Клапанный механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания
Клапанный механизм газораспределения является основным типом ГРМ, применяемым в современных автомобильных и тракторных двигателях. Клапанный ГРМ имеет следующие достоинства: простота конструкции и ремонта, низкая стоимость производства, совершенство уплотнения рабочей части цилиндра, надёжность работы. Клапаны бывают двух типов:
1) – Нижние (боковые) клапаны – открываются при движении вверх, то есть в направлении от коленчатого вала, и располагаются в блок-картере;
2) – Верхние (подвесные) клапаны – открываются при движении вниз, то есть в направлении к коленчатому валу, и располагаются в головке цилиндров.
Нижнее расположение клапанов позволяет уменьшить не только высоту головки цилиндров, но и двигателя в целом, а также упростить конструкцию механизма газораспределения и привода к распределительному валу. Недостатком данной схемы является снижение экономических показателей использующих её двигателей вследствие увеличения объёма камеры сгорания (IV) [рис.
1, а)], а также ограничение степени форсирования двигателя из-за невозможности достижения высокого коэффициента наполнения при повышенном скоростном режиме работы. Нижнее расположение клапанов используется только в карбюраторных двигателях с невысокой частотой вращения коленчатого вала и сравнительно низкой степенью сжатия (ГАЗ-69, ЗИЛ-157, ГАЗ-52, УАЗ-450).
Рис. 1. Формы камер сгорания различных двигателей.
а) – Камера сгорания карбюраторного двигателя;
б) – Камера сгорания дизельного двигателя;
I) – Цилиндрическая камера сгорания;
II) – Полусферическая камера сгорания;
III) – Клиновидная камера сгорания;
IV) – Г-образная (смещённая) камера сгорания;
V) – Неразделённая камера сгорания;
VI) – Неразделённая камера сгорания;
VII) – Разделённая камера сгорания;
VII) – Разделённая камера сгорания;
1) – Клапан;
2) – Искровая свеча зажигания;
3) – Форсунка;
4) – Камера сгорания;
5) – Предкамера;
6) – Основная камера;
7) – Вихревая камера.
Верхнее расположение клапанов позволяет выполнять камеры сгорания (I-III) компактной формы с малыми относительными поверхностями охлаждения, за счёт чего происходит снижение тепловых потерь и повышение экономических показателей. Помимо этого, в таких камерах происходит значительное сокращение пути пламени (от свечи до максимально удалённых мест распространения рабочей смеси), а также улучшаются условия протекания процесса сгорания, что позволяет повысить степень сжатия, используя топливо того же сорта. Верхнее расположение клапанов даёт возможность уменьшения длины впускных и выпускных клапанов каналов и придания им более выгодных форм, вследствие чего не только улучшается наполнение цилиндров свежим зарядом, но и очистка их от отработавших газов. Всё это позволяет повысить экономичность и мощность двигателя, значительно расширив возможности его форсирования по скоростному режиму. В конструкции современных моделей карбюраторных двигателей широкое применение нашли механизмы газораспределения с подвесным (верхним) расположение клапанов (ЗМЗ-53, ЗИЛ-130, ЗМЗ-24 и прочие).
В дизельных двигателях используется механизм газораспределения с верхним (подвесным) расположением клапанов, за счёт чего обеспечивается компактность камеры сгорания. Также при верхнеклапанной схеме удаётся достичь уменьшения поверхности теплоотдачи, улучшения коэффициента наполнения и, как следствие, повышения экономических и мощностных показателей дизельного двигателя.
17*
Газораспределительный механизм устроен не просто
Газораспределительный механизм (ГРМ или система газораспределения) необходим для своевременного обеспечения подачи топливно-воздушной смеси или воздуха в цилиндры двигателя, а также для выпуска из цилиндров газов, которые уже отработаны. Механизм реализации построен на своевременном закрытии и открытии клапанов. Клапанные механизмы используются на самых распространенных двигателях – четырехтактных, поэтому рассмотрим ГРМ именно на их примере.
В устройство ГРМ входят следующие компоненты: клапаны, клапанный привод, вал распределения и привод распределительного вала.
Клапан, осуществляющий подачу воздуха в цилиндры, состоит из стержня и тарелки.
Клапаны расположены в головке блока цилиндров, а то место, где клапан соприкасается с головкой блоков цилиндров, называется седлом. Клапаны бывают впускные и выпускные. Диаметры тарелок этих клапанов различаются. Это сделано для обеспечения более полного наполнения цилиндров.
