Механизм газораспределения Камаз
Механизм газораспределения управляет своевременным впуском в цилиндры воздушного заряда и удалением из них отработавших газов; состоит из клапанов с пружинами, распределительного (кулачкового) вала с шестернями и деталей, которые передают движение от вала клапанам
Коленчатый вал через шестерни вращает распределительный вал 1.
Выступ кулачка вала поднимает толкатель 2 вместе со штангой 4, коромысло 6 поворачивается на оси и опускает клапан 17, сжимая его пружины 13 и 14.
При дальнейшем повороте вала выступ кулачка выходит из-под толкателя, давление на клапан прекращается и он под действием сжатых пружин поднимается во втулке, плотно закрывая отверстие головки цилиндра.
За один рабочий цикл четырехтактного двигателя, т. е. за два оборота коленчатого вала, клапаны должны открывать и закрыть отверстия головки цилиндров только один раз. При этом распределительный вал делает один оборот.
Мощность двигателя зависит от наполнения цилиндров свежим зарядом воздуха степени очистки их от отработавших газов.
Чтобы воздуха поступало в цилиндры больше, впускной клапан открывается с опережением, т. е. до прихода поршня в м. т.
Наполнение цилиндра начинается т от всасывающего действия поршня, а под влиянием инерционного напора во впускном трубопроводе, который создается вследствие часто повторяющихся тактов.
Закрывается впускной клапан с забыванием, т. е. после прихода поршня в в.м. т., потому что воздух продолжает поступать в цилиндр по инерции и давление в нем еще ниже атмосферного.
Выпускной клапан открывается тоже с опережением, т. е. до окончания такта рабочего хода, и часть газов, находящихся под небольшим давлением, выбрасывается из цилиндра.
Это снижает противодавление оставшихся в нем газов, уменьшая затрату мощности на их выталкивание.
Закрывается выпускной клапан с запаздыванием, т. е. после в. м. т., обеспечивая лучшую очистку камеры сгорания от отработавших газов.
В какой-то момент оба клапана оказываются одновременно приоткрытыми.
Наступает так называемое перекрытие клапанов, при котором выходящие из цилиндра газы способствуют подсасыванию воздуха в цилиндр, увеличивая его наполнение.
Продолжительность открытого положения клапанов, выраженную в градусах поворота коленчатого вала, называют фазами газораспределения.
На рис. 1 приведена диаграмма таких фаз, из которой видно, при каком положении шатунной шейки относительно мертвых точек открываются и закрываются клапаны.
Диаграмма фаз обеспечивается формой и взаимным положением кулачков распределительного вала, а также определенным зазором между стержнями клапанов и носиками коромысел.
Привод распределительного вала осуществляется от коленчатого вала через шестерни привода агрегатов. Установка шестерен привода распределительного вала и агрегатов показана на рис. 2.
На торце каждой шестерни выбиты метки «О» или риски, совпадение которых должно быть обеспечено при сборке двигателя для обеспечения правильности фаз газораспределения.
Распределительный вал стальной, рабочая поверхность его кулачков и опорных шеек цементирована и закалена токами высокой частоты.
Профиль кулачков неодинаковый для впускных и выпускных клапанов.
Распределительный вал установлен в развале блока цилиндров на пяти подшипниках скольжения, представляющих собой стальные втулки, залитые антифрикционным сплавом.
На задний конец распределительного вала насажена прямозубая шестерня.
От осевого перемещения распределительный вал фиксируется подшипником задней опоры, установленным в корпусе.
В торцы корпуса упираются с одной стороны ступица шестерни, с другой — упорный бурт задней опорной шейки вала.
Корпус подшипника прикреплен к стенке блока цилиндров тремя болтами.
Толкатели клапанов стальные, пустотелые, тарельчатого типа с цилиндрической направляющей частью.
Для повышения работоспособности пары кулачок — толкатель торец тарелки толкателя наплавлен отбеленным чугуном.
Торец толкателя, контактирующий со штангой, заканчивается сферическим гнездом для упора нижнего конца штанги.
Толкатели клапанов устанавливаются в направляющих, прикрепленных к блоку цилиндров болтами.
Штанги толкателей пустотелые с запрессованными наконечниками. Нижний наконечник имеет выпуклую сферическую поверхность, верхний — выполнен в виде сферической чашечки для упора регулировочнoro винта коромысла.
