены пружины 8. В головке блоке предусмотрено специальное гнездо для посадки клапана 11.

При вращении распределительного вала его кулачок набегает на рычаг 5, который, поворачиваясь на сферической опоре регу­лировочного болта 9, другим концом нажимает на стержень клапана и откры­вает отверстие, сообщающее ка­меру сгорания ци­линдра с впуск­ным (впускной клапан) или вы­пускным (выпуск­ной клапан) тру­бопроводом. При дальнейшем пово­роте вала кулачок сходит выпуклой частью с рычага, который при по­мощи пружины 8 возвра­щается в исходное положение, а кла­пан под действи­ем пружин закрывается.

Типы привода клапанов

Существует несколько вариантов передачи силового воздействия с кулачков распределительного вала на стержни клапанов (т. е. типов привода клапанов):

  1. Привод через штангу и коромысло для автомобилей «Рено», «Форд» ранних выпусков, «Волга», «Газель».Привод клапанов через штангу и коромысла

    Рис. Привод клапанов через штангу и коромысла:1 – седло клапана; 2 – клапан; 3 – маслоотражательный колпачок; 4,5 – клапанные пружины; 6 – тарелка пружины; 7 – сухарь; 8 – коромысло; 9 – регулировочный винт; 10 – гайка регулировочного винта; 11 – штанга; 12 – опорная шайба пружин

  2. Привод через коромысло для автомобилей «Мазда-626», ЗАЗ-1102. При таком конструктивном исполнении кулачок распределительного вала воздействует на плечо коромысла, на конце которого для увеличения срока службы может быть установлен роликовый подшипник.Привод клапанов через коромысло

    Рис. Привод клапанов через коромысло:1 – кулачок распределительного вала; 2 – коромысло; 3 – регулировочный винт; 4 – контргайка; 5 – зазор

  3. Привод через коромысло и регулировочный эксцентрик для автомобилей БМВ-518, БМВ-520. При таком варианте привода кулачок воздействует на коромысло, которое через регулировочный эксцентрик соприкасается со стержнем клапана.Привод клапанов через коромысло и регулировочный эксцентрик

    Рис. Привод клапанов через коромысло и регулировочный эксцентрик:1 – регулировочный эксцентрик; 2 – коромысло; 3 – кулачок распределительного вала

  4. Привод через рычаг для автомобилей «Мерседес-Бенц 123», «Сузуки». При таком конструктивном исполнении кулачок распределительного вала воздействует на плечо специального рычага, тыльная поверхность которого передает усилие на регулировочную гайку, имеющуюся на торце стержня клапана и застопоренную контргайкой.Привод клапанов через рычаг

    Рис. Привод клапанов через рычаг:1 – кулачок распределительного вала; 2 – щуп для регулировки теплового зазора; 3 – рычаг; 4 – регулировочная гайка; 5 – контргайка; 6 – тарелка пружины клапана; 7 – пружина клапана; 8 – маслосъемный колпачок клапана; 9 – головка цилиндров; 10 – стержень клапана; 11 – направляющая втулка клапана

  5. Привод через коромысло, имеющее 4 опорные поверхности для автомобилей ВАЗ-2101…ВАЗ-2107, «Фиат».
  6. Привод клапанов двумя коромыслами от одного кулачка распределительного вала для автомобилей «Форд», «Москвич».Привод клапанов двумя коромыслами от одного кулачка верхнего распределительного вала

    Рис. Привод клапанов двумя коромыслами от одного кулачка верхнего распределительного вала

  7. Привод через чашечный толкатель для автомобилей «Форд», «Опель», «Фольксваген», «Ауди», ВАЗ-2108…ВАЗ-2110. Такой привод наиболее распространен в двигателях автомобилей 1980 – 1990 гг. выпуска. Распределительный вал воздействует на чашечный толкатель, усилие от которого через регулировочную шайбу передается на клапан. В таком приводе отсутствуют коромысла, что повышает надежность работы газораспределительного механизма.Привод клапанов через чашечный толкатель

