Газораспределительный механизм 4х и 2х дизелей

Газораспределительный механизм служит для осуществления фаз газораспределения двигателя, т. е. для открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов в определенные моменты времени.

Привод газораспределительного механизма

По воздействию на детали газораспределения различают три вида приводов — шестеренчатый, валиковый и цепной: шестеренчатый применяется у большинства четырехтактных двигателей; валиковый — у некоторых быстроходных четырехтактных дизелей с верхним (над цилиндровыми крышками) расположением распределительного вала; цепной — у крупных двухтактных дизелей с прямоточно-клапанной продувкой, когда расстояние между коленчатым и газораспределительным валами достигает нескольких метров.

Шестеренчатый привод газораспределительного механизма (рис. 45, а). Ведущая шестерня 1, насаженная на коленчатый вал, передает вращение промежуточной шестерне 3, к которой болтами 2 крепится малая шестерня (находится позади большой, на рисунке не видна); от малой шестерни вращение передается на ведомую шестерню 5 газораспределительного вала 4. Общее передаточное отношение привода у четырехтактных дизелей подбирается так, чтобы частота вращения распределительного вала была в два раза меньше частоты вращения коленчатого.

Валиковый привод. На рис. 45, б изображена схема привода газораспределительных валов, вала топливных насосов и генератора двигателей Д-б. Вращение передается через коническую шестерню 5, насаженную на коленчатый вал, на шестерню 4 привода генератора и через вал 1 — на шестерню 2 вала привода топливных насосов, а также через вертикальным вал — на один из распределительных валов 3; второй вал приводится во вращение через две цилиндрические шестерни. Вертикальный вал 6 служит для привода масляного насоса и насоса охлаждения дизеля. Такой способ привода газораспределительных валов применяется при верхнем их расположении у небольших дизелей.

При верхнем расположении распределительных валов отсутствует индивидуальная система привода каждого клапана (толкатель, штанга, коромысло), что упрощает конструкцию двигателя в целом, однако при этом усложняется демонтаж цилиндровой крышки, так как при ее снятии приходится снимать оба распределительных вала.

Цепной привод газораспределительного вала двухтактного двигателя 7ДКРН 50/110-2 (БМЗ) показан на рис. 45, в. Вращение передается от коленчатого вала через ведущую шестерню 1 при помощи цепной передачи 2, состоящей из двух одинаковых втулочнороликовых цепей, на ведомую шестерню 10, насаженную на вал привода выпускных клапанов и топливных насосов. Направление цепи осуществляется при помощи промежуточных шестерен 3, 4, 5 и 13. Натяжение цепи поддерживается постоянным автоматически за счет шестерни 6, размещенной на качающемся вокруг оси 11 фигурном рычаге 7, штанги 8 и пружины 9. Привод вала воздухораспределителя осуществляется через шестерню 15, сидящую на одном валу с направляющей шестерней 13, промежуточную шестерню 14 и шестерню 12, которая насажена на вал воздухораспределителя.

Конструкция распределительных валов (рис. 46). Для открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов на распределительный вал насаживают кулачные шайбы специального профиля, Иногда у небольших дизелей кулачные шайбы отковывают вместе с валом. У больших дизелей для удобства ремонта и монтажа распределительный вал изготавливают составным — из нескольких частей. У реверсивных дизелей обычно для привода каждого клапана имеются две кулачные шайбы — переднего и заднего хода, так как при реверсе дизеля изменяется газораспределение. [У двигателей фирмы «Бурмейстер и Байн» распределительный вал не перемещается, как обычно, а проворачивается на угол реверсирования, поэтому он имеет один комплект кулачных шайб]. Так как у многих современных дизелей реверсирование осуществляется без отвода толкателей клапанов между кулачными шайбами переднего и заднего хода, в районе активной части шайбы устраивают специальный скос. Очень часто на газораспределительном валу насажены шайбы привода топливных насосов, а иногда и воздухораспределителя.

Для изготовления распределительных валов тихоходных дизелей применяют углеродистую сталь 45, для валов быстроходных дизелей — легированную сталь 15Х. Кулачные шайбы изготавливают из сталей 15, 15Х с последующей цементацией, закалкой и шлифовкой. Иногда для изготовления кулачных шайб тихоходных дизелей возможно применение чугуна СЧ 28-48.

Детали газораспределительного механизма : толкатели, штанги, коромысла, впускные и выпускные клапаны. Конструкция деталей газораспределения двигателя 6ЧР 32/48 показана на рис. 47. При набегании кулачной шайбы 1, насаженной на распределительный вал 2, на ролик 3 толкателя 5 последний перемещает вверх штангу 6. Далее движение передается через запрессованный в штангу сферический сухарь 7, регулировочный болт 9 и коромысло 10 на клапан 16.

