Устройство механизма газораспределения

ГБОУ СПО РМЭ «Марийский радиомеханический техникум»

Курсовой проект

По дисциплине «Устройство  автомобилей МДК 01.01»

Специальность 190631

Тема: Устройство механизма газораспределения

МРМТ 190631 03 ПЗ-КП

Выполнил: студент гр. АТ-31

Рыбаков Андрей

Проверил: Казаков Сергей Юрьевич

                                                                                                   __________           _________

                                                                                               (подпись)               (дата)

2013

Содержание

Введение…………………………………………………………………………………..3

Механизм  газораспределения ………………………………………………………….4

Детали механизма газораспределения………………………………………………….

Клапанный механизм……………………………………………………………………5

Фазы  газораспределения………………………………………………………………..8 

Введение

Автомобильный транспорт  занимает одно из ведущих мест в  единой транспортной системе России. Развитие автомобилестроения в том  недалеком СССР относится к 1931-1932 годам, когда вступили в действие реконструированный завод АМО и  вновь построенный ГАЗ. На них  было организовано массовое производство грузовых автомобилей ГАЗ-АА и ЗИЛ-5. 
В 1940 году начал производство малолитражных автомобилей московский завод имени КИН ныне АЗЛК. За годы послевоенных пятилеток вступили в строй Кутаисский (КАЗ), Кременчугский (КрАЗ), Ульяновский (УАЗ), Минский (МАЗ) автомобильные заводы, Павловский (ПАЗ), Ликинский (ЛиАЗ), и Львовский (ЛАЗ) автобусные заводы, а также другие автомобильные заводы, производящие автомобили - самосвалы и прицепно - подвижной состав. 
С каждым годом растет производство автомобилей, но одновременно с ростом числа автомобилей, увеличивается загрязнение окружающей среды выхлопами, отработавшими газами (ОГ) и существенно вырастает шум, производимый ими. Токсичность отработавших газов, выбрасываемых в атмосферу при работе карбюраторных двигателей, обуславливается главным образом, содержание оксида углерода (СО), окиси азота (NO), и соединениями свинца (Pb), а дизелей - содержанием окислов азота и сажи (C). 
Большое значение для уменьшения загрязнения окружающего воздуха отработавшими газами приобретает ежедневно техническое обслуживание подвижного состава автомобильного транспорта, находящегося в эксплуатации, одной из основных задач которого является контроль содержания токсичных веществ в выхлопных газах и доведение его до норм, установленных в России.

 На автотранспортных предприятиях по техническому обслуживанию автомобилей все шире внедряется средства диагностирования и новые формы организации труда: бригадный подряд, оценка трудовой деятельности по конечному результату и др. Все это требует ускоренного развития МТБ предприятий, дальнейшего совершенствования процессов технического обслуживая и ремонта автомобилей, внедрения более широкой механизации выполняемых работ и улучшения организации производства. Механизация работ облегчает и ускоряет многие технологические процессы, поэтому от рабочих, обслуживающих автомобили, сейчас требуется не только знание их устройства, но и практические навыки пользования современным оборудованием, умение применять необходимые приспособления, инструменты, КИАП при диагностировании автомобилей. 
     Применение современного оборудования при техническом обслуживании и ремонте не исключает выполнения общеслесарных операций, которыми должен владеть каждый рабочий-ремонтник. Слесарь по ремонту автомобиля должен иметь четкие представления об основных методах и способах восстановления деталей, технологии ремонтных работ, включая вопросы сборки и испытания автомобилей после капитального ремонта 

Механизм газораспределения

Механизм газораспределения  служит для своевременного впуска в  цилиндры двигателя горючей смеси  и выпуска из них отработавших газов. Он состоит из распределительного вала, механизма его привода и  клапанного механизма (деталей привода  клапанов с регулировочными устройствами, клапанов с седлами, пружин и деталей  крепления их на клапанах).

На изучаемых  двигателях механизм газораспределения  с верхним расположением клапанов. При этом клапанный механизм размещается  в головке цилиндров.

Привод распределительного вала от коленчатого вала двигателя  может осуществляться зубчатым ремнем (ВАЗ-2108, -2105, МеМЗ-245) или зубчатой цепью (ВАЗ-2106, Y3AM-331 и 412).