Пружина удерживает клапан в закрытом состоянии, а нажатие на стержень – в открытом. На стержне закреплена пружина с помощью тарелки. Во избежание резонирующих колебаний на клапанах возможна установка двух пружин с меньшим коэффициентом жесткости и противоположной навивкой. Абсолютное большинство двигателей внутреннего сгорания имеют в своем устройстве по паре выпускных и паре впускных клапанов на каждый из цилиндров.
Однако существует газораспределительный механизм двигателя с тремя впускными и двумя выпускными клапанами. Количество клапанов прямо пропорционально размерам и сложностью ДВС.
Привод газораспределительного механизма осуществляет открытие клапана и обеспечивает передачу усилия на клапан от вала распределения.
Существует два основных типа приводов: роликовые рычаги и гидравлические толкатели.
Предпочтительней роликовые рычаги, потому что они имеют более высокий КПД, так как минимизированы потери на трение и относительно меньшая масса.
Роликовый рычаг имеет две опоры: с одной стороны – стержень клапана, с другой – гидрокомпенсатор или шаровую опору в зависимости от конструкции. Состоит гидрокомпенсатор из цилиндра, обратного клапана, поршня с пружиной и масляных каналов.
Устройство распределительного вала
Имеется два варианта расположения вала в головке блока: одновальная и двухвальная схемы. Предпочтение отдается второй. Кроме того, в V-образном ДВС устанавливается 4 вала – по паре на каждый ряд. Распределительный вал работает от действий коленчатого вала благодаря приводу, осуществляющему вращение с половинной скоростью коленчатого вала.
В роли привода вала распределения могут использоваться цепная, ременная и зубчатая передачи. Два первых типа используют распределительный вал, который находится в головке блока цилиндров, а третья – находящийся в блоке цилиндров.
Цепная и ременная передачи применяются в ГРМ с одинаковой частотой. Ремень газораспределительного механизма менее надежен, соответственно, менее долговечен. Однако, цепь тяжелее ремня, а значит, требует дополнительного натяжения. Это достигается путем установки натяжных роликов и успокоителей, которые гасят колебания.
Цепь распределительного механизма состоит из однорядной и двухрядной роликовой цепи. Набирают популярность зубчатые цепи, взаимодействующие с зубьями особой формы. Кроме распределительного вала, цепной механизм используется в приводе балансирных валов и масляного насоса.
Ремень газораспределительного механизма не требует смазки, соответственно, устанавливается на шкивы открыто. Выступы на внутренней поверхности ремня зацепляются с зубьями на шкивах, что создает вращение. Снизить тяговые усилия позволяет эллиптическая шестерня, используемая на двигателях TDI, а также снизить крутильные колебания вала распределения.
Кроме распределительного вала зубчатым механизмом приводится в действие масляный и топливный насосы, а также насос охлаждающей жидкости.
Также необходимо сказать, что ремень газораспределительного механизма имеет ограниченный ресурс – 100-150 тыс. км. У ВАЗ 2106 ресурс будет еще меньше.
А вот видео про ГРМ:
Также на эту тему вы можете почитать:
Поделитесь в социальных сетях
Alex S 9 октября, 2013
Опубликовано в: Полезные советы и устройство авто
Детали двигателя 101: Компоненты клапанного механизма | Блог
Детали двигателя 101: Компоненты клапанного механизма
Хоуп Смит
Я координатор по маркетингу Enginetech. У меня есть страсть к маркетингу, социальным сетям и брендингу. Я работаю в команде Enginetech уже 2 года и считаю.
Детали двигателя могут быть очень запутанными, если вы не понимаете основное назначение и функциональность каждого компонента. Когда вы впервые открываете для себя все тонкости двигателя, может быть несколько незнакомых деталей, которые вы вытащили.
Этот блог поможет вам идентифицировать детали вашего двигателя, особенно компоненты клапанного механизма
Понимание назначения деталей двигателя играет ключевую роль в диагностике проблем с двигателем. Это гарантирует, что в случае отказа двигателя вы сможете определить, какая часть двигателя работает неправильно. Итак, давайте поговорим о назначении и функциональности компонентов клапанного механизма.
Компонент клапанного механизма Назначение
Двигатели с верхним расположением клапанов (OHV) имеют компоненты клапанного механизма, которые состоят из клапанных пружин, коромыслов, толкателей и толкателей. Двигатели с верхним распределительным валом (OHC) имеют компоненты клапанного механизма, которые состоят из клапанных пружин, коромысел и толкателей. Разница между этими двумя двигателями заключается в расположении распределительного вала. Это на сверху головки и без толкателя или ниже головки и включает толкатели? Компоненты клапанного механизма предназначены для открытия и закрытия клапанов.
