Особенности газораспределительных механизмов автомобильных двигателей
Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для своевременного наполнения цилиндров двигателя свежим зарядом (воздухом или топливовоздушной смесью) и удаления из цилиндров продуктов сгорания.
Качество процессов наполнения и очистки цилиндров оказывает значительное влияние на мощность, экономичность и экологические показатели двигателя (подробно эти вопросы рассматриваются в [2]), поэтому совершенствованию процессов наполнения и очистки цилиндров конструкторы двигателей уделяют постоянное внимание.
Основными деталями ГРМ являются расположенные в головке цилиндров впускные и выпускные клапаны, привод которых осуществляется с помощью одного или двух распределительных валов (РВ).
По конструкции различают привод клапанов с нижним расположением РВ и с верхним расположением РВ. Независимо от конструкции привода частота вращения РВ в 4-тактном двигателе должна быть в два раза меньше частоты вращения КВ.
Конструкции с нижним расположением РВ применяются как в одноблочных, так и двухблочных двигателях. При таких конструкциях привод РВ от КВ осуществляется с помощью цилиндрических шестерен. При нижнем расположении РВ привод каждого клапана осуществляется через промежуточные детали: толкатель, штангу, коромысло. В двухблочных двигателях роль толкателя может выполнять также коромысло. Все это увеличивает массу подвижных деталей привода и его инерционность, поэтому для обеспечения своевременной посадки клапанов на седла приходится ограничивать частоту вращения КВ (не более 4500 1/мин) и увеличивать жесткость клапанных пружин. Последнее отрицательно сказывается на ресурсе уплотнительных фасок из-за ударной посадки клапанов на седла.
Конструкции с верхним расположением РВ применяются как в одноблочных, так и многоблочных двигателях. Привод распределительного вала от КВ может осуществляться цепыо, зубчатым ремнем или через промежуточный вертикальный вал с коническими шестернями на концах.
При верхнем расположении РВ привод клапанов может осуществляться как непосредственно кулачками распределительного вала, так и через коромысла или нажимные рычаги. Очевидным преимуществом таких конструкций является уменьшенная подвижная масса привода и, следовательно, его более низкая инерционность.
Привод клапанов через коромысла или нажимные рычаги обычно применяется в случае, когда один РВ управляет работой как впускных, так и выпускных клапанов. Такой привод практически исключает наличие сил, подвергающих стержни клапанов изгибу, что положительно сказывается на ресурсе сопряжения стержней клапанов и направляющих втулок.
Привод клапанов непосредственно кулачками РВ является оптимальным для обеспечения минимальной подвижной массы привода. Для разгрузки стержней клапанов от изгибающих сил на верхние торцы стержней клапанов устанавливают толкатели в форме перевернутого цилиндрического стакана с развитой наружной боковой поверхностью, контактирующей с цилиндрической поверхностью в головке цилиндров. Обращенная к кулачку РВ поверхность толкателя имеет углубление для установки плоской цилиндрической шайбы, подбором толщины которой регулируется тепловой зазор в приводе клапана.
При наличии одного РВ с непосредственным приводом клапанов стержни всех клапанов должны располагаться в одной плоскости. Такое расположение клапанов может иметь место также и в случае привода клапанов одним РВ через нажимные рычаги. Однако в последнем случае возможно расположение стержней впускных клапанов в одной плоскости, а стержней выпускных клапанов - в другой плоскости. Обычно при таких приводах каждый цилиндр имеет один впускной и один выпускной клапан.
Наполнение цилиндров свежим зарядом и выпуск отработавших газов могут осуществляться как с одной стороны головки цилиндров, так и с противоположных ее сторон. Последнее конструктивное решение применяют обычно при установке турбокомпрессора для наддува двигателя. Возможности по регулировке фаз газораспределения с целью повышения эффективности газообмена в случае привода клапанов одним распределительным валом практически отсутствуют.
В последнее время стали шире применяться двигатели с двумя РВ верхнего расположения. Как правило, при такой конструкции каждый цилиндр имеет два впускных и два выпускных клапана. При этом один РВ управляет работой впускных клапанов, а другой РВ - работой выпускных клапанов. Такое конструктивное решение существенно расширяет возможности регулировки фаз газораспределения с учетом времени работы двигателя при низких и высоких частотах вращения КВ. Обычно регулировка фаз выполняется за счет изменения положения РВ относительно положения КВ. В современных двигателях такая регулировка выполняется с помощью гидропривода автоматически в зависимости от частоты вращения КВ.