    Рис. Привод клапанов через чашечный толкатель:1 – головка цилиндров; 2 – клапан; 3 – чашечный толкатель; 4 – корпус подшипника распределительного вала; 5 – кулачок распределительного вала; 6 – регулировочная шайба; 7 – маслосъемный колпачок клапана; А – тепловой зазор

  8. Привод через два распределительных вала с гидравлическими толкателями. Такие конструкции предусматривают по два-три впускных клапана и по два выпускных клапана на каждый цилиндр. Применяются в современных конструкциях бензиновых двигателей, для улучшения процессов впуска и выпуска.

Привод через два распределительный вала с гидравлическими толкателями

Рис. Привод через два распределительный вала с гидравлическими толкателями

ustroistvo-avtomobilya.ru

Клапаны форсированного двигателя | Газораспределительный механизм (ГРМ)

Клапаны

Очевидно, что для заполнения цилиндра повышенным зарядом воздуха необходимо (при сохранении эффективности наполнения) повысить размеры проходных сечений клапанов, их время — сечения. Это необходимое увеличение зависит от величины наддува двигателя. Пусть двигатель без наддува имел проходное сечение впускного клапана порядка 12,6 см2, т. е. при давлении на впуске 1 бар обеспечивалось эффективное наполнение цилиндра. Определим, какое проходное сечение должен иметь впускной клапан двигателя, если он форсируется наддувом в 2 бара. Необходимое проходное сечение клапана в этом случае должно быть увеличено пропорционально корню квадратному из относительного увеличения давления на впуске.

Однако этого количества воздуха может быть недостаточно для достижения мощности, которую надо получить при наддуве. Например, исходная мощность была равна 162 кВт, а после наддува должна быть равна 260 кВт. Тогда увеличение мощности составляет 260/162 = 1,6. Следовательно, в 1,6 раза необходимо увеличить расход воздуха. А повышенное давление воздуха обеспечило увеличение расхода воздуха лишь в 1,41 раза. Увеличим диаметр клапана на 10%, т. е. сделаем клапан вместо диаметра 40 мм равным 44 мм. Тогда проходное сечение станет равным 15,2 см2, а расход воздуха будет пропорциональным 15,2-1,41=21,43. Следовательно, относительно двигателя без наддува он возрос в 21,43/12,6=1,7 раза. Это превышает необходимое увеличение мощности, а значит, устраивает нас. Однако, это решение часто невыполнимо. Это связано с тем, что у двигателя без наддува обычно размеры клапанов делают максимально возможными для повышения коэффициента наполнения цилиндра. И дальнейшее увеличение размера клапана просто невозможно. Кроме того, увеличение диаметра клапана приводит к ограничениям в размерах перемычек головки цилиндра и к повышенным их нагружениям как механическим, так и термическим. Кроме того, наличие повышенных проходных сечений каналов в головке осложняет циркуляцию охлаждающей воды в её полостях. То есть увеличивая диаметр клапана, необходимо, по существу, проектировать новую головку цилиндра. На рисунке показано сравнение конструкции головки в зоне размещения форсунки для случая безнаддувного двигателя и двигателя с наддувом. В конструкции, применяемой в двигателе с наддувом, устранение защитного экрана, кожуха «с» корпуса форсунки приводит к появлению недостатка — невозможности демонтажа форсунки без слива воды системы охлаждения.

Сравнение толщины днища головки цилиндра в зоне установки форсунки для двигателя без наддува

Рис. Сравнение толщины днища головки цилиндра в зоне установки форсунки для двигателя без наддува (слева от осевой линии, А) и двигателя с наддувом (справа от осевой, Т).g — толщина днища, С — кожух корпуса форсунки, Р — рёбра жёсткости и направления потока воды охлаждения.

