А б в г

Рис. 2.4. Схема рабочего процесса четырехтактного дизеля:

а — впуск; б— сжатие; в — рабочий ход; г — выпуск; 1 — топливный насос; 2~

поршень; 3 — форсунка; 4 — воздушный фильтр; 5 ~- впускной клапан; 6 ~

выпускной клапан; 7 — цилиндр; 8 — шатун; 9 — коленчатый вал

При такте сжатия (рис. 2.4, б) поршень движется от НМТ до ВМТ. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Поршень сжимает находящийся в цилиндре воздух, и его температура в конце такта сжатия достигает 550... 700 "С при давлении 4... 5 МПа.

При такте рабочего хода (рис. 2.4, в) поршень подходит к ВМТ, и в цилиндр двигателя из форсунки 3 под большим давлением впрыскивается распыленное дизельное топливо, подаваемое топ­ливным насосом 1 высокого давления. Впрыснутое топливо пере­мешивается с нагретым воздухом, и образовавшаяся смесь само­воспламеняется. При этом резко возрастают у образовавшихся газов температура до 1800..,2000"С и давление до 6...9 МПа. Под действием давления газов поршень перемещается от ВМТ до НМТ и совершает полезную работу, вращая через шатун 8 ко­ленчатый вал 9. К концу рабочего хода давление газов становится 0,3...0,5 МПа, а температура — 700...900 °С.

Такт выпуска (рис. 2.4, г) происходит при движении поршня от НМТ к ВМТ. Впускной клапан закрыт. Через открытый выпус­кной клапан 6 поршень выталкивает из цилиндра отработавшие газы. К концу такта выпуска давление газов в цилиндре уменьшает­ся до 0,11...0,12 МПа, а температура — до 500...700°С.

После окончания такта выпуска при вращении коленчатого вала рабочий цикл двигателя повторяется в той же последователь­ности.

Л 2, 3, 4 — цилиндры двигателя б

Порядком работы двигателя называется последовательность чередования рабочих ходов по цилиндрам двигателя. Для равно­мерной и плавной работы двигателя рабочие ходы и другие одно­именные такты должны чередоваться в определенной последова­тельности в его цилиндрах. При этом чередование должно проис­ходить через равные углы поворота коленчатого вала двигателя,, величина которых зависит от числа цилиндров двигателя. В четы-¹ рехтактном двигателе рабочий процесс совершается за два оборо-„та коленчатого вала, т.е. за поворот вала на 720°. Число рабочих ходов равно числу цилиндров двигателя. Их чередование для че­тырех-, шести- и восьмицилиндровых двигателей будет происхо­дить соответственно через 180, 120 и 90^е поворота коленчатого вала. ' Порядок работы двигателя во многом зависит от типа двигате-. ля и числа цилиндров. Так, например, у коленчатого вала рядного.четырехцилиндрового двигателя, представленного на рис. 2.5, а,

к

шатунные шейки расположены попарно под углом 180° — две крайние к двум средним. Поэтому поршни цилиндров 1 и 4 при работе двигателя перемещаются одновременно в одном направле­нии, а поршни цилиндров 2 и 3 — в противоположном.

Если в цилиндре 1 происходит рабочий ход, то в цилиндре 4 в это время — впуск. При этом поршни цилиндров 2 и 3 будут дви­гаться вверх, совершая соответственно выпуск и сжатие. Следова­тельно, порядок работы цилиндров двигателя будет 1—3—4—2. Чередование тактов в двигателе показано на рис. 2.5, б.

Порядок работы четырехтактного четырехцилиндрового ряд­ного двигателя может быть и другим, например 1—2—4—3.

При одном и том же расположении шатунных шеек коленчато­го вала отличие порядка работы цилиндров двигателя связано с другой последовательностью открытия и закрытия впускных и вы­пускных клапанов, что зависит от конструкции газораспредели­тельного механизма двигателя.

Порядок работы двигателя необходимо знать для правильной установки зажигания, а также для регулировки газораспредели­тельного механизма.

2.5. Внешняя скоростная характеристика двигателя

Внешней скоростной характеристикой двигателя называется зависимость эффективной мощности Л^ и крутящего момента М_е от частоты вращения коленчатого вала при полной подаче топ­лива.

Эффективной называется мощность, развиваемая на коленча­том валу двигателя.

Внешняя скоростная характеристика определяет возможности двигателя и характеризует его работу. По внешней скоростной ха­рактеристике определяют техническое состояние двигателя. Она позволяет сравнивать различные типы двигателей и судить о со­вершенстве новых двигателей.

На внешней скоростной характеристике (рис. 2.6) выделяют следующие точки, определяющие характерные режимы работы двигателя:

Дпах — максимальная (номинальная) мощность;

Пц — частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности;

Л/щах — максимальный крутящий момент;

п_м — частота вращения коленчатого вала при максимальном крутящем моменте;

^Лшш ^— минимальная частота вращения коленчатого вала, при которой двигатель работает устойчиво при полной подаче топлива;

«тах — максимальная частота вращения.

л;

Мщах/

пи

"* лтах П, МИН"

Рис. 2.6. Внешняя скоростная характеристика двигателя

Из характеристики видно, что двигатель развивает максималь­ный момент при меньшей часто­те вращения, чем максимальная мощность. Это необходимо для автоматического приспосаблива­ния двигателя к возрастающему сопротивлению движения. Напри­мер, автомобиль двигается по го­ризонтальной дороге при макси­мальной мощности двигателя и начинает преодолевать подъем. Сопротивление дороги возраста­ет, скорость автомобиля и частота вращения коленчатого вала уменьшаются, а крутящий момент увеличивается, обеспечивая воз­растание тяговой силы на ведущих колесах автомобиля. Чем боль­ше увеличение крутящего момента при уменьшении частоты вра­щения, тем выше приспосабливаемость двигателя и тем меньше вероятность его остановки.