Клапаны должны открываться и закрываться, чтобы всасывать топливо через впускной клапан и выпускать выхлопные газы через выпускной клапан.
Сравнительная диаграмма OHC и OHV предоставлена UKCAR
Функциональность компонентов клапанного механизма — OHV
В двигателе с верхним расположением клапанов процесс клапанного механизма начинается, когда распределительный вал начинает вращаться. В самой высокой точке кулачка распределительного вала подъемник поднимается вверх, что также заставляет толкатель двигаться вверх. Когда подъемник поднимает толкатель, толкатель оказывает давление на нижнюю часть коромысла. Коромысло уравновешено между толкателем и пружиной клапана. Когда толкатель оказывает давление на нижнюю часть коромысла, коромысло поворачивается вниз и сжимает пружину клапана. Сжатие пружины клапана открывает выпускной клапан и выпускает выхлоп. Когда самая высокая точка кулачка распределительного вала возвращается в исходное положение, пружина клапана расслабляется.
Функциональная схема OHV представлена в «Главе 11, урок 3, верхняя часть двигателя». by Yohanes Hartanto
Функциональность компонентов клапанного механизма — OHC
Двигатель с верхним расположением распредвала запускается аналогично двигателю с верхним расположением клапанов. Распредвал начинает вращаться и процесс начинается. Поскольку распределительный вал расположен в верхней части головки, а не внизу в блоке, толкатели не нужны. Распределительный вал имеет непосредственный контакт с толкателями. Самая высокая точка кулачка распределительного вала соединяется с толкателями и начинает поднимать толкатели, оказывая давление на нижнюю часть коромысла и сжимая пружины клапанов.
Процесс готов начаться снова, как только распределительный вал вернется в исходную точку.
Функциональная схема OHV предоставлена Skill-Lync
В зависимости от типа двигателя могут быть варианты компонентов клапанного механизма, которые не обсуждались. Это общий обзор компонентов клапанного механизма популярных двигателей. Теперь, когда мы рассмотрели назначение и функциональность компонентов клапанного механизма, будет легче выявлять и решать проблемы с двигателем.
КОМПОНЕНТЫ, ТИПЫ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ – FAHADH V HASSAN
КЛАПАННЫЙ ПРИВОД: КОМПОНЕНТЫ, ТИПЫ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ
6 марта 2020 г. 1 Комментарий Машиностроение ФАХАД В ХАССАН Основная функция блока клапанов, как следует из его названия, заключается в управлении открытием и закрытием клапанов, а в более старых моделях — подачей топлива из форсунок.
Большинство новых двигателей имеют верхние распредвалы. В других конструкциях распределительный вал расположен ниже в двигателе и используются толкатели для перемещения узлов клапанов. Распределительный вал вращается зубчатым ремнем, зубчатой цепью или прямой передачей.
КОМПОНЕНТЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КЛАПАНОВ
Механизм клапанов может состоять из многих компонентов.
Ниже приведены наиболее распространенные компоненты клапанного механизма. В зависимости от типа двигателя может быть различное количество деталей, перечисленных ниже, или двигатель может содержать не все перечисленные детали.
1. Распределительный вал
Распределительный вал представляет собой длинный вал, который проходит через головку или блок двигателя, в зависимости от типа двигателя. По длине вала имеются лепестки, расположенные по-разному. Профиль лопастей имеет яйцевидную форму. Размеры этих лепестков определяют величину подъемной силы. Чем больше подъем, тем дольше клапаны остаются открытыми, что позволяет большему количеству воздуха попасть в цилиндр.
2. Толкатели распределительного вала
Толкатель кулачка — это тип подшипника, который перемещается вдоль кулачков распределительного вала при его вращении, обеспечивая поверхность с низким сопротивлением, на которую кулачок упирается. Толкатель также называют подъемником, а иногда и толкателем. Существует несколько типов кулачковых толкателей, конфигурация которых обычно зависит от того, как они крепятся к сопрягаемой детали.
3. Толкатели
Толкатели являются одной из тех частей, которые не всегда используются в дизельном двигателе. Они также будут использоваться только тогда, когда кулачок находится в блоке, а не над головой. Толкатель — это стержень, который давит на коромысло. Он будет двигаться в зависимости от движения толкателя распределительного вала. Другая задача толкателя — подача масла к головке блока цилиндров.