Однако, одновременно появляются и достоинства: увеличение толщины днища головки цилиндра, возможность увеличения диаметра клапана (и размещения прочного седла клапана в головке). Применение дефлектора «р» позволяет не только повысить жёсткость стенок между полостями головки, но и обеспечивает необходимые пути и скорости циркуляции воды в головке с целью её более эффективного охлаждения. Для повышения скорости открытия и закрытия клапана приходится идти на повышение интенсивности удара клапана о седло при его посадке. Для сохранения надёжности и долговечности узла «клапан-седло клапана» приходится идти на применение более прочных вставок в горловину канала в качестве седла клапана.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Газораспределительные механизмы (грм) современных двигателе...

Газораспределительные механизмы (грм) современных двигателе... механизм

Газораспределительные механизмы

Описаны газораспределительные механизмы (ГРМ) современных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), позволяющих изменять ход клапанов ГРМ и фазы газораспределения в зависимости от скоростного и погру-занные режимов работы двигателя.

Турбулентность, нагрузки, дросселирования, топливная экономичность, клапаны ГРМ.

Поскольку распространение пламени в двигателе происходит по законам турбулентного горения, то одним из факторов совершенствования рабочего процесса, в первую очередь, является интенсификация турбулентности заряда в цилиндре двигателя, которая определяет скорость сгорания и экономические показатели работы двигателя.

Регулирования нагрузки в двигателях с искровым зажиганием дросселированием свежего заряда дроссельной заслонкой приводит к увеличению гидравлического сопротивления впускного тракта двигателя. В результате на половинной нагрузке доля насосных потерь составляет 5%, а на малой нагрузке до 15-20%%. Это ухудшает экономичности двигателя в среднем на 5-15%.

В случае дросселирования самым клапаном (т.е. изменением его хода при отсутствии дроссельной заслонки) вследствие резкого расширения потока при попадании его в камеру сгорания нарушается упорядочен струйный движение газа и появляется турбулентность в цилиндре при всасывании. Наличие интенсивной турбулентности вблизи ВМТ обеспечивает интенсификацию турбулентности в фазе сгорания. Результат — улучшение топливной экономичности ДВС [1].

Сейчас разработкой конструкций газораспределительных механизмов с регулируемым ходом впускных клапанов занимаются специалисты фирм FEV Motorentechnik, Siemens, Meta, концерна Daimler Chrysler, компаний BMW, Volkswagen, Alfa-Romeo, Fiat, Honda, Toyota и др..

В большинстве конструкций, обеспечивающих переменный ход клапанов, одновременно решается вопрос регулирования фаз газораспределения (в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя). Поэтому целесообразно рассмотреть конструкционные решения, направленные на решение этих задач. При этом регулирование фаз газораспределения является также одним из эффективных мер для улучшения экологических и экономических показателей работы ДВС.

Экспериментально доказано, что фазы газораспределения, оптимальные для номинального режима работы двигателя, не являются оптимальными для других скоростных и нагрузочных режимов. Это вызвано тем, что кинетическая энергия свежего заряда во впускной системе и отработанных газов (ВГ) в выпускной системе, а также волновые процессы в них существенно меняются с изменением частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки. Поэтому, устанавливая углы открытия и закрытия впускного и выпускного клапанов на каждом рабочем и холостом режимах, можно улучшить рабочий процесс, уменьшить токсичность ОГ, повысить топливную экономичность.

Впервые система газораспределения с регулируемыми фазами впуска и выпуска была запатентована в 1902г. основателем известной французской автомобилестроительной фирмы «Renault» Луи Рено. Позже аналогичные системы были разработаны фирмами «МауЬасЫ» (Германия) и «Fiat» (Италия). Однако через конструкционную сложность механизмов эти системы на серийных двигателях не применялись.