Для бензиновых двигателей увеличение (запас) крутящего мо­мента достигает 30 %, а у дизелей — 15 %.

В эксплуатации большую часть времени двигатели работают в диапазоне частот вращения п_м—Пц, при которых развиваются со­ответственно максимальные крутящий момент и эффективная мощность.

Внешнюю скоростную характеристику двигателя строят по дан­ным результатов его испытаний на специальном стенде. При ис­пытаниях с двигателя снимают часть элементов систем охлажде­ния, питания и др. (вентилятор, радиатор, глушитель и др.), без которых обеспечивается его работа на стенде. Полученные при испытаниях мощность и крутящий момент приводят к нормаль-яшм условиям, соответствующим давлению окружающего воздуха 1 атм и температуре 15 °С. Эти мощность и момент называются стендовыми, и они указываются в технических характеристиках, Инструкциях, каталогах, проспектах и т. п.

В действительности мощность и момент двигателя, установлен­ного на автомобиле, на 5... 10 % меньше, чем стендовые. Это свя­зано с установкой на двигатель элементов, которые были сняты при испытаниях (насос гидроусилителя, компрессор и др.). Кроме того, давление и температура при работе двигателя на автомобиле отличаются от нормальных.

При проектировании нового двигателя внешнюю скоростную характеристику получают расчетным способом, используя для этого специальные формулы. Однако действительную внешнюю скорост­ную характеристику получают только после изготовления и ис­пытания двигателя.

Контрольные вопросы

1. Перечислите бензиновые и дизельные двигатели, их отличитель­ные особенности. Какие из них имеют большее распространение на лег­ковых автомобилях?

2. Каковы основные параметры двигателя?

3. Опишите рабочий процесс двигателя.

4. Что определяет внешняя скоростная характеристика двигателя?

5. Почему мощность и момент двигателя на автомобиле меньше ука­занных в технических характеристиках, каталогах, проспектах и т.п.?

		Кривошипно-шатунный
		механизм
				'
	По расположению цилиндров		По перемещению поршней в цилиндрах

Однорядный

С вертикальным перемещением поршней

Двухрядный

С горизонтальным перемещением поршней

С перемещением поршней под углом

2.6. Механизмы и системы двигателя

Двигатель автомобиля состоит из целого ряда механизмов и систем.

Бензиновый двигатель и дизель имеют кривошипно-шатунный механизм, газораспределительный механизм, смазочную систе­му, систему охлаждения и систему питания, а бензиновый двига­тель — еще и систему зажигания.

Кривошипно-шатунный механизм осуществляет рабочий про­цесс двигателя.

Газораспределительный механизм производит открытие и за­крытие впускных и выпускных клапанов двигателя.

Смазочная система подает масло к трущимся деталям двигателя.

Система охлаждения отводит теплоту от сильно нагретых дета­лей двигателя.

Система питания готовит горючую смесь для двигателя и обес­печивает выпуск из двигателя отработавших газов.

Система зажигания производит воспламенение горючей и ра­бочей смеси в цилиндрах двигателя.

2.7. Кривошипно-шатунный механизм

Назначение и характеристика. Кривошипно-шатунным называ­ется механизм, осуществляющий рабочий процесс двигателя.

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобра­зования возвратно-поступательного движения поршней во вра­щательное движение коленчатого вала.

Кривошипно-шатунный механизм определяет тип двигателя по расположению цилиндров.

В двигателях автомобилей применяются различные кривошип-но-шатунные механизмы (рис. 2.7): однорядные кривошипно-ша­тунные механизмы с вертикальным перемещением поршней и с перемещением поршней под углом применяются в рядных двига­телях; двухрядные кривошипно-шатунные механизмы с переме-

Рис. 2.7. Типы кривошипно-шатунных механизмов, классифицированных по различным признакам

щением поршней под углом применяются в У-образных двигате­лях; одно- и двухрядные кривошипно-шатунные механизмы с го­ризонтальным перемещением поршней находят применение в тех случаях, когда ограничены габаритные размеры двигателя по вы­соте.

Конструкция кривошипно-шатунного механизма. В кривошип­но-шатунный механизм входят блок цилиндров с картером и го­ловкой цилиндров, шатунно-поршневая группа и коленчатый вал с маховиком.

Блок цилиндров 11 (рис. 2.8) с картером 10 и головка <? цилин­дров являются неподвижными частями кривошипно-шатунного механизма.

К подвижным частям механизма относятся коленчатый вал 34 с маховиком 43 и детали шатунно-поршневой группы — поршни 24, поршневые кольца 18 и 19, поршневые пальцы 26 и шатуны 27.

Блок цилиндров вместе с картером является остовом двигателя. На нем и внутри него размещаются механизмы и устройства дви­гателя. В блоке 11, выполненном заодно с картером 10 из специ­ального низколегированного чугуна, изготовлены цилиндры дви-гателя. Внутренние поверхности цилиндров отшлифованы и на­зываются зеркалом цилиндров. Внутри блока между стенками ци­линдров и его наружными стенками имеется специальная по­лость 9, называемая рубашкой охлаждения. В ней циркулирует охлаждающая жидкость системы охлаждения двигателя.