Общее устройство и  принцип действия механизма газораспределения. Механизм газораспределения с верхним  расположением распределительного вала и клапанов с ременным приводом показан на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема привода механизма газораспределения  с верхним 
расположением распределительного вала и клапанов:

1 — зубчатый  приводной ремень; 2 — ролик; 3 —  рычаг; 4 — зубчатый шкив распределительного  вала; 5 — кулачок; 6 — регулировочный  болт; 7 — пружина; 8 — натяжное  устройство; 9, 10 — зубчатые шкивы

От зубчатого шкива 10 коленчатого  вала ремнем 1 вращение передается на зубчатый шкив 4 распределительного вала. При вращении распределительного вала его кулачок 5 набегает на рычаг 3, который, поворачиваясь на сферической опоре регулировочного болта 6, другим концом нажимает на стержень клапана и открывает отверстие, сообщающее камеру сгорания цилиндра с впускным (впускной клапан) или выпускным (выпускной клапан) трубопроводом. При дальнейшем повороте вала кулачок сходит выпуклой частью с рычага, который при помощи шпилечной пружины возвращается в исходное положение, а клапан под действием пружины 7 закрывается. При этом между рычагом и затылком кулачка образуется тепловой зазор, который обеспечивает плотное закрытие клапана при удлинении его стержня вследствие нагрева во время работы двигателя.

Клапаны изучаемых деталей имеют  по две пружины с разным направлением витков. Это позволяет при поломке  одной из пружин предотвратить опускание  клапана в цилиндр и возможную  при этом серьезную поломку двигателя  и не позволяет сломанной пружине  застрять в витках другой пружины, не допуская тем самым зависания  клапана, а кроме того снижает  вибрацию клапанов при работе. Для  лучшего наполнения цилиндров горючей  смесью головки впускных клапанов имеют  больший диаметр, чем головки  выпускных клапанов. Для плотного прилегания головок клапанов к седлам их рабочие поверхности делают коническими  в виде фасок с углами 45° или 30°; плотность прилегания тарелок  клапанов к седлам достигается путем  их шлифовки и последующей притирки.

В приводе распределительного вала имеется натяжное устройство 8 ремня с роликом 2, а также может  устанавливаться зубчатый шкив 9 для  привода вспомогательных приборов двигателя. Расположение и профиль  кулачков распределительного вала обеспечивают своевременное открытие впускных и  выпускных клапанов с учетом порядка  работы цилиндров и фаз газораспределения  двигателя

Клапанный механизм

Клапаны, перекрывающие впускные и  выпускные отверстия цилиндров, называются соответственно впускными  и выпускными. Каждый цилиндр четырехтактного двигателя должен иметь, как минимум, два клапана: один впускной и один выпускной. Если цилиндры снабжены тремя или как в дизеле В-2 четырьмя клапанами, то два из них управляют впуском.

В зависимости от расположения клапанов относительно цилиндра различают нижнеклапанные, верхнеклапанные исмешанныемеханизмы  газораспределения.

Нижнеклапанное газораспределение является самым простым из клапанных механизмов. Оно характеризуется тем, что впускные и выпускные клапаны расположены сбоку цилиндра, поэтому эти механизмы называют механизмами с боковым расположением клапанов.

Рассмотрим устройство и принцип  работы нижнеклапанного механизма на примере 6-цилиндрового двигателя ГАЗ-51 (рис. 1, а). Клапаны 8 и 9, имеющие грибовидную форму (головку со стержнем), нагружены клапанными пружинами 11, которые закрепляются на стержнях с помощью тарельчатой шайбы 3 и сухарей 4. В результате действия этих пружин клапаны плотно перекрывают впускное и выпускное отверстия цилиндра. Под стержнями клапанов установлены толкатели 16, опирающиеся своей тарельчатой частью на распределительный вал 14. Распределительный или кулачковый вал, имеющий 12 кулачков (по числу клапанов), при помощи шестерен привода получает вращение от коленчатого вала двигателя, вследствие чего кулачки набегают на толкатели и поднимают их вместе с клапанами. В рассматриваемом случае кулачок 15 открывает впускной клапан 8 и надпоршневая полость цилиндра соединяется с впускным каналом 6. Далее при вращении кулачкового вала 14 клапанная пружина 11 опускает клапан на седло 20. Так кулачки вала со строго заданной последовательностью открывают, а пружины закрывают перемещающиеся в своих направляющих втулках 19 впускные и выпускные клапаны, обеспечивая смену рабочего тела в цилиндрах.