Коромысла клапанов представляют собой стальные кованые двуплечие рычаги запрессованными бронзовыми втулками.
Носик коромысла длинного плеча закален до высокой твердости. Для уменьшения хода толкателя и штанги, а также снижения сил инерции коромысла выполнены неравноплечими.
В короткое плечо коромысла ввернут регулировочный винт с контргайкой для установления требуемого зазора между коромыслом и торцом стержня клапана.
Коромысла впускного и выпускного клапанов установлены консольно на осях, выполненных заодно со стойками коромысел.
Стойки зафиксированы штифтами и скреплены на головке шпильками. К каждому коромыслу через отверстие в стойке вводится смазка.
Подшипниками коромысел служат бронзовые втулки.
Клапаны изготовлены из жаропрочной стали. Каждый цилиндр имеет один впускной и один выпускной клапаны.
Стержни клапанов перемешаются в металлокерамических направляющих втулках, запрессованных в головку цилиндра. Для улучшения приработки стержни клапанов перед сборкой покрывают графитом.
Смазываются стержни маслом, которое вытекает из сопряжений коромысел с осями и разбрызгивается клапанными пружинами.
Для лучшего наполнения цилиндров свежим воздухом диаметр тарелки впускного клапана больше, чем диаметр тарелки выпускного.
Каждый клапан имеет две цилиндрические пружины с равномерным шагом и противоположной навивкой, что обеспечивает высокую резонансную характеристику клапанному механизму.
Различное направление витков наружной и внутренней пружин при поломке одной из них исключает попадание ее витков между витками другой.
Нижними торцами пружины опираются на головку цилиндра через стальную шайбу, верхними — в упорную тарелку.
Последняя упирается в коническую втулку, которая соединена со стержнем клапана двумя конусными сухарями.
Разъемное соединение втулка — тарелка имеет небольшое трение при относительном перемещении, что дает возможность пружинам при их сжатии проворачивать клапаны относительно седел (так как пружина при сжатии несколько скручивается).
Этим достигаются равномерное изнашивание рабочих поверхностей и одинаковый нагрев клапанов при работе.
Основными работами при техническом обслуживании кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов являются проверка и при необходимости регулирование зазоров между клапанами и коромыслами, а также прослушивание работающего двигателя для обнаружения стуков и замена изношенных или поломанных деталей.
Зазор в клапанном механизме должен гарантировать плотное прилегание клапана к седлу при удлинении стержня от нагревания и в случае осадки головки в седле из-за изнашивания фасок.
Регулирование зазоров клапанов смотрим в статье «Как отрегулировать зазоры клапанов Камаз».
В процессе эксплуатации нормальная работа газораспределительного механизма может быть нарушена, так как горячие газы разрушают посадочные поверхности тарелок клапанов и их седел, на головках клапанов отлагается нагар.
Это приводит к нарушению плотности прилегания клапана к седлу, в результате чего возможны утечки газа и перегрев клапана.
Постепенно изнашиваются трущиеся поверхности деталей механизма, нарушается зазор между клапанами и коромыслами. Это приводит к изменению фаз газораспределения.
Наиболее заметный внешний признак неисправности механизма — стуки в зоне расположения клапанов, распределительных шестерен и распределительного вала.
В процессе эксплуатации двигателя детали кривошипно-шатунного механизма работают надежно и не требуют периодического технического обслуживания.
В результате нарушения правил эксплуатации или небрежной сборки возможны неисправности в работе механизма и (или) преждевременное изнашивание его деталей.
Признак увеличенного износа деталей цилиндропоршневои группы или залегания поршневых колец — это повышенный расход картерного масла на угар, дымный выпуск и интенсивный выход газов из сапуна.
Состояние подшипников коленчатого вала (зазоры) характеризуется давлением масла в главной магистрали.
Если оно падает, необходимо проверить исправность манометра, фильтров, клапанов, масляного насоса и подводящих трубопроводов.
Убедившись в исправности перечисленных элементов, вскрывают коренные и шатунные подшипники и определяют состояние трущихся поверхностей шеек и вкладышей.
Стуки при работе двигателя прослушиваются на разных частотах вращения коленчатого вала с помощью светоскопа.