Внутри блока также имеются каналы и масляная магистраль смазочной системы, по которым подводится масло к трущимся деталям двигателя. В нижней части блока цилиндров (в картере) находятся опоры 2 для коренных подшипников коленчатого вала, которые имеют съемные крышки 1, прикрепляемые к блоку са­моконтрящимися болтами. В передней части блока расположена полость 3 для цепного привода газораспределительного механиз­ма. Эта полость закрывается крышкой, отлитой из алюминиевого

Рис. 2.8. Кривошипно-шатунный механизм двигателей легковых автомо­билей ВАЗ:

7, б — крышки; 2 — опора; 3,9 — полости; 4, 5 — прокладки; 7 — горловина; 8, 22, 28, 30 — головки; 10 — картер; 11 — блок цилиндров; 12 — 16, 20 — прили­вы; 17, 33 — отверстия; 18, 19 — кольца; 21 — канавки; 23 — днище; 24 — поршень; 25 — юбка; 26 — палец; 27 — шатун; 29 — стержень; 31, 42 — болты; 32, 44 — вкладыши; 34 — коленчатый вал; 35, 40 — концы коленчатого вала; 36, 38 — шейки; 37 — щека; 39 — противовес; 41 — шайба; 43 — маховик; 45 —

полукольцо

сплава. В левой части блока цилиндров находятся отверстия 77для подшипников вала привода масляного насоса, в которые запрес­сованы свертные сталеалюминиевые втулки. С правой стороны блока в передней его части имеются фланец для установки насоса охлаж­дающей жидкости и кронштейн для крепления генератора. На блоке цилиндров имеются специальные приливы для: 12 — крепления кронштейнов подвески двигателя; 13 — маслоотделителя системы вентиляции картера двигателя; 14 — топливного насоса; 15 — мас­ляного фильтра; 16 — распределителя зажигания. Снизу блок ци­линдров закрывается масляным поддоном, а к заднему его торцу

прикрепляется картер сцепления. Для повышения жесткости ниж­няя плоскость блока цилиндров.. несколько опущена относительно оси коленчатого вала.

Рис. 2.9. Блок двигателя со съем­ными гильзами цилиндров 1 — кольцо; 2 — гильза; 3 — по­лость; 4 — блок; 5 — картер; 6 — гнездо

В отличие от блока, отлитого со-,;',. вместно с цилиндрами, на рис. 2.9 ■^Представлен блок 4 цилиндров с ■13' |сартером 5, отлитые из алюмини-'('евого сплава отдельно от цилинд-Ж'ров. Цилиндрами являются лег-| жосъемные чугунные гильзы 2,,4 устанавливаемые в гнезда 6 блока Щ,С уплотнительными кольцами 1 $% закрытые сверху головкой бло-|/|В* ^с уплотнительной прокладкой, внутренняя поверхность гильз Обработана шлифованием. Для Ж.^ценьшения изнашивания в верх-'''(ЦЮй части гильз установлены встав-;:|м из специального чугуна.

Съемные гильзы цилиндров повышают долговечность двигате-упрощают его сборку, эксплуатацию и ремонт. Между наружной поверхностью гильз цилиндров и внутрен-и стенками блока находится полость 3, которая является ру­кой охлаждения двигателя. В ней циркулирует охлаждающая ■всидкость, омывающая гильзы цилиндров, которые называются.Якжрыми из-за соприкосновения с жидкостью. •\Щч, Головка блока цилиндров закрывает цилиндры сверху и служит,|г||йя размещения в ней камер сгорания, клапанного механизма и ^■Каналов для подвода горючей смеси и отвода отработавших газов. Аоловка 8 блока цилиндров (см. рис. 2.8) выполнена общей для 'Й^ех цилиндров, отлита из алюминиевого сплава и имеет камеры ^сгорания клиновидной формы. В ней имеются рубашка охлажде- \*>0ЯЯ и резьбовые отверстия для свечей зажигания. В головку за-рПрессованы седла и направляющие втулки клапанов, изготовлен-гСНЫе из чугуна. Головка крепится к блоку цилиндров болтами. Между ^гПОловкой и блоком цилиндров установлена металлоасбестовая про-:".,Кладка 4, обеспечивающая герметичность их соединения. Сверху к./^головке блока цилиндров шпильками крепится корпус подшип­ников с распределительным валом, и она закрывается стальной штампованной крышкой 6 с горловиной 7 для заливки масла в Двигатель. Для устранения течи масла между крышкой и головкой блока цилиндров установлена уплотняющая прокладка 5. С пра­вой стороны к головке блока цилиндров крепятся шпильками через металлоасбестовую прокладку впускной и выпускной тру-

бопроводы, отлитые соответственно из алюминиевого сплава и чугуна.

Поршень служит для восприятия давления газов при рабочем ходе и осуществления вспомогательных тактов (впуска, сжатия, выпуска). Поршень 24 представляет собой полый цилиндр, отли­тый из алюминиевого сплава. Он имеет днище 23, головку 22 и юбку 25. Снизу днище поршня усилено ребрами. В головке поршня выполнены канавки 21 для поршневых колец. В юбке поршня на­ходятся приливы 20 (бобышки) с отверстиями для поршневого пальца. В бобышках поршня залиты стальные термокомпенсаци­онные пластины, уменьшающие расширение поршня от нагрева и исключающие его заклинивание в цилиндре двигателя. Юбка сделана овальной в поперечном сечении, конусной по высоте и с вырезами в нижней части. Овальность и конусность юбки так же, как и термокомпенсационные пластины, исключают заклинива­ние поршня, а вырезы — касание поршня с противовесами ко­ленчатого вала. Кроме того, вырезы в юбке уменьшают массу пор­шня. Для лучшей приработки к цилиндру наружная поверхность юбки поршня покрыта тонким слоем олова. Отверстие в бобыш­ках под поршневой палец смещено относительно диаметральной плоскости поршня. Посредством этого уменьшаются перекашива­ние и удары поршня при переходе его через верхнюю мертвую точку (ВМТ).

Поршни двигателей легковых автомобилей могут иметь днища различной конфигурации с целью образования вместе с внутрен­ней поверхностью головки цилиндров камер сгорания необходи­мой формы. Днища поршней могут быть плоскими, выпуклыми, вогнутыми и с фигурными выемками.

