Распределительный вал.

Он передает движение от коленчатого вала через кулачки клапанам, открывая и закрывая их. Определенная последовательность открытия клапанов обусловлена соответствующим расположением кулачков. Распределительный вал 1 вместе с кулачками 8 штампуют из углеродистой стали 45 (двигатели автомобилей ГАЗ-24 «Волга», ЗИЛ-130, ГАЗ-53А, ГАЗ-53-12, МАЗ-5335, КамАЗ-5320 и др.) или отливают из серого чугуна (двигатели автомобилей «Москвич» и «Жигули»).

В четырехцилиндровом двигателе распределительный вал имеет восемь кулачков, в шестицилиндровом – двенадцать, т.е. по два кулачка на цилиндр. Каждый кулачок управляет одним клапаном – впускным или выпускным

На распределительном валу могут находиться также зубчатое колесо привода распределителя зажигания и масляного насоса (двигатели автомобилей ГАЗ-53А, ГАЗ-53-12, ЗИЛ-130) и эксцентрик привода топливного насоса. Эксцентрик может быть изготовлен как одно целое с распределительным валом или привернут к нему болтом (двигатель автомобиля ГАЗ-53А). Рабочие поверхности кулачков, опорных шеек, эксцентриков и зубчатых колес стальных распределительных валов подвергают термической обработке и шлифованию для повышения их надежности и износостойкости. У чугунных валов для этих же целей кулачки и опорные шейки отбеливают.

В качестве подшипников для распределительного вала чаще всего применяют запрессованные в блок цилиндров втулки, залитые антифрикционным сплавом. Диаметры опорных шеек распределительного вала обычно одинаковые (двигатели автомобилей ГАЗ-53А, ГАЗ-53-12, и ЗИЛ-130), но бывают и разные для облегчения сборки (автомобиль ГАЗ-24 «Волга»).

Рис. 2. Упорный фланец распределительного вала: 1 – крышка блока распределительных зубчатых колес; 2 и 8 – болты; 3 – упорный фланец; 4 – распределительный вал; 5 – распорное кольцо; 6 – втулка подшипника распределительного вала; 7 – шайба; 9 – шпонка; 10 – зубчатое колесо.

Наличие на распределительном валу колеса с косыми зубьями приводит к возникновению силы, стремящейся сдвинуть вал вдоль его оси. Распределительные валы двигателей автомобилей ГАЗ-24 «Волга», ГАЗ-53 А. ГАЗ-53-12, ЗИЛ-130 и МАЗ-5335 удерживаются от осевых перемещений упорным фланцем 3 (рис.2), установленным с зазором между ступицей колеса 10 и торцом передней опорной шейки вала 4.

Поверхность толкателя и кулачка изнашиваютсяменьше и равномерней, если толкатель поворачивается при набегании кулачка.

Рис. 3. Толкатели: а – тарельчатый со сферической опорной поверхностью; б – цилиндрический (поршневой); в – рычажный; 1 – распределительный вал; 2 – кулачок; 3 – толкатель; 4 – регулировочный болт; 5 – контргайка; 6 – штанга; 7 – отверстие для слива масла; 8 – пята; 9 – ролик; 10 – игольчатый подшипник; 11 – ось ролика; 12 – втулка; 13 – вилка толкателя.

Клапаны.Назначение клапана — открывать и закрывать впускное или выпускное отверстия, расположенные и головке блока (двигатели с верхним расположением клапанов) или в блоке цилиндров (двигатели с нижним расположением клапанов).

Основными частями клапана являются головка и стержень.

Клапан должен надежно изолировать цилиндр во время тактов сжатия и рабочего хода от впускного или выпускного трубопровода и оказывать и открытом положении возможно меньшее сопротивление движению газов.

Главный переход от головки клапана к его стержню уменьшает сопротивление клапана при обтекании его газами. Чтобы клапан плотно прилегал к седлу, на его головке делают фаску, которую шлифуют и притирают к фаске седла. Головки (или тарелки) впускного и выпускного клапанов могут быть как одинакового диаметра, так и разного. Обычно головку впускного клапана делают большего диаметра для улучшения наполнения цилиндра.