В связи с введением в США и Западной Европе более жестких норм на токсичность ОГ за последние годы достигнут значительный прогресс в разработке серийных газораспределительных механизмов, которые позволяют изменять фазы газораспределения, подъем клапана и длительность его открытия. Расход топлива при этом уменьшается на 5 — 10%, а в городском цикле — до 20% (удельный расход топлива уменьшается соответственно на 20 и 40%). Уменьшаются выбросы токсических веществ на холостом ходу и средних нагрузках [3, 4].

В апреле 1989 г. на рынке в Японии появился автомобиль Honda Integra второго поколения с двигателем B16A, оборудованным газораспределительным механизмом DOHC VTEC (Variable Valve Timing and Lift Electronic Control — электронной системой управления временем открытия и высотой подъема клапанов).

Системы VTEC изменяют характеристики двигателя не плавно, а ступенчато, потому клапаны могут приводиться в действие не от одного кулачка на распределительном валу, а от нескольких (в некоторых модификациях на два клапана устанавливается пять кулачков распределительного вала, один из них — почти круглый). К тому же профили кулачков разные как по высоте, так и по форме. Каждому кулачке соответствует свой рычаг привода (рокер). С помощью гидравлических плунжеров, управляемых электроникой, рокеры могут соединяться в различных комбинациях, обеспечивая привод пары клапанов от одного из кулачков или каждого клапана отдельно.

Рис. 1. Конструкция системы VTEC двигателя автомобиля Honda Civic: 1 — впускной клапан 2 — кулачки распределительного вала 3 — рычаги (рокеры) привода клапанов

Двигатель D15B, оборудован системой 3-stage SOHC VTEC, при работе на экономичном режиме расходует в среднем 3,5 л топлива на 100 км.

Системы i-VTEC дополнены механизмом, регулирующим угол поворота распределительного вала впускных клапанов относительно угла поворота распределительного вала выпускных клапанов [8].

Система VVT-i (Variable Valve Timing intelligent) изменения фаз газовоз-деления, применяется сейчас на большинстве двигателей Toyota, позволяет плавно изменять фазы газораспределения в соответствии с условиями работы двигателя. Это достигается путем поворота распределительного вала впускных клапанов относительно вала выпускных в диапазоне 40 — 60 град. В результате изменяется момент начала открытия впускных клапанов и время «перекрытия» (то есть время, когда выпускной клапан еще не закрыт, а впускной — уже открыт).

Рис. 2. Исполнительный механизм VVT-i двигателей Toyota: а — схема механизма изменения фаз газораспределения б — клапан OCV

(Oil Control Valve)

Исполнительный механизм УУИ-и размещен в шкиве распределительного вала — корпус привода соединен со звездочкой или зубчатым шкивом, ротор — с распределительным валом (см. рис. 2, а).

Масло подводится с одной или другой стороны каждого из лепестков ротора, заставляя его и сам вал возвращаться. Если двигатель остановлен, то устанавливается максимальный угол задержки (то есть угол, соответствующий наиболее позднем открытию и закрытию впускных клапанов). Чтобы сразу после запуска, когда давления в масляной магистрали еще недостаточно для эффективного управления VVT-i, не возникало ударов в механизме, ротор соединяется с корпусом стопорным штифтом (затем штифт отжимается давлением масла). Управление VVT-i осуществляется с помощью электромагнитного клапана OCV (Oil Control Valve) (см. рис. 2, б) с электронным управлением.

В 2001 г. на Женевском автосалоне дебютировал легковой автомобиль BMW 316ti Compact. Его 1,6-литровый двигатель имел систему газораспределения Valvetronic, которую специалисты сразу же назвали революционной (рис. 3) [3, 8].