Поршневые кольца уплотняют полость цилиндра, исключают прорыв газов в картер двигателя (компрессионные 19) и попада­ние масла в камеру сгорания (маслосъемное 18). Кроме того, они отводят теплоту от головки поршня к стенкам цилиндра. Ком­прессионные и маслосъемное кольца — разрезные. Они изготовле­ны из специального чугуна. Вследствие упругости кольца плотно прилегают к стенкам цилиндра. При этом между разрезанными концами колец (в замках) сохраняется небольшой зазор (0,2... 0,35 мм). Верхнее компрессионное кольцо, работающее в наибо­лее тяжелых условиях, имеет бочкообразное сечение для улучше­ния его приработки. Наружная поверхность его хромирована для повышения износостойкости. Нижнее компрессионное кольцо име­ет сечение скребкового типа (на его наружной поверхности вы­полнена проточка) и фосфатировано. Кроме основной функции, оно выполняет также дополнительную — маслосбрасывающего кольца. Маслосъемное кольцо на наружной поверхности имеет проточку и щелевые прорези для отвода во внутреннюю полость поршня масла, снимаемого со стенок цилиндра. На внутренней

-поверхности оно имеет канавку, в которой устанавливается раз-'&1зкямная витая пружина, обеспечивающая дополнительное при-'? датие кольца к стенкам цилиндра двигателя.

, Поршневой палеи, служит для шарнирного соединения поршня ' С верхней головкой шатуна. Палец 26 — трубчатый, стальной. "Для повышения твердости и износостойкости его наружная по-^верхность подвергается цементации и закаливается токами высо-Мдой частоты. Палец запрессовывается в верхнюю головку шатуна с ^'цапгягом, что исключает его осевое перемещение в поршне, в ре-■;4*адяьтате которого могут быть повреждены стенки цилиндра. Пор-Мушевой палец свободно вращается в бобышках поршня. |:.,;•,■ Шатун служит для соединения поршня с коленчатым валом и ^передачи усилий между ними. Шатун 27 — стальной, кованый, -[]_:состоит из неразъемной верхней головки 28, стержня 29двутав-Хрового сечения и разъемной нижней головки 30. Нижней голов-а.Кой шатун соединяется с коленчатым валом. Съемная половина %,|фнижней головки является крышкой шатуна и прикреплена к нему «шумя болтами 31. В нижнюю головку шатуна вставляют тонко-Ж)Мгенные биметаллические, сталеалюминиевые вкладыши 32 ша-*.^нного подшипника. В нижней головке шатуна имеется специ-Щ'ЙЯьное отверстие 33 для смазывания стенок цилиндра. Р№ Коленчатый вал воспринимает усилия от шатунов и передает '***«даваемый на нем крутящий момент трансмиссии автомобиля. него также приводятся в действие различные механизмы дви-я (газораспределительный механизм, масляный насос, рас-

Ш

еделитель зажигания, насос охлаждающей жидкости и др.). Ко-нчатый вал 34 — пятиопорный, отлит из специального высоко­очного чугуна. Он состоит из коренных 36 и шатунных 38 шеек, к 37, противовесов 39, переднего 35 и заднего 40 концов. Ко-!Нными шейками коленчатый вал установлен в подшипниках зоренных опорах) картера двигателя, вкладыши 44 которых тон-енные, биметаллические, сталеалюминиевые. К шатунным ейкам коленчатого вала присоединяют нижние головки шату-в. Шатунные подшипники смазываются по каналам, соединяю-м коренные шейки с шатунными. Щеки соединяют коренные шатунные шейки коленчатого вала, а противовесы разгружают ренные подшипники от центробежных сил неуравновешенных, 1рс. На переднем конце коленчатого вала крепятся: ведущая звез-;'"дочка цепного привода газораспределительного механизма; шкив временной передачи для привода вентилятора, насоса охлаждающей Жидкости, генератора; храповик для проворачивания вала вруч­ную пусковой рукояткой. В заднем конце коленчатого вала имеет­ся специальное гнездо для установки подшипника первичного (ведущего) вала коробки передач. К торцу заднего конца вала с помощью специальной шайбы 41 болтами 42 крепится маховик 43. От осевых перемещений коленчатый вал фиксируется двумя опор-

ными полукольцами 45, которые установлены в блоке цилиндров двигателя по обе стороны заднего коренного подшипника. При­чем с передней стороны подшипника ставится сталеалюминиевое кольцо, а с задней — из спеченных материалов (металл окерами-ческое).

Маховик обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала, накапливает энергию при рабочем ходе для вращения вала при подготовительных тактах и выводит детали кривошипно-шатун­ного механизма из мертвых точек. Энергия, накопленная махови­ком, облегчает пуск двигателя и обеспечивает трогание автомо­биля с места. Маховик 43 представляет собой массивный диск, отлитый из чугуна. На обод маховика напрессован стальной зубча­тый венец, предназначенный для пуска двигателя электрическим стартером. К маховику крепятся детали сцепления. Маховик, бу­дучи деталью кривошипно-шатунного механизма, является также одной из ведущих частей сцепления.

Крепление двигателя. Двигатель в сборе со сцеплением и короб­кой передач устанавливают на автомобилях на эластичных опорах.

Опоры воспринимают не только нагрузку от двигателя, но и нагрузки, возникающие при трогании автомобиля с места, разго­не и торможении. Они уменьшают колебания двигателя, устраняют передачу его вибраций на кузов и смягчают удары, передаваемые на двигатель от дорожных неровностей при движении автомобиля.

Рис. 2.10. Крепление двигателя: I, 4, 5 — опоры; 2, 3, 6 — кронштейны

Система крепления двигателя на автомобилях включает в себя (рис. 2.10) переднюю 1, заднюю 4 и левую 5 опоры. Передняя и

левая опоры имеют одинаковую конструкцию. Каждая опора со­стоит из наружной стальной обоймы и внутренней алюминиевой втулки, между которыми завулканизирована резина. Обе опоры запрессованы в стальные сварные кронштейны. Кронштейн 2 пе­редней опоры прикреплен болтами к блоку цилиндров, а кронш­тейн 6 левой опоры — шпильками к картеру коробки передач.