Причина их возникновения определяется по некоторым характерным оттенкам стуков в соответствующих участках их прослушивания.
Фазы газораспределения
Фазы газораспределения
Для лучшего наполнения цилиндров двигателя горючей смесью или воздухом и более полной очистки их от отработавших газов открытие и закрытие клапанов производится не в тот момент, когда поршень находится в мертвых точках, а обычно с некоторым опережением при открытии и запаздыванием при закрытии.
Моменты открытия и закрытия клапанов или впускных, выпускных и продувочных окон, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения.
Фазы газораспределения изображаются в виде круговой диаграммы, называемой диаграммой газораспределения.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Впускной клапан в большинстве случаев открывается с некоторым опережением (аф = 5° — 30°), т. е. до прихода поршня в ВМТ. Опережение открытия предусматривают для того, чтобы к началу такту впуска клапан был достаточно открыт, что улучшает наполнение цилиндра.
Закрытие впускного клапана производится с запаздыванием, т. е. после прохождения поршнем НМТ. При этом, несмотря на начавшееся движение поршня вверх, заполнение цилиндра горючей смесью или воздухом будет продолжаться вследствие все еще имеющегося в нем разряжения, а также вследствие инерции потока горючей смеси или воздуха, движущегося во впускном трубопроводе. С повышением частоты вращения коленчатого вала двигателя понижается давление в цилиндре вследствие сопротивления впускного трубопровода и клапанов и увеличивается инерционный напор потока во впускном трубопроводе и цилиндре. Поэтому с возрастанием быстроходности двигателя обычно увеличивают запаздывание закрытия впускного клапана после НМТ.
Таким образом, время открытия впускного клапана, учитывая опережение открытия и запаздывания закрытия, значительно больше 180° поворота коленчатого вала, в течение которого происходит такт впуска. Этим и достигается улучшение заполнения цилиндров горючей смесью или воздухом.
Выпускной клапан открываемся с некоторым опережением (уф = 40°—80°), т. е. до прихода поршня в НМТ. Так как давление в цилиндре значи тельно превышает атмосферное, то основная масса отработавших газов под собственным давлением уходит из цилиндра до достижения поршнем НМТ. Затем поршень, пройдя НМТ и двигаясь к ВМТ, будет выталкивать оставшиеся в цилиндре отработавшие газы.
Рис. 1. Диаграммы фаз газораспределения: а — четырехтактного карбюраторного двигателя; б — двигателя ЗИЛ-130; в — двигателя СМД-14
Закрытие выпускного клапана производится с запаздыванием, т. е. когда поршень пройдет ВМТ. При этом очистка цилиндров улучшается, так как, несмотря на движение поршня к НМТ, продукты сгорания продолжают удаляться из цилиндра по инерции, а также вследствие отсасывающего воздействия потока газов, движущегося по выпускному трубопроводу.
Таким образом, для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов период открытия выпускного клапана значительно больше 180° поворота коленчатого вала, в течение которого происходит такт выпуска. Этим и достигается лучшая очистка цилиндра от отработавших газов.
Из диаграммы фаз газораспределения видно, что есть период, когда оба клапана открыты одновременно, — так называемое перекрытие клапанов. Величина угла перекрытия колеблется в пределах 16— 46°. При перекрытии клапанов утечки горючей смеси с отработавшими газами не происходит вследствие небольшого промежутка времени перекрытия и малых проходных сечений в этот период.
Перекрытие клапанов особенно благоприятно влияет на наполнение цилиндров при большой частоте вращения коленчатого вала. В момент, когда впускной клапан начинает открываться, давление в цилиндре остается выше атмосферного. Отработавшие газы с большой скоростью устремляются к незакрытому еще выпускному клапану и в силу своей инерции не пойдут в открывшуюся узкую щель впускного клапана. Когда же начнется такт впуска в цилиндре создастся нужное разрежение, выпускной клапан закроется, а впускной к этому времени будет уже настолько поднят, что проходное сечение для смеси станет значительным и наполнение цилиндра произойдет лучше.
Наивыгоднейшие фазы газораспределения для каждой модели двигателя устанавливают экспериментальным путем при доводке опытных образцов двигателей.