Рис. 1 - Механизмы газораспределения:

а) с нижним расположением клапанов: 1— ниша для сбора масла: 2 — полость коробки клапанов: 3 — шайба опорная (тарельчатая); 4 — сухарики; 5 — блок цилиндров; в—впускной канал; 7—головка цилиндров: 8,9 — впускной и выпускной клапаны; 10 20 — гнезда (седла) клапанов; 11— пружина; 12 — контргайка: 13 — проточка на стержне толкателя; 14 — распределительный вал; 15 — кулачки; 16 — толкатели; 17 — болт регулировочный: 18 — головка болта; 19 — направляющие втулки;

б) с верхним расположением клапанов: 1- кулачок; 2 - картер; 3 - толкатель; 4 - штанга; 5 — стойка крепления валика коромысел; 6 — коромысло; 7 — валик коромысел: 8 - регулировочный болт; 9 - контргайка; 10 - наконечник стержня клапана; 11-тарелка пружин; 12 - сухарики; 13 – наружная пружина; 14- внутренняя пружина клапана- 15 - опорная шайба; 16 - направляющая втулка; 17 - клапан; 18 - седло клапана; 19 - головка цилиндра;

в) со смешанным расположением клапанов: 1- впускной клапан; 2 и 7 — направляющая втулка; 3 и 8 — пружина; 4 — коромысло; 5 — штанга  6— выпускной клапан; 9 — толкатель;  10 — распределительный вал

Чтобы повысить плотность прилегания клапанов к сёдлам перекрываемых ими отверстий впуска и выпуска, клапаны и сёдла выполняются с конусными фасками. С этой же целью между толкателем и стержнем клапана помещают регулировочный болт 17 с контргайкой 12, доступ к которым осуществляется через полость 2. Регулировочный болт ввертывают в тело толкателя так, чтобы обеспечить гарантированный зазор между его головкой 18 и стержнем клапана в рабочем (горячем) состоянии и надежно фиксируют гайкой 12. Благодаря этому усилие пружины 11 полностью передается на уплотнительную фаску клапана как в холодном так и в горячем состоянии деталей механизма газораспределения и остова двигателя.                                                   

Нижнеклапанному газораспределению присущи не только простота механизма и повышенная жесткость конструкции, но и сравнительно небольшой шум работы, что очень важно для автомобильного двигателя. Однако такая конструкция ограничивает воз сжатия, не превышающих 7,5 единиц. Кроме того, камеры сгорания, применяемые для нижнеклапанных двигателей, имеют относительно большие поверхности охлаждения, через которые непроизводительно теряется часть тепла, выделяющегося при сгорании топлива. Потеря этого тепла ухудшает экономичность двигателя.

Верхнеклапанное газораспределение размещается одновременно в блоке и в головке цилиндров (рис. 1, б). Клапаны 17 расположены (подвешены) над цилиндром, поэтому такие механизмы называют иногда механизмами с подвесными клапанами. Принцип их работы не отличается от рассмотренных выше нижнеклапанных, но конструкцию они имеют более сложную. Открытие клапанов обеспечивается при этом следующими дополнительными деталями: коромыслом 6, шарнирно посаженным на ось 7, закрепленную в стойках (кронштейнах) 5, и толкающей штангой 4, передающей усилия от толкателя 3 к коромыслу 6.

Применение верхнеклапанных механизмов приводит к увеличению высоты двигателя и заметно снижает общую жесткость системы. Тем не менее автомобильные карбюраторные двигатели в настоящее время строят верхнеклапанными (дизели вообще имеют только верхнеклапанное газораспределение). Верхнеклапанное газораспределение снимает ограничения по степени сжатия и уменьшает гидравлическое сопротивление на впуске.

Это улучшает на 7—8% наполнение цилиндров и позволяет более рационально компоновать камеры сгорания, повышая этим общее использование тепла в цилиндрах.

Снижение жесткости механизма наблюдается при работе двигателя с большим числом оборотов коленчатого вала вследствие деформации штанг и других деталей. Как результат этого, закон подъема клапанов, т. е. зависимость высоты их подъема от угла поворота кулачков, нарушается и на некоторых участках не соответствует профилю кулачков распределительного вала, который подбирается из условий наивыгоднейшего наполнения. Опыты показывают, что деформация деталей механизма приводит к ухудшению мощностных и экономических показателей двигателя. Для устранения этого явления в современных быстроходных двигателях распределительный вал устанавливают на головке блока, что значительно упрощает кинематическую связь между его кулачками п клапанами. Двигатели такого типа обычно называются двигателями с верхним расположением распределительного вала.К ним относятся двигатель отечественного производства МЗМА-412 и ряд современных зарубежных двигателей: БМВ-2000 (ФРГ), Форд-427 и Понтиак-216 (США), Фергюсон (Англия).