Задняя опора, как и передняя и левая, имеет наружную обой­му и внутреннюю втулку, между которыми находится резина. Сталь­ной кованый кронштейн 3 задней опоры крепится к коробке пе­редач. Передней, задней и левой опорами двигатель крепится к кузову.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные части бензинового двигателя и дизеля и их назначение.»: 2. Что представляет собой кривошипно-шатунный механизм?

3. Каковы основные части и детали кривошипно-шатунного механизма?

™ 2.8. Газораспределительный механизм

Назначение и характеристика. Газораспределительным называ­ется механизм, осуществляющий открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя.

Газораспределительный механизм служит для своевременного Впуска горючей смеси или воздуха в цилиндры двигателя и вы­пуска из цилиндров отработавших газов. В двигателях автомобилей «^Применяются газораспределительные механизмы с верхним рас­положением клапанов. Верхнее расположение клапанов позволяет ^увеличить степень сжатия двигателя, улучшить наполнение ци-щ^индров горючей смесью или воздухом и упростить техническое, А|)Ьбслуживание двигателя в эксплуатации. *'" Двигатели автомобилей могут иметь газораспределительные Механизмы различных типов (рис. 2.11), что зависит от компонов­али двигателя и, главным образом, от взаимного расположения жоленчатого вала, распределительного вала и впускных и выпуск-!Яяых клапанов. Число распределительных валов зависит от типа Двигателя.

При верхнем расположении распределительный вал устанав­ливается в головке цилиндров, где размещены клапаны. Открытие и закрытие клапанов производится непосредственно от распреде­лительного вала через толкатели или рычаги привода клапанов. Привод распределительного вала осуществляется от коленчатого вала с помощью роликовой цепи или зубчатого ремня.

Верхнее расположение распределительного вала упрощает кон­струкцию двигателя, уменьшает массу и инерционные силы воз-

* Вахламов

Газораспределительный механизм

По числу клапанов на цилиндр

По приводу распределительного вала

По числу распредели­тельных валов

По расположению

распределительного

вала

С шестеренным приводом

С двумя клапанами

С одним валом

С верхним расположением вала

С тремя клапанами

С цепным приводом N

С двумя валами

С нижним расположением вала

С четырьмя клапанами

|С зубчато-ременным приводом

С пятью клапанами

Рис. 2.11. Типы газораспределительных механизмов, классифицирован­ных по различным признакам

вратно-поступательно движущихся деталей механизма и обеспечи­вает высокую надежность и бесшумность его работы при большой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Цепной и ременный приводы распределительного вала также обеспечивают бесшумную работу газораспределительного механизма.

При нижнем расположении распределительный вал устанав­ливается в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Открытие и закрытие клапанов производится от распределительного вала через толкатели штанги и коромысла. Привод распределительного вала осуществляется с помощью шестерен от коленчатого вала. При нижнем расположении распределительного вала усложняет­ся конструкция газораспределительного механизма и двигателя. При этом возрастают инерционные силы возвратно-поступатель­но движущихся деталей газораспределительного механизма. Чис­ло распределительных валов в газораспределительном механизме и число клапанов на один цилиндр зависят от типа двигателя. Так, при большем числе впускных и выпускных клапанов обеспечива­ется лучшие наполнение цилиндров горючей смесью и их очистка от отработавших газов. В результате двигатель может развивать боль­шие мощность и крутящий момент. При нечетном числе клапанов на цилиндр число впускных клапанов на один клапан больше, чем выпускных.

Конструкция и работа газораспределительного механизма. Га­зораспределительные механизмы независимо от расположения распределительных валов в двигателе включают в себя клапан­ную группу, передаточные детали и распределительные валы с приводом.

I; В клапанную группу входят впускные и выпускные клапаны, I направляющие втулки клапанов и пружины клапанов с деталями и» крепления.

!?■: Передаточными деталями являются толкатели, направляющие!■ втулки толкателей, штанги толкателей, коромысла, ось коромысел, г'рычаги привода клапанов, регулировочные шайбы и регулировоч-I ные болты. Однако при верхнем расположении распределительного 1 вала толкатели, направляющие втулки и штанги толкателей, ко-| ромысла и ось коромысел обычно отсутствуют. Ц, На рис. 2.12 представлен газораспределительный механизм дви-Ц, гателя с верхним расположением клапанов, с верхним располо-Цжением распределительного вала с цепным приводом и с двумя к клапанами на цилиндр. Он состоит из распределительного вала 14 Щ с корпусом 13 подшипников, привода распределительного вала, В рычагов 11 привода клапанов, опорных регулировочных болтов 18 щ клапанов / и 22, направляющих втулок 4, пружин 7 и # клапанов К с деталями крепления.

Ш Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие К и закрытие клапанов. Распределительный вал — пятиопорный, «отлит из чугуна. Он имеет опорные шейки 75 и кулачки 16 (впуск-Кные и выпускные). Внутри вала проходит канал, через который Вшодводится масло от средней опорной шейки к другим шейкам и ■жулачкам. К переднему торцу вала крепится ведомая звездочка 24 ■щепного привода. Вал устанавливается в специальном корпусе 13 Вшодшипников, отлитом из алюминиевого сплава, который за-Нщреплен на верхней плоскости головки блока цилиндров. От осе-Нрых перемещений распределительный вал фиксируется упорным ИЕголанцем 12, который входит в канавку передней опорной шейки Врала и прикрепляется к торцу корпуса подшипников. К Привод распределительного вала осуществляется через установ-Иденную на нем ведомую звездочку 24 двухрядной роликовой це-Нжью 25 от ведущей звездочки 28 коленчатого вала. Этой цепью ВЙ&кже вращается звездочка 27 вала привода масляного насоса. При-Н&Ьд распределительного вала имеет полуавтоматический натяж-Вной механизм, состоящий из башмака и натяжного устройства. НЦепь натягивается башмаком 30, на который воздействуют пру-Ишины натяжного устройства 31. Для гашения колебаний ведущей ■Летви цепи служит успокоитель 26. Башмак и успокоитель имеют ■■(Стальной каркас с привулканизированным слоем резины. Огра-■.Ничительный палец 29 предотвращает спадание цепи при снятии

■ на автомобиле ведомой звездочки распределительного вала.

К' Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные кана-

■ лы. Клапаны установлены в головке блока цилиндров в один ряд
й, под углом к вертикальной оси цилиндров двигателя. Впускной
$ клапан 1 для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью
р.- имеет головку большего диаметра, чем выпускной клапан. Он из-

т 35

готовлен из специальной хромистой стали, обладающей высокой износостойкостью и теплопроводностью. Выпускной клапан 22 работает в более тяжелых температурных условиях, чем впускной. Он выполнен составным. Его головку делают из жаропрочной хро­мистой стали, а стержень — из специальной хромистой стали. Каждый клапан состоит из головки 2 и стержня 3. Головка име­ет конусную поверхность (фаску), которой клапан при закрытии плотно прилегает к седлу из специального чугуна, установленному В головке блока цилиндров и имеющему также конусную поверх­ность. Стержень клапана перемещается в чугунной направляющей ртулке 4, запрессованной и фиксируемой стопорным кольцом 23» головке блока цилиндров, обеспечивающей точную посадку цапана. На втулку надевается маслоотражательный колпачок 5 из ^цслостойкой резины. Клапан имеет две цилиндрические пружи­ны: наружную 8 и внутреннюю 7. Пружины крепятся на стержне клапана с помощью шайб 6, тарелки 9 и разрезного сухаря 10. Клапан приводится в действие от кулачка распределительного вала стальным кованым рычагом 11, который опирается одним кон­цом на регулировочный болт 18, а другим — на стержень клапана. $^егулировочный болт имеет сферическую головку. Он ввертывает­ся в резьбовую втулку 20, закрепленную в головке блока цилинд­ров и застопоренную пластиной 21, и фиксируется гайкой 19. Ре­гулировочным болтом устанавливается необходимый зазор между йЁУлачком распределительного вала и рычагом привода клапана, равный 0,15 мм на холодном двигателе и 0,2 мм на горячем двига­теле (прогретом до 75...85°С). Пружина 17 создает постоянный контакт между концом рычага привода и стержнем клапана. Газораспределительный механизм работает следующим обра­ти. При вращении распределительного вала его кулачки в соот-ютствии с порядком работы цилиндров двигателя поочередно на­бегают на рычаги 11. Рычаги, поворачиваясь одним концом на сферических головках регулировочных болтов 18, другим концом воздействуют на стержни клапанов, преодолевают сопротивление пружин 7, 8 и открывают клапаны. При дальнейшем повороте рас­пределительного вала кулачки сходят с рычагов, которые возвра­щаются в исходное положение под действием пружин 17, а кла­паны закрываются под действием пружин 7 и 8. При работе двигателя распределительный вал вращается в два раза медленнее, чем коленчатый вал. Это связано с тем, что за период рабочего цикла двигателя, протекающего за два оборота коленчатого вала, впускной и выпускной клапаны каждого ци­линдра должны открываться по одному разу. Нормальная работа газораспределительного механизма во мно­гом зависит от теплового зазора между кулачками распредели­тельного вала и рычагами привода клапанов. Этот зазор обеспечи-

Рис. 2.12. Газораспределительный механизм легкового автомобиля с цепным приводом: 1 22 - клапаны; 2 - головка; 3 - стержень; 4, 20 - втулки; 5 - колпачок; 6 -шайбы; 7, 8, 17- пружины; 9- тарелка; 10 -сухарь; 11 - рычаг; 72-фланец; 13- корпус- Н — распределительный вал; 15— шейка; 16— кулачок; 18— болт; 19- гайка; 21 - пластина; 23- кольцо; 24, 27, 28- звездочки; 25- цепь; 26- успокоитель; 29 - палец; 30 - башмак; 31 - натяжное устройство

Рис. 2.13. Ременный привод распре­делительного вала:

1, 4, 8 — шкивы; 2 — болты; 3 — ро­лик; 5 — ремень; 6 — кронштейн; 7 — пружина

вает плотное закрытие клапанов при их удлинении в результате нагрева во время работы. При недостаточном тепловом зазоре или его отсутствии происходит неполное закрытие клапанов, что приводит к утечке газов, быстрому обгоранию фасок го­ловок клапанов и снижению мощности двигателя.

Особенностью привода рас­пределительного вала (рис. 2.13) является применение ременной передачи. Привод распредели­тельного вала осуществляется через установленный на нем зуб­чатый шкив 4 ремнем 5 от зуб­чатого шкива 1 коленчатого вала. С помощью этого ремня также вращается зубчатый шкив 8 вала привода масляного насоса.

Ремень — зубчатый, изготовлен из резины, армированной стек­ловолокном. Зубья ремня имеют трапециевидную форму. Ремень натягивается с помощью натяжного ролика 3, закрепленного на кронштейне 6. Натяжение ремня регулируют пружиной 7 на не­работающем двигателе при ослабленных болтах 2 крепления кронштейна натяжного ролика. Привод распределительного вала работает без смазки и снаружи закрыт тремя пластмассовыми крышками.

Газораспределительный механизм двигателя, представленный на рис. 2.14, состоит из распределительного вала 2 с двумя корпу­сами 1 подшипников, привода распределительного вала, толка­телей 4, регулировочных шайб 3, направляющих втулок 6, клапа­нов 7, пружин 5 клапанов с деталями крепления.