Под фазами газораспределения понимают моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала. Фазы газораспределения изображаются круговыми диаграммами, их подбирают экспериментальным путем в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при максимальной мощности двигателя и конструкции его впускных и выпускных газопроводов.
При рассмотрении рабочих процессов двигателей в первом приближении было принято, что открытие и закрытие клапанов происходят в мертвых точках. Однако в действительности открытие и закрытие клапанов не совпадают с положением поршней в мертвых точках. Это связано с тем, что время, приходящееся на такты впуска и выпуска, очень мало, и при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя оно составляет тысячные доли секунды. Поэтому если открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов будут происходить точно в мертвых точках, то наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их от продуктов сгорания будут недостаточными. В связи с этим моменты открытия и закрытия клапанов в четырехтактных двигателях происходят с определенным опережением или запаздыванием относительно положения поршней в в. м. т. и н. м. т.
Из общей круговой диаграммы фаз газораспределения видно, что при такте впуска впускной клапан начинает открываться с опережением, т. е. до подхода поршня в в.м.т. Угол а опережения открытия впускного клапана для двигателей различных моделей находится в пределах 10—32°. Закрывается впускной клапан с запаздыванием после прохождения поршнем н.м.т. (во время такта сжатия). Угол запаздывания закрытия впускного клапана в зависимости от модели двигателя составляет 40—85°.
Выпускной клапан начинает открываться до подхода поршня к н.м.т. Угол опережения открытия выпускного клапана для различных двигателей колеблется в пределах 40—70°. Закрывается выпускной клапан после прохождения поршнем в.м.т. (во время такта впуска). Угол запаздывания закрытия выпускного клапана равен 10—50°.
Рис. 2. Диаграммы (а—в) фаз газораспределения двигателей и положения поршней (г), соответствующие фазам газораспределения а — общая четырехтактного; б — ЗИЛ-130; в — КамАЗ-740
Углы опережения и запаздывания, а следовательно, и время открытия клапанов делают тем больше, чем выше частота вращения коленчатого вала, при которой развивается максимальная мощность двигателя. Правильность установки газораспределения определяется точным зацеплением зубчатых колес по имеющимся на них меткам или расположением метки на ведущей звездочке (двигатели ВАЗ) против специального прилива на блоке цилиндров.
Общая круговая диаграмма показывает, что в определенный период времени одновременно открыты впускной и выпускной клапаны. Угловой интервал а+ 6 вращения коленчатого вала, при котором оба клапана открыты, называется перекрытием клапанов, которое необходимо для своевременной и качественной очистки цилиндров от продуктов сгорания.
Из диаграммы фаз газораспределения двигателя ЗИЛ-130 видно, что впускной клапан открывается за 31° до прихода поршня в в.м.т., а выпускной клапан закрывается при угле 47° поворота коленчатого вала после в.м.т., следовательно, угол перекрытия клапанов составляет 78°. Открытие выпускного клапана происходит с опережением на 67° до н.м.т., а закрытие впускного клапана — с запаздыванием на 83° после н.м.т. Таким образом, общая продолжительность открытия каждого клапана составляет 294° по углу поворота коленчатого вала двигателя.
Рассмотренные фазы газораспределения двигателя ЗИЛ-130 получены при зазоре в обоих клапанах 0,3 мм (между носком коромысла и торцом стержня клапана). При уменьшении зазора продолжительность открытия впускного и выпускного клапанов возрастает, а при увеличении зазора уменьшается.
—
Под фазами газораспределения понимают моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Фазы подбирают опытным путем в зависимости от быстроходности двигателя и конструкции его впускной и выпускной систем. Для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов выпускной клапан начинает открываться до достижения поршнем н. м. т., а закрывается после в. м. т. С целью лучшего наполнения цилиндров впускной клапан начинает открываться до достижения поршнем в. м. т., а закрывается после прохождения н. м. т.
Рис. 3. Фазы газораспределения двигателей: а —ЗМЗ-24, 6 — 3M3-53, в— ЗИЛ-130, г —ЯМЗ-740
Правильность установки газораспределительного механизма определяется зацеплением распределительных шестерен в соответствии с имеющимися на них метками.
Постоянство фаз газораспределения сохраняется при соблюдении температурного зазора между стержнем клапана и носком коромысла. При увеличении зазора продолжительность открытия клапана уменьшается, а при уменьшении зазора — увеличивается.