Рис. 3. Система газораспределения Уаиуеигопис: а — механическая часть Уаиуеигопис б — головка цилиндров с ГРМ

Уаиуеигопис: 1 — электропривод 2 — прижимная пружина 3 — эксцентрик 4 — коленчатый рычаг, 5 — распределительный вал;

6 — толкатель клапана, 7 — впускной клапан

Эта система представляет собой механизм регулирования степени открытия впускных клапанов в зависимости от режима работы двигателя. Уаиуеигопис обеспечивает перемещение впускного клапана от 0,1 мм до максимальной величины всего за 0,1 с. Функцию открытия клапанов выполняет распределительный вал ГРМ 5, кулачки которого действуют на клапан 7 через коленчатый рычаг 4 и толкатель клапана 6. Бесступенчатое регулирование степени открытия

■ V / ч V ■

клапана осуществляется эксцентриком 3, якиы меняет геометрическое положение оси коленчатого рычага 4. Эксцентрик перемещается электроприводом 1, руководствуется бортовым компьютером.

Использование системы Уаиуеигопис позволяет снизить расход топлива в среднем на 10%. К тому же, она может устанавливаться на двигатели вместе с системой ОоиМе-УапоБ-ЗуБИет (ОУБ), которая изменяет фазы газораспределения впускных и выпускных клапанов также путем поворота рас-делящегося вала относительно шестерни его привода.

В 1986 г. в Киевском автодорожном институте был разработан и успешно опробован гидравлическое устройство управления клапанами ГРМ для двигателя ГАЗ-24, который давал возможность автоматически изменять фазы газораспределения и высоту подъема клапанов. На усовершенствованный вариант устройства был получен патент Украины на изобретение № 79144 от 25.05.2007р. [6]. Схема устройства приведена на рис. 4.

Рис. 4. Схема устройства управления клапаном ГРМ ДВС: 1 — распределительный вал, 2 — головка блока цилиндров, 3 — верхний поршень 4 — нижний поршень, 5 — обратный клапан, 6 — разжимной пружина, 7 — механизм привода, 8 — клапан ГРМ, 9, 10 — верхний и нижний отсечные каналы, 11 — подающий канал, 12 — радиальные отверстия;

13 — осевой канал, 14 — канал в головке блока, 15 — трубопровод подачи масла, 16 — электромагнитный клапан;

17 — гидроаккумулятор

Устройство работает следующим образом. Во время работы двигателя масло из системы смазки поступает по каналам 15, 14, 11, 9 в мижпоршневий пространство. При вращении распределительного вала 1 его кулачок набегает на верхней поршень 3, который начинает двигаться вниз, перекрывая косой кромкой верхней отсечной канал 9. В мижпоршневий полости создается избыточное давление, под действием которого начинает двигаться нижней поршень 4, открывая клапан ГРМ 8. Перемещение нижнего поршня продолжается до тех пор, пока его коса кромка не сумиститься с нижним отсечным каналом 10. В момент совмещения давления мижпоршневий полости резко падает, и открытие клапана прекращается.

Поворачивая верхний поршень относительно своей оси механизмом привода 7, можно изменить момент перекрытия ним верхнего отсечного канала. Это изменит момент начала открытия клапана ГРМ. Поворачивая нижний поршень относительно своей оси, можно изменить величину открытия клапана.

Гидроаккумулятор 17 и электромагнитный клапан 16 обеспечивают быстрое заполнение гидросистемы привода клапанов при запуске двигателя.

В результате испытаний было установлено, что при 30% — ном использовании мощности устройство обеспечивал до 30% экономии топлива. На режимах глубокого дросселирования уменьшение выбросов СО и СпНт составляло в среднем 55 и 40% по сравнению с дросселированием заслонкой [2].

Кроме электромеханических и гидравлических устройств управления клапанами ГРМ, разрабатываются и электрогидравлические системы.

На рис. 5 приведены газораспределительный механизм ДВС с электрогидравлическим приводом (патент Украины на полезную модель № 27448 от 25.10.2007 г.) [7].