Распределительный вал чугунный, литой, пятиопорный. В задней части вала 2 находится эксцентрик для привода топливного насо­са. Корпуса / подшипников распределительного вала отлиты из алюминиевого сплава. В них находятся верхние половины опор под шейки распределительного вала: две в переднем корпусе и три в заднем. Толкатели 4 клапанов — стальные, цилиндрические, пе-

^Рис. 2.14. Газораспеделительный механизм (а) с верхним расположением распределительного вала и его привод (6):

1 — корпус; 2 — распределительный вал; 3 — шайба; 4 — толкатель; 5 — пру­жина; 6 — втулка; 7 — клапан; 8, 9, 11 — шкивы; 10 — ролик; 12 — ремень;

13 — ось

эдают усилия от кулачков распределительного вала на клапаны. верхней части толкателей имеется гнездо для установки регули-ГОвочной шайбы. Регулировочные шайбы 3 — плоские, стальные, гщиной 3,00...4,25 мм с интервалом через каждые 0,05 мм. Под-)ром толщины этих шайб регулируется тепловой зазор между гайбой и кулачком распределительного вала. Клапаны 7 (впуск-)й, выпускной) отличаются по конструкции и изготовлены из шых сталей. Впускной клапан имеет головку большего диамет-чем выпускной. Он выполнен из хромоникельмолибде новой ш. Выпускной клапан — составной, сварен из двух частей. [оловка клапана изготавливается из жаропрочной хромоникель-Щ(1рганцовистой стали, а стержень — из хромоникельмолибдено-шой стали. Направляющие втулки бклапанов — чугунные, запрес-С^овываются и фиксируются стопорными кольцами в головке бло-(>■$» цилиндров.

Пружины 5 (наружная, внутренняя) прижимают клапан к сед-|1у и не дают ему отрываться от толкателя. Они также исключают 'Возникновение резонансных колебаний деталей.

Привод распределительного вала производится через установ­ленный на нем зубчатый шкив И ремнем 12 от зубчатого шкива 8 Коленчатого вала. Этим же ремнем вращается зубчатый шкив 9 насоса охлаждающей жидкости. Ремень — зубчатый, резиновый, армирован стекловолокном. Зубья ремня имеют полукруглую форму.

Ремень натягивается роликом 10, который вращается на эксцент­риковой оси 13, установленной на шпильке, закрепленной в го­ловке блока цилиндров. При повороте эксцентриковой оси отно­сительно шпильки изменяется натяжение ремня. Привод распре­делительного вала работает без смазочного материала. Он закрыт двумя крышками — передней пластмассовой и задней стальной.

При вращении распределительного вала его кулачок набегает на шайбу 3 и толкатель 4. Толкатель действует на стержень клапана 7, преодолевает сопротивление пружин 5 и открывает клапан. При дальнейшем повороте кулачок сходит с толкателя, который воз­вращается в исходное положение под действием пружин 5, закры­вающих клапан.

На рис. 2.15 показан газораспределительный механизм двигате­ля с нижним расположением распределительного вала. Газорас­пределительный механизм верхнеклапанный, с шестеренным при­водом и двумя клапанами на цилиндр.

Механизм включает в себя распределительный вал 1, привод распределительного вала, толкатели 9, штанги 8 толкателей, ре-гулировочные винты 7, ось 6 коромысел, коромысла 5, клапаны 2, направляющие втулки 3 клапанов и пружины 4 с деталями креп­ления.

Распределительный вал — стальной, кованый, имеет пять опор­ных шеек 13, кулачки 75 (впускные и выпускные), шестерню 12 Привода масляного насоса и распределители зажигания, а также эксцентрик 14 привода топливного насоса. Вал установлен в блоке цилиндров двигателя на запрессованных биметаллических втулках, изготовленных из стали и покрытых изнутри слоем свинцовисто­го баббита.

Привод распределительного вала осуществляется через прикреп­ленную к его переднему концу ведомую шестерню 10, изготовлен­ную из текстолита. Она находится в зацеплении с ведущей стальной шестерней //, установленной на коленчатом валу. Обе шестерни выполнены косозубыми для уменьшения шума и обеспечения плавной работы. Передаточное отношение шестеренного привода —,'отношение числа зубьев ведущей шестерни к числу зубьев ведо-', мой шестерни — равно 1:2, т. е. ведомая шестерня 10 имеет в два ■ раза больше зубьев, чем ведущая шестерня 11. Это необходимо [дня того, чтобы за два оборота коленчатого вала распределитель- ный вал совершал один оборот, обеспечивая за полный цикл дви-¹ цгателя открытие впускного и выпускного клапанов каждого ци-1;Диндра по одному разу.

и;" Толкатели 9 служат для передачи усилия от кулачков распреде-Елительного вала к штангам 8. Они изготовлены из стали, и их |;горцы, соприкасающиеся с кулачками, выполнены сферическими IИ наплавлены отбеленным чугуном для уменьшения изнашивания. I Внутри толкатели имеют сферические углубления для установки | штанг. Толкатели перемещаются в направляющих отверстиях бло­чка цилиндров.

Г Штанги 8 передают усилие от толкателей к коромыслам 5. Они (изготовлены из алюминиевого сплава, и на их концы напрессова-|ны-стальные наконечники.

Е Коромысла 5 предназначены для передачи усилия от штанг к г Клапанам. Коромысла стальные, имеют неравные плечи для умень-!" шения высоты подъема толкателей и штанг, в их короткие плечи (ввернуты винты 7для регулирования теплового зазора. Коромыс­ла установлены на втулках на полой оси 6, закрепленной в голов­ке цилиндров.

Клапаны 2 изготовлены из легированных жаропрочных сталей. Для лучшего наполнения цилиндров двигателя горючей смесью Диаметр головки у впускного клапана больше, чем у выпускного. Пружины 4 изготовлены из рессорно-пружинной стали. Деталя­ми их крепления являются шайбы 17 и 19, сухари 16 и втулки 20.

Резиновые маслоотражательные колпачки 18, установленные на впускных клапанах, исключают проникновение масла через зазо­ры между направляющими втулками и стержнями впускных кла­панов.