При рассмотрении рабочих циклов двигателей условно было принято, что открытие и закрытие клапанов происходит в момент нахождения поршня соответственно в в: м. т. или в н. м. т. В действительности моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положением поршней в мертвых точках. Клапаны открываются и закрываются с некоторым, иногда очень значительным, опережением или запаздыванием, что необходимо для улучшения наполнения цилиндров чистым воздухом (дизели) или горючей смесью (карбюраторные двигатели) и лучшей очистки их от отработавших газов. Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала по отношению к соответствующим мертвым точкам, называют фазами газораспределения и изображают в виде круговых диаграмм.
Рис. 4. Диаграммы фаз газораспределения: а — общая диаграмма фаз четырехтактного двигателя; б — диаграмма фаз двигателя автомобиля ЗИЛ-130; в — диаграмма фаз дизеля автомобиля КамАЭ-5320; О — центр вращения вала
Рассмотрим общую диаграмму фаз газораспределения четырехтактного двигателя (рис. 4, а). Впускной клапан (точка 1) открывается с опережением (угол а), т. е. до прихода поршня в в. м. т. Вследствие этого в начале движения поршня вниз впускной клапан будет уже открыт на значительную величину, и наполнение цилиндра (благодаря разрежению) воздухом или горючей смесью улучшится. Впускной клапан (точка 2) закрывается с запаздыванием (угол б), т. е. поршень проходит н. м. т., поднимается вверх, совершая такт сжатия, а клапан в это время еще открыт, и горючая смесь или воздух по инерции заполняют цилиндр.
Выпускной клапан (точка 3) открывается до прихода поршня в н. м. т., т. е. с опережением (угол у). 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 Р) — после перехода поршнем в. м. т. В этом случае используется инерция продуктов сгорания и отсасывающее действие потока газов в выпускном трубопроводе.
Таким образом, открытие выпускного клапана с опережением и закрытие его с запаздыванием улучшает очистку цилиндра от отработавших газов. Анализируя диаграмму, видим, что в течение некоторого периода времени, за который коленчатый вал повертывается на угол, равный сумме углов а + Р, открыты оба клапана (впускной и выпускной). Этот период называют перекрытием клапанов.
Для правильной установки фаз газораспределения распределительные шестерни двигателя необходимо точно соединить по меткам.
Диаграммы фаз газораспределения некоторых отечественных двигателей приведены в табл. 6. Указанные фазы газораспределения являются расчетными и действительны при соответствующих зазорах между стержнем клапана и концом коромысла или между стержнем клапана и регулировочным болтом толкателя. Для двигателя автомобиля ГАЗ-63А этот зазор равен 0,35 мм, а для автомобиля ЗИЛ-130 составляет 0,30 мм.
Фазы газораспределения
Чтобы получить от двигателя наибольшую мощность, необходимо обеспечить более полную очистку цилиндров от продуктов сгорания и лучшее наполнение их горючей смесью. Для этого клапаны открываются и закрываются с некоторым опережением или запаздыванием. Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения.
Впускной клапан открывается с опережением в конце такта выпуска, когда поршень не доходит до ВМТ у разных двигателей в пределах 12—30°, а закрывается с запаздыванием в начале такта сжатия, когда поршень отойдет от НМТ на 40—70°. Раннее открытие и позднее закрытие впускного клапана обеспечивают лучшее наполнение цилиндров горючей смесью за счет инерционного напора горючей смеси в впускном трубопроводе. Выпускной клапан открывается с опережением в конце такта рабочего хода за 42— 70° до НМТ, что позволяет отработавшим газам начать выходить из цилиндра под собственным избыточным давлением. Закрытие выпускного клапана происходит через 10—30° после ВМТ в начале такта впуска, что обеспечивает лучшую очистку цилиндра, так как отработавшие газы в это время будут продолжать выходить из цилиндра по инерции. Угол поворота коленчатого вала, на протяжении которого оба клапана в цилиндре открыты, называется перекрытием клапанов величина перекрытия в разных двигателях колеблется от 22 до 60°.