Посадка клапана в гнездо при сбегании кулачной шайбы с ролика толкателя осуществляется при помощи пружины 14. Качание коромысла происходит на игольчатом подшипнике 11, установленном на валу 12. Смазывается подшипник при помощи пресс-масленки 13. Зазор между клапаном и коромыслом устанавливают при помощи регулировочного болта 9 и контргайки 8. Толкатель 5 совершает возвратно-поступательное движение в направляющей втулке 4, а клапан — в направляющей 15.

Данная конструкция является простейшей и применяется у четырехтактных дизелей небольшой мощности.

У больших двухтактных дизелей с прямоточно-клапанной продувкой для привода клапана применяют гидравлические толкатели сложной конструкции. Клапаны у таких дизелей больших размеров и монтируются в специальном корпусе, имеющем зарубашечное пространство для подачи охлаждающей воды.

Конструкция такого клапана показана на рис. 48. Чугунный корпус 4 клапана имеет съемное седло 1 из перлитного чугуна. Крепится седло к корпусу винтами 2. Шпиндель клапана 8 совершает возвратнопоступательное движение в направляющих 7 и 11, снабженных бронзовыми втулками 12 и 20. Для предотвращения выпадания клапана при замене пружины на его шпиндель, в верхней части, насажено пружинящее кольцо 18. Посадку клапана в гнездо во время работы осуществляют две пружины 14 и 15, каждая из которых состоит из двух частей, разделенных средней тарелкой 13, связанной с коромыслом клапана. Пружины опираются на нижнюю тарелку 10. Фиксация пружин — при помощи верхней тарелки 16 и двух конических сухарей 17.

Для осмотра и очистки зарубашечного пространства корпус клапана имеет люк, закрытый крышкой 6.

Для предохранения шпинделя клапана от пригорания масла в газовой части на штоке имеется специальная насадка 3. Охлаждающая вода подается через отверстия 5 и 21 и отводится через канал 19. Смазывается шток клапана масленкой 9.

Предохранительные клапаны, индикаторные краны. Для предупреждения чрезмерного повышения давления в цилиндрах последние снабжают предохранительными клапанами. Пружину предохранительного клапана затягивают на давление, превышающее максимальное давление сгорания в цилиндре на 25%. Монтируется предохранительный клапан обычно на цилиндровой крышке дизеля.

Клапан 4 (рис. 49, а) — игольчатого типа, изготовлен из нержавеющей стали, притерт в бронзовом корпусе 5 и нагружен пружиной 3 через шпиндель 2. Усилие пружины, находящейся в корпусе 1, и, следовательно, давление открытия клапана регулируется изменением толщины дистанционного кольца 6.

Клапан периодически необходимо разбирать, очищать от нагара и притирать по гнезду. Для снятия индикаторных диаграмм цилиндры дизеля снабжают индикаторными кранами, которые также устанавливают на цилиндровых крышках.

У небольших дизелей для экономии места и устройства одного канала в цилиндровой крышке предохранительный клапан и индикаторный кран монтируют на общем корпусе (рис. 49, б): предохранительный клапан 1 и индикаторный кран 2 имеют общий штуцер 5, который ввертывают в цилиндровую крышку 3 и уплотняют красномедной прокладкой 4.

Материалы для изготовления деталей газораспределения: толкатель, ролики, ось ролика — стали 15,45, 15Х,40Х; коромысло (рычаг)— сталь 45, чугун ВЧ 50-1,5; корпус клапана — чугун СЧ 28-48, СЧ 21-40; клапан впускной — сталь 40Х; клапан выпускной — сталь Х9С2, 4Х10С2М (у некоторых дизелей тарелку впускного клапана изготавливают съемной из стали Х9С2 или 4Х10С2М, а шток клапана (шпиндель) — из стали 40Х); корпусы предохранительного клапана и индикаторного крана — сталь 35, клапан предохранительный и игла индикаторного крана — сталь 3X13.

Газораспределительный механизм двигателя (ГРМ). Устройство

Видео: Принцип работы газораспределительного механизма. Ремень ГРМ. Ресурс, когда менять. Цепь или ремень ГРМ. Что лучше и надежнее. Растянутая цепь ГРМ — симптомы

Что такое газораспределительный механизм (ГРМ)?

Газораспределительный механизм (ГРМ) — это механизм предназначенный 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 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.

Из чего состоит газораспределительный механизм (ГРМ) двигателя?

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.

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 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.

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