Механизм газораспределения V-образного двигателя

Газораспределительный механизм предназначен для своев­ременного впуска в цилиндры горючей смеси (карбюраторные двигатели) или очищенного воздуха (дизели) и выпуска отра­ботавших газов.

HaV-образных восьмицилиндровых двигателях применён газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов (рис.4.1). Нижний распределительный вал таких дви­гателей, установленный в развале блока, является общим для клапанов правого и левого ряда цилиндров.

Открытие клапанов 9 (впускного и выпускного), перемеща­ющихся в направляющих втулках 10, происходит под действи­ем усилия, передаваемого от кулачков 6 и 7 через толкатели 19 штанги 18 и коромысла 14, установленные на осях 13. Закры­тие клапанов осуществляется под действием пружин 12, ниж­ние концы которых упираются в шайбы 11. При наличии у вы­пускных клапанов механизма вращения их пружины опирают­ся на опорные шайбы 17 этих механизмов. Верхними концами пружины обоих клапанов упираются в тарелки 20. За два обо­рота коленчатого вала впускные и выпускные клапаны каждо­го цилиндра открываются один раз, а распределительный вал за этот период делает один оборот, то есть передаточное число зубчатого зацепления шестерен коленчатого и распределитель­ного валов равно 2.

Распределительный вал изготавливают из стали или специ­ального чугуна и подвергают термической обработке. Про­филь его кулачков как впускных 6 (рис. 4.1), так и выпускных у большинства двигателей делают одинаковым. При шлифо­вании кулачкам придают небольшую конусность. Взаимодей­ствие сферической поверхности торца толкателей 19 с кони­ческой поверхностью кулачков обеспечивает их поворот в процессе работы. Число опорных шеек распределительного вала обычно равно числу коренных подшипников коленча­того вала. Втулки опорных шеек 8 изготавливают из стали, а внутреннюю поверхность их покрывают антифрикционным сплавом

Рис. 4.1.Механизм газораспределения V-образного двигателя

Рис. 4.3.Метки на шестернях распределительного вала

В дизеле КАМАЗ-740 штанги 4 (рис. 4.4. б) делают из сталь­ной трубки. На концах штанг напрессовывают стальные сфе­рические наконечники 11, которыми они с одной стороны упи­раются в сферические поверхности регулировочных винтов 5 (рис. 4.4, а), ввёрнутых в коромысло 6, а с другой - в толкате­ли.

Коромысла. Для передачи усилия от штанги к клапану слу­жит коромысло, представляющее собой неравноплечий рычаг, изготовленный из стали или чугуна. Плечо "а" коромысла при­мерно в 1,5 раза больше плеча "в". Наличие длинного плеча коромысла не только уменьшает ход толкателя и штанги, но и снижает силы инерции, возникающие при их движении, что способствует повышению долговечности деталей привода кла­панов.

Коромысла карбюраторных двигателей расположены на общей полой оси 13 (рис. 4.1), в конце которой запрессованы заглушки, что позволяет подводить масло к бронзовым втул­кам коромысел и к сферическим наконечникам регулировоч­ных болтов 15. Оси 13 в сборе с коромыслами устанавливают на каждой головке цилиндра с помощью стоек 16.

На дизеле КАМАЗ-740 коромысла впускного и выпускного кла­панов установлены консольно на осях,

выполненных заодно со стойкой коромысел; стойка установлена на двух штифтах и закреплена на

головке двумя шпильками. Осевое перемещение коро­мысел ограничено пружинным фиксатором. К

каждому коромыс­лу через отверстия в стойке коромысел подводится смазка

Рис. 4.4. Детали привода клапанов дизеля: а-ЯМЗ - 238; б - КАМАЗ-740

Клапаны. Открытие и закрытие впускных и выпускных кана­лов, соединяющих цилиндры с газопроводами системы пита­ния, происходит при помощи клапанов. Клапан (рис. 4.5,а) со­стоит из плоской головки 16 и стержня 1, соединенных между собой плавным переходом. Для лучшего наполнения цилинд­ров горючей смесью диаметр головки впускного клапана дела­ют больше, чем диаметр выпускного.

Так как клапаны работают в условиях высоких температур, их изготавливают из высококачественных сталей, впускные клапаны делают из хромистой стали, выпускные - из жаростой­кой, так как последние соприкасаются с горячими отработав­шими газами и нагреваются до температуры 600-800°С. Высо­кая температура нагрева клапанов вызывает необходимость

установки в головке цилиндров специальных вставок 15 из жа­ропрочного чугуна, которые называются сёдлами.

Рис. 4.5. Выпускной клапан двигателя ЗИЛ - 131 с механизмомвращения:

а-выпускной клапан, установленный на головке цилиндров; б,в-соответственно начальное и конечное рабочие положения механизма вращения клапана

Для плотного прилегания головок клапанов к сёдлам их ра­бочие поверхности делают коническими в виде тщательно об­работанных фасок под углами 45 или 30°.

Стержни 1 клапанов имеют цилиндрическую форму. Они пе­ремещаются в чугунных или металлокерамических втулках 2, запрессованных в головку блока. На конце стержня проточены цилиндрические канавки под выступы конических сухариков 10, которые прижимаются к конической поверхности тарелки 9 под действием пружины 8.