—
При рассмотрении рабочих процессов двигателей условно принималось, что открытие и закрытие клапанов происходит в момент нахождения поршня в в. м. т. или н. м. т. В действительности моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положением поршней в мертвых точках. Клапаны открываются и закрываются с некоторым, иногда очень значительным, опережением или запаздыванием, что необходимо для улучшения наполнения цилиндров чистым воздухом (дизели) или горючей смесью (карбюраторные двигатели) и лучшей очистки их от отработавших газов.
Рис. 5. Диаграммы фаз газораспределения:
а — общая диаграмма четырехтактного двигателя; б — диаграмма двигателя ЗИЛ-130; о — диаграмма двухтактного дизеля ЯАЗ-М204; О — центр вращения коленчатого вала
Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала по отношению к соответствующим мертвым точкам, называются фазами газораспределения и изображаются в виде диаграмм.
Рассмотрим диаграммы газораспределения четырехтактного двигателя.
Впускной клапан (точка 1) открывается с опережением (угол а), т. е. до прихода поршня в в. м. т. Вследствие этого при начале движения поршня вниз впускной клапан будет уже открыт на значительную величину и наполнение цилиндра воздухом или горючей смесью улучшится.
Впускной клапан закрывается (точка 2) с запаздыванием (угол б), т. е. поршень проходит н. м. т., поднимается вверх, совершая такт сжатия, когда клапан еще открыт, и горючая смесь или воздух по инерции заполняют цилиндр.
Выпускной клапан (точка 3) открывается до прихода поршня вн. м. т., т. е. с опережением (угол у). Поршень движется вниз, а отработавшие газы уже начинают выходить из цилиндра, так как давление в нем намного больше атмосферного. Поэтому при движении поршня вверх во время такта выпуска меньше затрачивается работы на вытеснение отработавших газов из цилиндра двигателя.
Закрытие выпускного клапана (точка 4) происходит с запаздыванием (угол р) — после перехода поршнем в. м. т. В этом случае используется инерция продуктов сгорания и отсасывающее действие потока газов в выпускном трубопроводе. Таким образом, открытие выпускного клапана с опережением и закрытие его с запаздыванием улучшают очистку цилиндра от отработавших газов. Из диаграммы видно, что в течение некоторого времени, соответствующего сумме углов а + р, открыты оба клапана (впускной и выпускной). Этот период называется перекрытием клапанов.
На рис. 5, в приведена диаграмма фаз газораспределения двухтактного дизеля ЯАЗ-М204. Точка соответствует началу открытия опускающимся поршнем продувочных окон, а точка — закрытию этих окон поднимающимся поршнем. Таким образом, дуга 1—2 характеризует угол поворота коленчатого вала, соответствующий продувке цилиндров, т. е. фазу впуска. Точка соответствует моменту открытия выпускного клапана, а точка — моменту его закрытия, т. е. дуга 3—4 представляет собой фазу выпуска. Точками 5 я 6 обозначены начало и конец впрыска топлива.
Таблица 7
Фазы газораспределения некоторых автомобильных двигателей в градусах поворота коленчатого вала
Фазы газораспределения выбирают в зависимости от быстроходности двигателя.
Величина зазора между стержнем клапана и концом коромысла или между стержнем клапана и регулировочным болтом толкателя оказывает некоторое влияние на фазы газораспределения. Уменьшение указанных зазоров влечет за собой расширение фаз газораспределения, так как клапаны открываются раньше. Увеличение этих зазоров приводит к сужению фаз — клапаны открываются позже.
Для правильной установки фаз газораспределения распределительные шестерни двигателя нужно точно соединять по меткам.
—
В соответствии с рассмотренными выше теоретическими циклами двигателей внутреннего сгорания открытие и закрытие органов газораспределения (клапанов, окон) должно происходить, когда поршень находится в в. м. т. и н. м. т. В действительных же циклах впуск горючей смеси (воздуха) или выпуск отработавших газов происходит с некоторым опережением или запаздыванием по отношению к этим точкам. Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения. Графически фазы газораспределения можно представить в виде круговой диаграммы газораспределения. Как видно из диаграммы, открытие впускных клапанов автотракторных двигателей происходит за 10—20° до в. м. т., т. е. раньше, чем закроется отверстие выпускного клапана. Это необходимо для того, чтобы избежать излишнего разрежения в цилиндре и возрастания насосных потерь двигателя. Кроме того, опережение открытия впускного клапана при запаздывании закрытия выпускного клапана улучшает продувку камеры сгорания и очистку ее от остаточных газов с использованием инерционного напора горючей смеси, что особенно важно для быстроходных двигателей. Угол поворота коленчатого вала, при котором одновременно открыты впускной и выпускной клапаны, называется углом перекрытия клапанов. Обычно угол перекрытия равен 20—40°.