Привод работает следующим образом. При работе двигателя масло из системы смазки через обратный клапан 5 поступает в пидплунжер-ный пространство. При набегании кулачка вала 1 на плунжер 2 Последний, двигаясь вниз, вытесняет масло через нагнетательный клапан 6 в гидроаккумулятор 7. В обратном направлении плунжер движется под действием пружины 4. Соответствии с порядком работы цилиндров электрические сигналы с блока управления поступают в соответствующие электромагнитов 17 золотников 13 (см. рис. 5).

При перемещении золотника его проточка А соединяет надпоршневом полость рабочего поршня 10 с каналом 9 и масло из гидроаккумулятора 7 под давлением поступает в эту полость. Рабочий поршень, перемещаясь, открывает клапан 12 механизма газораспределения. Количество масла, которое подается в надпоршневом полость рабочего поршня и соответственно регулирует величину открытия клапана, зависит от длительности электрического сигнала, который подается в электромагнита золотника. Момент открытия клапана зависит от момента подачи электрического сигнала на электромагнит золотника.

Длительность и момент подачи электросигналы регулируется про-стыд управления открытия клапанов в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя.

Рис. 5. ГРМ с электрогидравлическим приводом: 1 — кулачковый вал, 2 — плунжер 3 — корпус 4 — пружина, 5 — обратный клапан, 6 — нагнетательный клапан; 7 — гидроаккумулятор, 8 — предохранительный клапан, 9 — соединительные каналы, 10 — рабочий поршень;

11 — корпус рабочего поршня, 12 — клапан ГРМ;

13 — золотник, 14 — сливной клапан, 15 — корпусзолотника;

16 — возвратная пружина золотника, 17 — электромагнит

Газораспределительные механизмы (грм) современных двигателе... механизм

При обесточивании катушки электромагнита золотник 13 пружины 16 устанавливается в нейтральное положение, при котором надпоршневом полость рабочего поршня 10 через проточку Б, радиальный В, осевой Г каналы и клапан 14 соединяется со сливом. Давление в надпоршневом полости снижается. Пружина закрывает клапан ГРМ 12, перемещая рабочий поршень 10 в верхнее положение.

Рассматривая перспективы развития ГРМ ДВС, нельзя не уделить увагудеяким примерам электромагнитного привода клапанов ГРМ.

В конце 2000 г. фирма FEV-MT опубликовала результаты своих достижений в разработке электромагнитных клапанов. В 2003 г. фирма BMW представила исследовательский зразокдвигуна этой разработкой (рис. 6).

Такой электромагнитный клапан отличается от прототипов более рациональным конструктивным исполнением электромагнитов: применены прямоугольные магнитопроводы вместо круглых, что позволило установить четыре клапана в камере сгорания одного цилиндра. Якорь в этой системе влияет на стержень клапана опосредованно — через стержневой толкатель, что исключает их тепловой контакт.

Рис. 6. Внешний вид, компоновка (а) и конструктивное исполнение (б) двигателя фирмы BMW с электромагнитным приводом клапанов ГРМ: 1 — шайбы 2 — электромагнит 3 — пластина, 4 — клапан, 5 — пружины, 6 — сжатия, 7 — растяжение

Электромагнитный привод с регулируемым ходом клапанов показано на рис. 7 (патент Украины на изобретение № 79982 от 10.08.2007 г. [8]).

Рис. 7. Электромагнитный привод клапанов ГРМ: 1 — головка цилиндров двигателя; 2 — клапан ГРМ;

3 — магнитопровод 4 — катушка, 5 — якорь, 6 — резьба, 7 — зубчатое колесо, 8 — червячная шестерня, 9 — вал шагового двигателя;

10 — шаговый двигатель, 11 — стойка, 12 — конус, 13 — дисковая пружина

Привод работает так. Для изменения величины хода клапанов в зависимости от загрузки и оборотов коленчатого вала достаточно подать электрический сигнал из системы управления на шаговые двигатели 10 (см. рис. 7). При этом приводятся в движение червячные шестерни 8, которые, вращаясь, обращают зубчатые колеса 7. Последние двигаясь по резьбовых частях 6 направляющих втулок, меняют свое пространственное положение относительно плоскости головки цилиндров 1.