Например, размеры клапанов двигателя автомобиля ГАЗ-53А: диаметр головки впускного клапана 47 мм, а выпускного 36 мм. В дизеле КамАЗ-740 диаметр тарелки впускного клапана 51 мм, а выпускного 46 мм.

Клапаны работают при высокой температуре и подвергаются коррозионному действию газов. В особо тяжелых условиях работают выпускные клапаны. Поэтому металл, применяемый для их изготовления, должен быть коррозионно- и износостойким. Этим требованиям удовлетворяет высоколегированная сталь.

Если клапан закрыт, то между концом его стержня и регулировочным болтом толкателя или между концом стержня клапана 12 и бойком коромысла 8 (рис.4,б) должен быть определенный тепловой зазор А. В двигателях с нижним расположением клапанов для ихнормальной работы устанавливают соответствующий тепловой зазор регулировочным болтом, ввернутым в толкатель. В двигатель с верхним расположением клапанов для регулировки теплового зазора служит винт, ввернутый в короткое плечо коромысла. Тепловой зазор для впускных и выпускных клапанов у холодных двигателей автомобилей ГАЗ-53 А, ЗИЛ-130, МАЗ-5335 равен 0,25-0,30 мм. Если тепловые зазоры во время работы двигателя увеличиваются, то клапаны начинают стучать и ухудшаются наполнение цилиндров свежим зарядом смеси и их очистка от отработавших газов. При уменьшении тепловых зазоров клапаны неплотно прилегают к седлам и их фаски обгорают. Мощность двигателя в обоих случаях снижается, а также нарушаются фазы газораспределения.

Рис. 4. Детали и схема механизма газораспределения дизелей: а – ЯМЗ-236; б – КамАЗ-740; 1 – средняя ось толкателей; 2 – распорная втулка; 3 – крайняя ось толкателя; 4 – толкатель; 5 – промежуточная втулка; 6 – штанга; 7 – регулировочный винт; 8 – коромысло; 9 – контргайка; 10 – стопорное кольцо;11 – упорная шайба; 12 – выпускной клапан; 13 – сухарь; 14 – втулка; 15 – тарелка пружины;16 – болт; 17 – ось коромысла; 18 – внешняя пружина; 19 – внутренняя пружина; 20 – шайба; 21 – впускной клапан; 22 – пробка; 23 – задняя втулка оси толкателей; 24 – распределительный вал; 25 – направляющая толкателей; 26 – головка цилиндра; 27 – седло клапана; 28 – направляющая втулка; 29 – наплавка на толкателе; А – тепловой зазор.

Стержень клапана перемещается в направляющей втулке, обеспечивающей посадку клапана на седло без перекоса. В большинстве двигателей применены пористые порошковые втулки, обладающие хорошими антифрикционными свойствами. Стержни клапанов дизеля КамАЗ-740 на длине 120 мм от торца графитизированы. Стержни впускного и выпускного клапанов хромируют (двигатель автомобиля ЗИЛ-130). Все эти технологические и конструктивныемероприятия повышают надежность клапанного механизма.

Отработавшие газы вызывают коррозию и повышенный износ седел выпускных клапанов, поэтому седла делают вставными (см. рис.4) из жаростойкого чугуна. Если двигатель на конце стержня клапана есть выточка для соединения с пружиной 6 (постоянно находящейся в сжатом состоянии) и клапаном при помощи сухарей 8 и тарелки 7. Пружина клапана способствует его плотной посадке на седло и прижимает толкатель к кулачку распределительного вала. Пружина 6 имеет постоянный шаг. Для повышения надежности двигателя автомобиля ГАЗ-24 «Волга» пружину изготовляют из высокопрочной пружинной проволоки и термически обрабатывают. Для предотвращения вибрации клапана при большой частоте вращения коленчатого вала шаг витков делают переменным. Конец пружины с меньшим шагом обращен вниз в сторону головки клапана. Иногда на клапан устанавливают не одну пружину, а две — с разным направлением навивки, чтобы исключить заклинивание (дизели ЯМЗ-236 и КамАЗ-740). При наличии двух пружин (см. рис.4, а и б)уменьшается их длина, повышается надежность двигателя (при поломке одной пружины клапан будет удерживаться другой) и улучшается резонансная характеристика клапанного механизма.