Запаздывание закрытия впускного клапана (на 50—70° после н.м.т.) позволяет улучшить наполнение цилиндра. Если оставить впускной клапан открытым после н.м.т., то в цилиндр будет продолжать поступать воздух (смесь) до тех пор, пока не будет использована полностью инерция потока воздуха (смеси), движущегося во впускном трубопроводе. Преждевременное открытие выпускного клапана (за 40—60° Закрытие поворота коленчатого вала до Впускного н.м.т.) позволяет выпускать от- ктпана работавшие газы под собственным давлением (0,35—0,4 МПа), что уменьшает сопротивление
движению поршня в период выпуска. Запаздывание закрытия выпускного клапана (10—20° поворота коленчатого вала после в.м.т.) обеспечивает достаточные проходные сечения для выпуска газов, а также улучшает очистку камеры сгорания от отработавших газов. Фазы газораспределения для каждого двигателя подбирают опытным путем. Величины опережения открытия и запаздывания закрытия клапанов у высокооборотных двигателей больше, чем у тихоходных.
Диаграмма фаз газораспределения | Диаграмма фаз газораспределения для 4-тактного бензинового двигателя | Valve Timing Diagram for 4 Stroke Diesel Engine
Contents
А.

Мы часто говорим такие вещи, как «топливно-воздушная смесь сгорает, создавая движение поршня, что вызывает вращение коленчатого вала» и «часть продуктов сгорания уходит через выхлоп», но задумывались ли вы когда-нибудь, как работают эти механизмы впуска и выпуска? ? Как контролируются синхронизация впуска и выпуска? Но как управляются эти впускные и выпускные клапаны, интересно? Давайте посмотрим на это и посмотрим, что мы можем найти.
Расположение клапанов в 4-тактном двигателеЧто такое диаграмма фаз газораспределения?
Считаем, что для диаграммы фаз газораспределения клапаны открываются и закрываются в мертвых точках поршня. Но на практике они не открываются и не закрываются мгновенно в мертвых точках. Клапаны работают в некоторой степени до или после мертвых точек. Момент зажигания также рассчитан немного раньше верхней мертвой точки. Время этих последовательностей событий может быть показано графически с точки зрения углов кривошипа от положения мертвой точки. Эта диаграмма известна как диаграмма фаз газораспределения.
Зачем нужна диаграмма фаз газораспределения?
Поскольку один цикл (от впуска топливовоздушной смеси до выпуска продуктов сгорания) двигателя внутреннего сгорания составляет примерно 100 000 циклов в минуту, важно иметь эффективную систему, которая может работать.
- Синхронизация между фазами цикла двигателя, от впуска воздушно-топливной смеси до выхлопа остаточного сгорания.
- Полное заклинивание камеры сгорания в момент воспламенения топливовоздушной смеси, поскольку утечка может повредить двигатель и быть опасной.
- Когда этого требует двигатель (в момент всасывания), снабжать его смесью воздуха и топлива или воздухом в случае дизельного двигателя.
- Позвольте остаткам продуктов сгорания уйти, чтобы двигатель мог завершить свой следующий цикл.
- Момент открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов совершенен, что защищает двигатель от детонации и взрыва.
- Для сжигания топлива необходима высокая степень сжатия, особенно в случае дизельного двигателя, что достигается перекрытием клапанов.
- Очистка цилиндра двигателя улучшает качество сгорания и снижает износ внутри цилиндра.
- Исследование особенностей сгорания необходимо для изменения мощности двигателя.
В результате действия этих факторов двигатель, будь то 2-тактный или 4-тактный, устроен по диаграмме фаз газораспределения, так что перемещение поршня от ВМТ к НМТ сопровождается оптимальными синхронизациями впуска и выпуска открытие и закрытие клапанов.