Конструкции различных механизмов газораспределения с верхним распределительным валом показаны на рис. 2.

Рис. 2 - Механизмы газораспределения с верхним расположением кулачкового вала:

а) с непосредственным воздействием кулачков на клапаны (дизель В-2); б) устройство для регулирования зазора в клапанном механизме (дизель В-2); в) передачей усилий от кулачков на клапаны через коромысла (двигатель Форд-427); г) с передачей усилий через промежуточный рычаг (двигатель Понтиак-216) На рис. 2, а представлено газораспределение V-образного дизеля В-2 с непосредственным воздействием кулачков распределительных валов на клапаны. Этот способ привода весьма эффективен, но имеет следующие недостатки: создает большое боковое усилие, передающееся на стержень клапана в процессе его подъема, отличается сложностью регулировки зазоров между клапанами и распределительным валом. Возникающие при этом боковые усилия приводят к изгибу стержня клапана и увеличению его износа.

На практике износ стержней уменьшают  двумя способами: используют утолщенные стержни клапанов или освобождают их от восприятия боковых усилий. Так, в дизеле В-2 стержни клапанов имеют толщину 18 мм, что примерно вдвое превышает обычные размеры стержней клапанов, применяемых в автомобильных двигателях. Поэтому в двигателях автомобильного типа чаще прибегают к разгрузке стержней путем передачи силы, возникающей от действия кулачков (иногда и от коромысел), на специальные стаканы, накрывающие стержни и пружины клапанов и перемещающиеся в своих направляющих гнездах.

Регулировка клапанов в дизеле В-2 производится с помощью устройства, показанного на рис. 2, б, состоящего из опорной тарелки 2 с резьбовой  частью, ввернутой в стержень 1 клапана  и замочной шлицевой шайбы 3, которая  одевается на шлицованный конец стержня клапана и прижимается к тарелке 2 клапанной пружиной. На соприкасающихся горцах замочной шайбы и тарелки клапана имеются пояски радиальных треугольных шлиц, фиксирующих тарелку в заданном положении относительно стержня. На рис. 2, в, г показаны механизмы, в которых усилия от кулачков распределительного вала передаются стержням клапанов через коромысла и промежуточные рычаги. Коромысла используются довольно часто, но они тоже полностью не разгружают стержни клапанов от воздействия боковых сил. Однако величина их всегда бывает меньше, чем в рассмотренном механизме дизеля В-2. С этой точки зрения более практична конструкция механизма, применяемая на двигателе Понтиак-216 (см. рис. 2, г), где боковые усилия на стержень клапана вообще не передаются, а воспринимаются штоком специального гидравлического устройства, на которое опирается промежуточный рычаг. Наличие гидравлической опоры у рычага обеспечивает постоянный контакт его с кулачком распределительного вала и исключает тем самым необходимость регулировки зазоров в процессе эксплуатации.

При смешанном расположении клапанов(см. рис. 1, в) в головке цилиндра устанавливают впускные клапаны, а в блоке — выпускные. Благодаря этому удается несколько упростить общую конструкцию механизма и одновременно использовать преимущества верхнеклапанного газораспределения.

Однако перспективным клапанным  газораспределением является не смешанное, а верхнеклапанное с кулачковым валом, расположенным на головке цилиндра (см. рис. 2). Такое газораспределение обеспечивает падежную работу клапанного механизма и в современных быстроходных двигателях.

Фазы  газораспрделения

Продолжительность открытия впускных или выпускных отверстий цилиндра, выраженную в градусах угла поворота коленчатого вала, принято называть фазами газораспределения.

В зависимости от назначения отверстий, соединяющих цилиндровую полость двигателя с впускным или выпускным трубопроводами, различают фазы впуска (продувки) и выпуска. Величину фаз выбирают сообразно с тактностью двигателя, особенностями его конструкции и быстроходностью. Правильный выбор фаз газораспределения для каждой конкретной модели двигателей в значительной степени определяет их параметры. На окончательном выборе фаз газораспределения останавливаются после экспериментального уточнения путем испытаний данной модели двигателя на стенде.

Для большей наглядности фазы газораспределения  обычно изображают в виде круговых диаграмм. На рис. 1 показаны такие диаграммы  для четырехтактного автомобильного двигателя МЗМА-408 и двухтактного мотоциклетного двигателя К-175, имеющего кривошипно-камерную продувку.