4. Коромысел
Коромысел представляет собой поворотный рычаг, который давит на шток клапана. Коромысел иногда называют коромыслами или просто коромыслами. В зависимости от типа клапанного механизма вращающиеся кулачки распределительного вала будут либо давить непосредственно на коромысло, либо на толкатели, которые передают движение вверх к коромыслу. В верхнекулачковом двигателе толкатель кулачка встроен в коромысло в виде ролика.
5. Валы коромысел
Валы коромысел — это просто валы, на которых находятся коромысел.
Именно этот вал является точкой опоры для коромысла. Вал также подает масло к различным коромыслам.
6. Перемычки клапанов
Перемычки клапанов также иногда называют бугелями клапанов. Мосты позволяют одному коромыслу приводить в действие несколько клапанов. У него есть шток или мост, который сидит на обоих штоках клапанов, так что, когда коромысло нажимается, штоки клапанов также прижимаются.
7. Клапаны
Клапан состоит из двух основных частей: головки клапана и штока клапана. Головка клапана — это то, что позволяет воздуху входить и выходить из цилиндра. Шток — это то, на что давит остальная часть клапанного механизма. На конце штока есть канавки, в которые вставляются держатели, чтобы удерживать клапан на месте. Некоторые двигатели имеют только два клапана на цилиндр, а некоторые — четыре. Наиболее распространенное число на рынке дизельных двигателей для тяжелых условий эксплуатации — четыре. Они равномерно распределены между впускным и выпускным клапанами.
8.
Пружины клапана
Распределительный вал создает восходящую силу, которая действует на коромысло, которое, в свою очередь, толкает клапан вниз. Но когда кулачок вращается, он не тянет за собой толкатель или коромысло. Вот почему имеется клапанная пружина, создающая силу в противоположном направлении и закрывающая клапан. Пружина будет удерживать клапан закрытым до тех пор, пока выступ распределительного вала не столкнется с большей силой и не протолкнет его вниз.
9. Ремень ГРМ:
Для вращения распределительных валов можно использовать зубчатый ремень вместо цепи ГРМ. Внутренняя сторона ремня имеет квадратные (зубчатые) зубья, которые предотвращают проскальзывание ремня.
10. Натяжитель ремня
Натяжитель ремня представляет собой подпружиненное колесо, которое удерживает ремень ГРМ в натянутом состоянии и совмещается со звездочкой кулачка. Гладкая сторона ремня ГРМ надевается на натяжитель. Натяжитель прикладывает усилие к задней стороне ремня. Это держит ремень в натянутом состоянии.
Всякий раз, когда ремень необходимо снять, натяжитель можно снять, освободив ремень.
ТИПЫ КЛАПАНОВЫХ ПЕРЕДАЧ
1. Клапанная система с верхним расположением клапанов или с толкателями
В случае систем с верхним расположением клапанов или с толкателями имеются длинные штоки, которые должны толкаться кулачками распределительного вала для перемещения коромыслов клапанов, которые в поверните, откройте клапаны — отсюда и название «толкатель». Длинные штоки и механическая природа системы толкателей делают ее тяжелой и несовместимой с двигателями, которые работают с более высокими оборотами в минуту. Теперь, хотя OHV является более старой конструкцией, у него есть свои преимущества с точки зрения простоты конструкции, компактной упаковки и более простых требований к системе смазки по сравнению с системой OHC.
Однако у толкательной системы много недостатков.
• Начнем с того, что двигатели с системой OHV не могут работать на очень высоких оборотах, и такие клапанные механизмы подходят в основном для двигателей с низким числом оборотов, таких как тяжелые круизеры.
• Из-за тяжелых компонентов шум и трение в таких системах намного больше, чем в системе OHC.
• Кроме того, любые проблемы с распределительным валом требуют вскрытия всего двигателя, поскольку распределительный вал находится внутри блока цилиндров, что увеличивает объем работ по техническому обслуживанию и стоимость в случае поломки.
• Наконец, конструкция двигателей с верхним расположением клапанов хорошо сочетается с двухклапанной компоновкой на цилиндр. Дело не в том, что в двигателях с верхним расположением клапанов нет трех или четырех клапанов на цилиндр, но эта установка становится намного сложнее, а системы с верхним расположением распредвала предлагают гораздо большую гибкость с несколькими клапанами на цилиндр.