В соединении клапана с пружинами при помощи сухарей и тарелки используется коническая втулка (двигатели ЯМЗ-236, автомобилей КамАЗ-5320, ГАЗ-53А и др.), плотно охватывающая сухари. Тарелка опирается на торец конической втулки, а во фланец тарелки упираются одна или две пружины. При таком соединении клапана с пружинами уменьшаются силы трения между ними, и клапан может повертываться во время работы двигателя.

Для ЗИЛ-130 – специальный механизм поворота клапана.

При рассмотрении рабочих циклов двигателей условно было принято, что открытие и закрытие клапанов происходит в момент нахождения поршня соответственно в ВМТ или в НМТ. В действительности моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положением поршней в мертвых точках.

Рассмотрим общую диаграмму фаз газораспределения четырехтактного двигателя (рис.5,а). Впускной клапан открывается (точка 1) с опережением (угол ), т. е. до прихода кривошипа коленчатого вала и поршня в ВМТ. Вследствие этого в начале движения поршня вниз впускной клапан будет уже открыт на значительную величину, и наполнение цилиндра (вследствие разрежения) воздухом или горючей смесью улучшается. Закрывается впускной клапан (точка 2) с запаздыванием (угол ), т. е. кривошип вала и поршень проходят НМТ, поднимаются вверх, совершая такт сжатия, а клапан в это время еще открыт, и горючая смесь или воздух по инерции заполняют цилиндр.

Выпускной клапан открывается (точка 3) до прихода кривошипа коленчатого вала и поршня в НМТ, т. е. с опережением (угол ). Поршень движется вниз, а отработавшие газы уже начинают выходить из цилиндра, так как давление в нем больше атмосферного. Поэтому при движении поршня вверх, во время такта выпуска, меньше затрачивается работы на удаление отработавших газов из цилиндра двигателя. Закрытие выпускного клапана (точка 4) происходит с запаздыванием (угол ) — после перехода кривошипом вала и поршнем ВМТ. В этом случае используется отсасывающее действие потока газов в выпускном трубопроводе.

Рис. 5. Диаграммы фаз распределения: а – общая четырехтактного двигателя; б – двигателя автомобиля ЗИЛ-130; в – дизеля КамАЗ-740; 1 – 2 – фаза впуска; 3 – 4 – фаза выпуска; О – центр вращения вала.

Таким образом, в результате открытия выпускного клапана с опережением и закрытия его с запаздыванием улучшается очистка цилиндра от отработавших газов. Анализируя диаграмму, видим, что в течение некоторого времени, за которое коленчатый вал поворачивается на угол, равный сумме углов , открыты оба клапана — впускной и выпускной.

Этот период называют перекрытием клапанов.

Для правильной установки фаз газораспределения распределительные зубчатые колеса двигателя необходимо точно соединять по меткам.

Фазы газораспределения некоторых отечественных двигателей приведены в табл. Указанные фазы газораспределения являются расчетными и действительны при соответствующих зазорах между стержнем клапана и бойком коромысла или между стержнем клапана и регулировочным болтом толкателя. Для двигателя автомобиля ГАЗ-53А этот зазор равен 0,35 мм, а для автомобиля ЗИЛ-130 он составляет 0,30 мм. С увеличением частоты вращения коленчатого вала (быстроходные двигатели) фазы газораспределения расширяются, так как поршни перемещаются быстрее и остается меньше времени на наполнение цилиндров чистым воздухом или горючей смесью.