В четырехтактных двигателях рабочий цикл осуществляется за два оборота вала, причем ход впуска или выпуска совершается поршнем за 180° угла поворота коленчатого вала. Однако опыт создания четырехтактных двигателей и экспериментальные исследования их показали, что продолжительность процессов впуска и выпуска должна быть больше соответствующих ходов поршня. Иначе нельзя ожидать хороших мощностных и экономических показателей. Поэтому в быстроходных автомобильных двигателях процесс впуска начинается за 10—20° до прихода поршня в в.м.т., а заканчивается примерно через 40—70° и даже 100° угла поворота вала после того, как поршень пройдет н.м.т. Следовательно, общая продолжительность фазы впуска составляет 240÷300° угла поворота коленчатого вала (см. рис. 1, а).

Рис. 1 - Диаграммы фаз распределения:

а)  четырехтактного двигателя МЗМА-408;  б)  двухтактного двигателя   К 175

Угол поворота коленчатого вала от н.м.т. до момента закрытия впускного  клапана называется углом запаздывания закрытия. Увеличение угла запаздывания закрытия клапана заметно улучшает наполнение цилиндров. Объясняется  это явление возникающим инерционным напором потока во впускном трубопроводе, который усиливается к концу процесса впуска. Благодаря этому свежий заряд может поступать в цилиндр и в то время, когда поршень движется от н.м.т. к в.м.т. Обычно за время запаздывания закрытия впускного клапана при полной нагрузке и номинальных оборотах вала в цилиндр поступает 10—15% свежей горючей смеси или воздуха, потребляемых двигателем.

Такую же примерно продолжительность  в автомобильных двигателях имеет и фаза выпуска (см. рис. 1, а). Выпускной клапан открывается до прихода поршня в н.м.т. при такте расширения за 40—60° угла поворота коленчатого вала, а закрывается с запаздыванием на 15—20° после завершения хода выпуска (после в.м.т.).

Открытие выпускного клапана с  большим углом опережения необходимо для того, чтобы лучше очистить цилиндр. К этому моменту газы в цилиндре имеют давление около 4—5 кГ/см² (≈0,4—0,5 Мн/м²) и выбрасываются в атмосферу с большой скоростью равной скорости при критическом перепаде давлений Считают что за первую фазу выпуска из цилиндра выбрасывается примерно 60—70% всех отработавших газов и только 20—30% их удаляется при последующем ходе поршня от н.м.т. до в.м.т., когда осуществляется вторая фаза выпуска. Если бы выпускной клапан открывался в момент нахождения поршня в н.м.т., то все отработавшие газы пришлось бы удалять из цилиндра при движении поршня к в.м.т. и затрачивать на это большую работу.

Увеличение работы на впуск свежего  заряда в цилиндры или выпуск в  атмосферу отработавших газов ведет  к ухудшению экономических и мощностных показателей двигателя.

Расширение фаз впуска и выпуска  путем введения некоторого опережения открытия впускного и запаздывания закрытия выпускного клапанов позволяет лучше использовать проходные сечения клапанных отверстий, так как к началу хода впуска и после завершения поршнем хода выпуска клапаны находятся в приоткрытом состоянии. Положение, когда поршень находится вблизи в.м.т. и оба клапана одновременно приоткрыты, называется перекрытием клапанов.

В двигателе, диаграмма фаз газораспределения  которого показана на рис. 1, а, перекрытие клапанов составляет 40° угла поворота коленчатого вала.

Рабочий процесс в двухтактных двигателях осуществляется за один оборот коленчатого вала, поэтому в сравнении с четырехтактными двигателями продолжительность фаз газораспределения у них примерно в два раза меньше. Круговая диаграмма фаз двухтактного двигателя (см. рис. 1, б), имеющего кривошипно-камерную продувку, существенно отличается от диаграмм четырехтактных двигателей еще и тем, что характеризует газообмен одновременно в надпоршневой и кривошипной полостях двигателя.

Для двигателей типа К-175, показанная на рис. 1, б круговая диаграмма является типичной. Впуск горючей смеси  в кривошипную камеру продолжается всего 121° угла поворота вала, пока открыто окно 10°. К моменту открытия окна 6 давление в цилиндре снижается почти до атмосферного и как только окно 6 приоткроется, начинается продувка цилиндра, т. е. процесс одновременного наполнения цилиндра и принудительного вытеснения из него отработавших газов.

В рассматриваемом примере выпуск продолжается 147°, а продувка всего 122° угла поворота коленчатого вала. Поэтому очистка и наполнение цилиндров в двигателях с двухтактным рабочим процессом всегда бывает хуже, чем в четырехтактных.