В двигателях автомобилей семейства КАМАЗ и ЗИЛ для повышения работоспособности газораспределительного меха­низма клапана прижимаются к седлам не одной, а двумя пру­жинами. В этом случае направление витков пружин делается различным, чтобы при поломке одной из пружин её витки не попадали между витками другой и не нарушалась безотказная работа клапанного механизма.

На впускных клапанах под опорные шайбы или в верхней части направляющих втулок (двигатели ЗИЛ, КАМАЗ) устанавливают резиновые манжеты или колпачки 11 (рис. 4.6), ко­торые при открытии клапанов плотно прижимаются к его стер­жню и к направляющей втулке, вследствие чего устраняется воз­можная утечка (подсос) масла в цилиндры через зазор между втулкой и стержнем клапана В двигателях ЗИЛ-131 ранних выпусков для лучшего отвода тепла от выпускных клапанов применялось натриевое охлаж­дение. С этой целью клапан делают полым и его полость запол­няют на 3/4 объема металлическим натрием 13 (рис 4.5, а). На­трий имеет высокую теплопроводность и плавится при темпе­ратуре 98°С. Во время работы двигателя расплавленный натрий омывает внутреннюю полость клапана, при этом теплота от его головки передается к стержню и через направляющую втулку и головку цилиндров отводится к охлаждающей жидкости.

Также для уменьшения нагрева выпускных клапанов, предот­вращения их обгорания на двигателях автомобиля ЗИЛ-131 имеется механизм принудительпого вращения клапанов. Он состоит из

Рис. 4.6.Схемы газораспределительных механизмов с различным расположением клапанов: а-нижним; б-верхним

В двигателях ЗИЛ-131 ранних выпусков для лучшего отвода тепла от выпускных клапанов применялось натриевое охлаж­дение. С этой целью клапан делают полым и его полость запол­няют на 3/4 объема металлическим натрием 13 (рис 4.5, а). На­трий имеет высокую теплопроводность и плавится при темпе­ратуре 98°С. Во время работы двигателя расплавленный натрий омывает внутреннюю полость клапана, при этом теплота от его головки передается к стержню и через направляющую втулку и головку цилиндров отводится к охлаждающей жидкости.

Также для уменьшения нагрева выпускных клапанов, предот­вращения их обгорания на двигателях автомобиля ЗИЛ-131 механизм принудительного вращения клапанов. Он состоит из корпуса 4 (рис. 4.5, а), расположенного в углублении го­ловки цилиндра 14 на направляющей втулке 2, закрепленной замочным кольцом 3, пяти шариков 5, установленных вместе с возвратными пружинами 12 в наклонных пазах корпуса, опор­ной шайбы 6 и конической дисковой пружины 11. Пружина 11 и шайба 6 свободно одеты на выступ корпуса и закреплены на нём замочным кольцом 7.

При закрытом клапане, когда усилие пружины 8 невелико (рис. 4.5, б), дисковая пружина 11 выгнута наружным краем вверх, а внутренним упирается в заплечики корпуса 4. При этом шарики 5 в конических пазах корпуса отжаты пружинами 12 в крайнее положение.

Когда клапан начинает открываться, усилие пружины 8 воз­растает, в результате чего дисковая пружина 11 (рис. 4,5, б,в) выпрямляется и передает усилие пружины 8 на шарики 5, кото­рые, перекатываясь по наклонным пазам корпуса, поворачива­ют дисковую пружину И, опорную шайбу 6, клапанную пру­жину 8 и сам клапан относительно его первоначального поло­жения.

Во время закрытия клапана усилие клапанной пружины 8 уменьшается, при этом дисковая пружина 11 прогибается до своего исходного положения и освобождает шарики 5, которые под действием пружины 12 возвращаются в первоначаль­ное положение, подготавливая тем самым механизм вращения к новому циклу поворота клапана.

При частоте вращения коленчатого вала около 3000 об/мин частота вращения выпускного клапана достигает 30 об/мин.

Чтобы обеспечить плотное прилегание головки клапана к седлу, необходим определенный тепловой зазор между стерж­нем клапана и носком коромысла. Тепловые зазоры в клапанах изменяются вследствие их нагрева, изнашивания и нарушения регулировок. Когда зазор в клапанах увеличен, они открыва­ются не полностью, в результате чего ухудшается наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их от продуктов сгора­ния, а также повышаются ударные нагрузки на детали клапан­ного механизма.

При недостаточном зазоре в клапанах они не плотно садят­ся на седла, вследствие чего происходит утечка газов, образо­вание нагара и подгорание рабочих поверхностей седла и кла­пана. Из-за неплотной посадки клапанов при такте сжатия ра­бочая смесь может попадать в выпускной газопровод, а в про­цессе такта расширения газы, имеющие высокую температуру, могут прорываться во впускной газопровод, вследствие чего в этих газопроводах возможны хлопки или вспышки, что являет­ся признаком неплотной посадки клапанов.

Для плотного прилегания головки клапана к седлу тепло­вой зазор устанавливают между носком коромысла 17 (рис. 4.6) и торцом стержня клапана 2.

В непрогретых двигателях ЗИЛ-131, ЗМЗ-66 зазор впускных и выпускных клапанов должен быть 0,25 - 0,30 мм, на дизелях КАМАЗ зазор у впускных клапанов составляет 0,25 - 0,30 мм, а у выпускных - 0,35 - 0,40 мм.