Общие сведения. Механизм газораспределения предназначен для обеспечения своевременного и качественного наполнения цилиндров двигателя внутреннего сгорания (ДВС) свежим

Механизм газораспределения предназначен для обеспечения своевременного и качественного наполнения цилиндров двигателя внутреннего сгорания (ДВС) свежим зарядом воздуха и выпуска отработавших газов. Эффективность работы ДВС в значительной мере определяется совершенством его системы газообмена.

Моменты открытия и закрытия органов газораспределения (клапанов), выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала (ПКВ), называют фазами газораспределения. Для наглядности фазы изображают графически в виде круговых диаграмм газораспределения (рис. 3.1).

В рабочем процессе двигателей внутреннего сгорания фазы газораспределения не совпадают с положениями поршня в верхней и нижней мертвых точках (ВМТ, НМТ). Это делается с целью повышения качества наполнения и очистки цилиндров, а также для обеспечения необходимой мощности турбины в дизелях с наддувом. Оптимальные значения фаз газораспределения зависят от конструкции двигателя, условий и режимов эксплуатации. Они устанавливаются экспериментально и указываются в технической документации на двигатель. Фазы газораспределения обычно находятся в следующих диапазонах значений:

угол опережения открытия впускного клапана j₁ = 20...80 °ПКВ;

угол запаздывания закрытия впускного клапана j₂ = 20...50 °ПКВ;

угол опережения открытия выпускного клапана j₄ = 20...55 °ПКВ;

угол запаздывания закрытия выпускного клапана j₅ =25...70 °ПКВ.

Рисунок 3.1 – Круговая диаграмма фаз газораспределения четырехтактного дизеля

Из рис.3.1 видно, что имеется период времени, когда оба клапана частично открыты. Этот период называется фазой перекрытия клапанов и используется для лучшей очистки камеры сгорания и охлаждения воздухом клапанов и днища поршня.

В судовых четырехтактных дизелях традиционно применяется механизм газораспределения клапанного типа, отличающийся простым устройством и надежностью. Конструкция газораспределительных органов должна обеспечивать хорошее наполнение и очистку цилиндра, что главным образом зависит от величины проходного сечения и продолжительности их открытия. Увеличение проходных сечений обычно ограничено размерами цилиндра, а время открытия зависит от частоты вращения. Надежность клапанов, работающих с высокими скоростями и под воздействием горячих газов, в основном зависит от величины сил инерции, условий смазки и охлаждения и от применяемых материалов.

Клапанный механизм газораспределения включает в себя следующие элементы: привод распределительного вала (РВ), клапанный привод и клапанный узел. Передаточное число привода РВ четырехтактного ДВС всегда равно двум. В зависимости от расположения РВ могут приводится во вращение при помощи шестерен, цепных передач или промежуточных валов. При нижнем (по высоте двигателя) расположении РВ его шестерня может соединяться с шестерней коленчатого вала непосредственно или через промежуточную шестерню. Привод РВ среднего расположения осуществляется посредством цилиндрических шестерен или при помощи цепи. Верхние РВ приводятся в движение либо цепной передачей, либо посредством промежуточных валов с коническими зубчатыми колесами.

Клапанный механизм осуществляет управление клапанами. Открытие и закрытие клапанов строго согласовывается с движением поршня и подчиняется фазам газораспределения двигателя. Кинематические схемы и конструктивные формы этих механизмов весьма разнообразны и чаще всего определяются местом расположения РВ.

При нижнем расположении РВ (рис. 3.2а) механизм привода клапанов состоит из следующих деталей: кулачковой шайбы, жестко закрепленной на РВ, толкателя, штанги, коромысла (рычага) и его стойки. В механизмах со средним расположением РВ может применяться эта же конструкция, либо схема, изображенная на рис. 3.2б. В этом случае клапаны приводятся в действие с помощью рычажного привода (без толкателя и штанги). Привод клапанов от верхнего РВ осуществляется непосредственно от его кулаков (рис. 3.2в).

Рисунок 3.2 – Схемы клапанного привода

Рисунок 3.3 – Клапанный узел

Основными деталями клапанного узла являются: клапан, направляющая втулка, пружина и её тарелка (рис.3.3). Клапаны располагают в крышке цилиндра вертикально или наклонно, открываются они внутрь цилиндра. Клапанная пружина обеспечивает посадку клапана на седло и удерживает его в закрытом состоянии после прекращения воздействия кулачной шайбы. На каждый клапан устанавливают две (иногда три) пружины, располагающиеся одна в другой, что уменьшает размеры узла и увеличивает надежность. Для предотвращения заклинивания витков одной пружины при поломке другой навивку витков соседних пружин выполняют встречно. Усилие, развиваемое пружинами, передается на клапан посредством тарелки на конце его стержня, которая одновременно центрирует пружины.

При работе двигателя клапанные узлы подвергаются воздействию высоких температур, в результате чего они испытывают существенные температурные деформации. Для обеспечения плотности посадки клапана на седло после пуска и прогрева ДВС в механизме привода клапанов предусматривается тепловой зазор. Величина и характер изменения зазора зависят от температурного состояния дизеля, конструкции механизма газораспределения, материалов его деталей и остальных деталей ДВС. Чрезмерно большой или малый зазоры одинаково недопустимы. Слишком большой зазор вызывает стук при отрыве и посадке клапана и износ клапана. Недостаточный зазор приводит к неплотной посадке клапана и к утечке газов из цилиндра и перегреву клапана и даже к его прогоранию.

Оптимальные значения тепловых зазоров определяют экспериментальным путем и регламентируют в документации на двигатель. Величину зазора измеряют при холодном состоянии ДВС между клапаном и бойком коромысла D (см. рис.3.2) или иногда между толкателем и затылком кулачной шайбы.

В процессе эксплуатации ДВС происходит разрегулировка механизма газораспределения вследствие износа и пластических деформаций деталей, смещений номинально неподвижных соединений, вибрации и других факторов. Поэтому возникает необходимость периодически проводить проверку и регулировку механизма.