Газораспределительный механизм работает следующим обра­зом. При вращении распределительного вала его кулачки пооче­редно набегают на толкатели 9 в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Усилие от толкателей 9 через штанги 8 пе­редается к коромыслам 5, которые, поворачиваясь на оси 6, воз­действуют на стержни клапанов 2, преодолевают сопротивление пружин 4 и открывают клапаны. При дальнейшем повороте распре­делительного вала кулачки сходят с толкателей, которые вместе со штангами и коромыслами возвращаются в исходное положение под действием пружин, закрывающих также клапаны.

В настоящее время в газораспределительных механизмах дви­гателей легковых автомобилей для привода впускных и выпуск­ных клапанов находят широкое применение гидравлические тол­катели.

Гидравлические толкатели автоматически обеспечивают посто­янный (беззазорный) контакт кулачков распределительного вала с клапанами, компенсируют износ сопрягаемых деталей (распре­делительного вала и клапанной группы) и исключают необходи­мость регулирования теплового зазора клапанов в эксплуатации. Гидравлический толкатель (рис. 2.16) состоит из корпуса, ком­пенсатора и шарикового клапана. В корпусе 2 толкателя приварена направляющая втулка 1, в которой стопорным кольцом 3 закреп­лен компенсатор. Компенсатор состоит из корпуса 4 и поршня 5,

между которыми установлена разжимная пружина 7, а в пор­шне размещен шариковый кла­пан 6. Внутренняя полость ком­пенсатора заполнена маслом, которое поступает в компенсатор при открытом клапане 6 из кор­пуса гидротолкателя. В корпус гидротолкателя масло подается из масляной магистрали голов­ки цилиндров через наружную канавку и отверстие, выполнен­ные в корпусе.

Гидротолкатель каждого клапа-

Рис. 2.16. Гидравлический толка- на установлен между торцом

тель: стержня клапана и кулачком рас-

1 - втулка; 2, 4 - корпуса; 3 - коль- пределительного вала в отвер-

цо; 5 — поршень; 6 — клапан; 7 — стии, расточенном в головке ци-

пружина ЛИНДрОВ.

■т'\

Работает гидравлический толкатель следующим образом.

При набегании кулачка распределительного вала на толкатель усилие от кулачка передается на торец его корпуса 2, который перемещает поршень 5 компенсатора, преодолевая сопротивле­ние пружины 7 При этом шариковый клапан 6 закрывается и за­дирает находящееся внутри компенсатора масло, через которое и Передается усилие от распределительного вала к впускному или выпускному клапану, и клапан открывается. При перемещении доршня 5 часть масла из компенсатора через зазор между порш­нем и корпусом 4 вытекает в корпус 2 толкателя, и поршень не­много вдвигается в корпус 4 компенсатора. V'' При сбегании кулачка распределительного вала с толкателя мружина 7 прижимает поршень 5 к корпусу 2 толкателя, обеспе-Ввая его беззазорный контакт с кулачком распределительного 1§&да. При этом шариковый клапан 6 открывается, впускает масло Шсомпенсатор, а впускной или выпускной клапан закрывается. Ш Фазы газораспределения. Продолжительность открытия впуск-шх и выпускных клапанов, выраженная в градусах угла поворота Кленчатого вала относительно мертвых точек, называется фаза- Ща газораспределения.

ВМТ

КГ Наивысшие мощностные показатели работы двигателя могут ИМТЬ достигнуты при наилучшем наполнении цилиндров горючей Врюсью и наиболее полной их очистке от отработавших газов, По-Кюму продолжительность фаз впуска и выпуска установлена больше НЮ* за счет того, что моменты открытия и закрытия клапанов не ■рпадают с положениями поршня в верхней и нижней мертвых

Рис. 2.17. Фазы газораспределения (а, 6) двигателей

вмт

Смазочная система

точках. Так, впускной клапан открывается в конце такта выпуска до прихода поршня в ВМТ с опережением на 12° (рис. 2.17, а) у двигателей заднеприводных автомобилей ВАЗ и 33° (рис. 2.17, 6) у двигателей переднеприводных автомобилей ВАЗ, а закрывается в начале такта сжатия после прихода поршня в НМТ с запаздыва­нием соответственно на 40 и 79°. Продолжительность впуска го­рючей смеси в цилиндры двигателей составляет соответственно 232 и 292°, что обеспечивает наилучшее их наполнение.

Выпускной клапан открывается в конце такта рабочего хода до прихода поршня в НМТ с опережением на 42 и 47°, а закрывается в начале такта впуска после прихода поршня в ВМТ с запаздывани­ем соответственно на 10 и 17°. Продолжительность выпуска отра­ботавших газов из цилиндров двигателей составляет соответственно 232 и 244^е, что обеспечивает наиболее полную их очистку от газов.

В конце такта выпуска и в начале такта впуска происходит пе­рекрытие клапанов, когда оба клапана (впускной и выпускной) открыты одновременно. Продолжительность перекрытия клапанов составляет для двигателей 22 и 50°. Перекрытие клапанов длится небольшой промежуток времени и не оказывает влияния на рабо­ту двигателя.

В процессе эксплуатации необходимо следить за правильной установкой фаз газораспределения. Она обеспечивается совмеще­нием специальных меток на шкивах распределительного и колен­чатого валов и соответствующих меток на двигателе или совмеще­нием меток на шестернях привода.

Постоянство фаз газораспределения сохраняется только при со­блюдении регулируемых тепловых зазоров в газораспределитель­ном механизме. При увеличении зазоров продолжительность откры­тия клапанов уменьшается, а при уменьшении — увеличивается.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение газораспределительного механизма?

2. Как осуществляется работа газораспределительного механизма?

3. Что представляют собой фазы газораспределения?

4. Почему необходимо выполнять регулирование газораспределитель­ного механизма?