2. Клапанные механизмы OHC
Для преодоления недостатков клапанных механизмов с толкателем был разработан клапанный механизм OHC. Как следует из названия, это конфигурация клапанного механизма, в которой распределительный вал двигателя расположен над головкой двигателя, над поршнями и клапанами.
Эта конструкция обеспечивает очень прямой контакт между кулачками распределительного вала и клапанами или толкателем, что снижает массу, уменьшает количество компонентов и обеспечивает лучшую производительность двигателя, а также большую гибкость конструкции двигателя в целом.
A. Одиночный верхний распределительный вал/SOHC
Для этой разновидности клапанных механизмов имеется один распределительный вал для каждого ряда головок двигателя. Таким образом, одноцилиндровый двигатель с верхним расположением распредвалов будет иметь один распределительный вал. Однако, если это двигатель с несколькими рядами, скажем, V6, то у него будет два распределительных вала — по одному на каждый ряд головок или на каждый ряд. В двигателях SOHC распределительный вал соединен непосредственно с коленчатым валом через зубчатый ремень или цепь, чтобы гарантировать, что открытие и закрытие клапанов идеально синхронизированы с различными ходами двигателя для каждого цилиндра.
Теперь, с SOHC, есть возможность открывать или закрывать клапаны напрямую с помощью прокладки между кулачком кулачка и штоком клапана или с помощью коромысла.
Клапаны имеют пружины, которые возвращают их обратно в закрытое положение, когда давление со стороны распределительного вала прекращается. Двигатели SOHC также лучше подходят для конфигурации с 2 или 3 клапанами на цилиндр. Не то чтобы клапанный механизм SOHC не мог работать с 4-мя клапанами на цилиндр, но тогда вся установка становится слишком сложной для конструкции коромысла и кулачков, и обычно считается, что в таких сценариях лучше использовать клапанный механизм DOHC.
B. Двойной верхний распределительный вал/DOHC
Конструкция DOHC или двойного верхнего распределительного вала включает два распределительных вала на каждый ряд головок цилиндров. Говоря о примере, который мы взяли для SOHC, установка DOHC для одноцилиндрового двигателя будет иметь два распределительных вала. Однако, если это V6, у него будет 4 распределительных вала, по два на каждый ряд головок двигателя или рядов. Основное преимущество такой установки заключается в том, что она позволяет производителям иметь хорошо продуманный ответ на работу с 4 клапанами на цилиндр.
Как правило, один из распределительных валов управляет впускными клапанами, а второй — выпускными клапанами. Установка с 4 клапанами на цилиндр обеспечивает лучшее дыхание двигателя и в большинстве случаев лучшую производительность, что делает DOHC выбором для двигателей, которым необходимо увеличить обороты. Установка DOHC также позволяет поместить свечу зажигания в середину головки блока цилиндров, что способствует лучшему сгоранию, повышает производительность и топливную экономичность двигателя. С SOHC такая установка невозможна для 4 клапанов на головку, поскольку он должен располагаться в середине головки цилиндров, чтобы управлять как впускными, так и выпускными клапанами. Однако, как упоминалось ранее, двигатели SOHC также могут работать с четырьмя клапанами на цилиндр, и хотя конструкция таких клапанных механизмов сложна, в некоторых случаях это желательно. DOHC увеличивает вес дополнительного кулачка, хотя размещение свечи зажигания в середине головки цилиндров также способствует оптимальному сгоранию топлива.
Короче говоря, DOHC больше подходит для высокопроизводительных двигателей, которым необходимо развивать более высокие обороты и работать в более высоком диапазоне оборотов. Однако системы SOHC имеют несколько лучший нижний предел крутящего момента.
Наконец, система DOHC с ее более точным управлением клапанами больше подходит для реализации регулируемых фаз газораспределения в двигателях. В таких системах используются переменные профили распределительных валов для разных скоростей двигателя, чтобы повысить производительность во всем диапазоне оборотов. Контроль над скоростью и положением открытия и закрытия клапанов лучше в случае DOHC, и в современном мире, управляемом электроникой, можно извлечь большие преимущества из этого факта. Клапанный механизм DOHC дороже, чем SOHV, и в сочетании с его пригодностью для 4 клапанов на цилиндр это позволяет использовать эту установку только на автомобилях выше определенной ценовой категории. Для применений, где важными факторами являются удобство повседневного использования, низкий и средний крутящий момент, простота конструкции, простота конструкции и стоимость, система SOHC работает хорошо.