После этого система управления подает команду на электромагнит привода соответствующего клапана. Последний срабатывает и втягивает якорь 5 в маг-нитопровид 3. Якорь, перемещаясь, нажимает на стержень клапана 2, который открывается. Перемещение якоря, а соответственно и клапана, продлится до тех пор, пока коническая часть 12 якоря 5 не прижмется к ступице зубчатого колеса 7. Таким образом величина перемещения клапана будет определяться положением ступицы зубчатого колеса относительно плоскости головки цилиндров, а фазы газораспределения будут зависеть от момента подачи сигнала на электромагниты клапанов.

Следует отметить, что электронные системы автоматического управления электромагнитными клапанами, помимо основных задач улучшения рабочих параметров и характеристик поршневого двигателя, обеспечивают его совершенно новыми свойствами: отключение цилиндров, изменение порядка и Тактность работы и даже реверс (вращение КВ в противоположную сторону).

Выводы

Одним из эффективных способов улучшения экономических и экологических показателей работы двигателя является регулирование мощности путем дросселирования свежего заряда впускным клапаном. Благодаря этому обеспечивается рост турбулентности во впускном тракте и цилиндре двигателя, что улучшает процессы смесеобразования и сгорания топливо-воздушной смеси.

Сейчас существует большое количество серийных и опытных образцов ГРМ, которые, используя принцип дросселирования впускным клапаном, обеспечивают современным двигателям высокие эксплуатационные, экономические и экологические показатели.

Для лабораторий ДВС учебных и исследовательских учреждений конструктивные разработки и исследования ГРМ с качественно новыми характеристиками является одним из перспективных направлений работы.

Устройство газораспределительного механизма (ГРМ)

note2auto.ru

Механизм газораспределения | Газораспределительный механизм (ГРМ)

В четырехтактных двигателях применяют клапанные механизмы газораспределения, клапаны которых открывают и закрывают впускные и выпускные отверстия. Различают два типа клапанных механизмов газораспределения:

  • с подвесными клапанами, расположенными в головке цилиндров
  • с боковыми клапанами, размещенными в блок-картере

Механизм газораспределения с подвесными клапанами, применяемый в дизелях и большинстве карбюраторных двигателей, работает следующим образом.

Механизм газораспределения и его детали

Рисунок. Механизм газораспределения и его детали: 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — штанги; 4 — регулировочный болт; 5 — ось коромысла  6 — коромысло; 7 — шайба крепления пружины сухариками; 8 — пружина клапана; 9 — направляющая втулка; 10 — клапан; 11 — привод; 12 — коленчатый вал

Коленчатый вал приводит во вращение через шестерни распределительный вал 1. При повороте распределительного вала его кулачок своим выступом поднимает толкатель 2, а вместе с ним и штангу 3. Коромысло 6, установленное на оси 5, поворачивается вокруг нее и отжимает клапан 10 вниз. Открывается отверстие канала в головке цилиндров, а пружина 8, предварительно сжатая (чтобы удержать клапан в закрытом положении), еще более сжимается. Когда выступ кулачка выходит из-под толкателя, давление на клапан прекращается и он под действием пружины, плотно закрывает отверстие канала в головке цилиндров.

Механизм газораспределения с подвесными клапанами обеспечивает лучшее наполнение цилиндров и позволяет достигать более высоких степеней сжатия, чем механизм с боковыми клапанами. Поскольку в таком механизме камера сгорания компактна, понижаются тепловые потери через ее стенки и, следовательно, уменьшается удельный расход топлива.

Чтобы изменение размеров при нагревании деталей механизма газораспределения не нарушало плотной посадки клапана в гнезде, между торцом стержня клапана с коромыслом должен быть зазор (h = 0,2…0,5 мм), который регулируют болтом 4.

ustroistvo-avtomobilya.ru