Обозначение на диаграмме фаз газораспределения четырехтактных двигателей
Верхняя мертвая точка (ВМТ):
Установите поршень в точке полной остановки от коленчатого вала. Это положение называется верхним, потому что оно ближе к верху двигателей (но не обычно), и мертвым, потому что поршень здесь останавливается. ВМТ не всегда находится в верхней части списка приоритетов двигателя (например, двигатели с оппозитным расположением цилиндров, радиальные двигатели и т. д.). Объем зазора — это наименьший объем в цилиндре, когда поршень находится в ВМТ.
Нижняя мертвая точка (НМТ):
Положение поршня, когда он останавливается ближе всего к коленчатому валу. Поскольку он не всегда находится в нижней части двигателя, в некоторых публикациях он называется мертвой точкой кривошипа (CEDC).
Ход (L) :
ВМТ до НМТ или от НМТ до ВМТ — это расстояние, которое проходит поршень от одного крайнего положения до другого.
Степень сжатия (r) :
Степень сжатия двигателя представляет собой отношение общего объема к объему рабочего пространства цилиндра. Двигатели SI имеют степень сжатия от 8 до 12, тогда как двигатели CI имеют степень сжатия от 12 до 24.
Конфигурация бензиновых и дизельных двигателей
- Вертикальные двигатели
- Горизонтальные двигатели
- Рядные двигатели: один ряд цилиндров расположен в линию.
- V: Два ряда цилиндров расположены под углом друг к другу.
- Двигатели с оппозитными цилиндрами: На противоположных сторонах двигателя расположены два ряда цилиндров. Радиальные двигатели
- : вокруг общего коленчатого вала цилиндры расположены радиально и равномерно.
На диаграмме показана диаграмма фаз газораспределения для четырехтактного бензинового двигателя. Впускной тарельчатый клапан открывается за 10–30° до положения ВМТ. Топливно-воздушная смесь всасывается в цилиндр двигателя до закрытия впускного клапана. Впускной клапан закрывается на 30–40°, а то и на 60° после положения нижней мертвой точки. Топливно-воздушная смесь сжимается до появления искры.
Диаграмма фаз газораспределения для 4-тактного двигателяТеоретическая диаграмма фаз газораспределения для 4-тактных двигателей
Диаграмма фаз газораспределения для 4-тактного бензинового двигателя показана на диаграмме. Впускной клапан открывается за 10–30 градусов до верхней мертвой точки. Пока впускной клапан не закроется, топливовоздушная смесь всасывается в цилиндр четырехтактного двигателя. После достижения нижней мертвой точки впускной клапан закрывается на 30–40 градусов или даже на 60 градусов. До появления искры топливовоздушная смесь сжимается.
Искра возникает при 20–40° до в.м.т. позиция. Этого времени достаточно для того, чтобы топливо сгорело. Давление и температура повышаются. Горящие газы расширяются и заставляют поршень совершать полезную работу. Горящие газы расширяются до тех пор, пока не откроется выпускной клапан. Выпускной клапан открывается за 30–60° до Н.М.Т. позиция. Выхлопные газы вытесняются из цилиндра до закрытия выпускного клапана. Выпускной клапан закрывается через 8–20° после ВМТ. позиция. Перед закрытием впускной клапан открывается за 10–30° до в.м.т. позиция.
Период между открытием впускного клапана и закрытием выпускного клапана известен как период перекрытия клапана. Угол кривошипа между открытием впускного клапана и закрытием выпускного клапана известен как угол перекрытия клапана.
Такт всасывания-
Цикл двигателя начинается с этого такта, когда впускной клапан открывается по мере продвижения поршня от ВМТ к НМТ, позволяя топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях и свежему воздуху в дизельных двигателях поступать в цилиндр до поршня. достигает БДК.
Такт сжатия-
После такта всасывания поршень перемещается от НМТ к ВМТ для сжатия топливно-воздушной смеси (бензиновый двигатель) и свежего воздуха (дизельный двигатель), повышая давление внутри цилиндра, что необходимо для топливо для сжигания.
- Во время этого действия впускной клапан двигателя закрывается, закрывая камеру и обеспечивая сжатие топлива.
Такт расширения-
После сжатия топливо сгорает, в результате чего поршень перемещается от ВМТ к НМТ, чтобы сбросить давление, создаваемое сгоранием, и достигается выходная мощность.
Примечание. Искра, создаваемая свечой зажигания, вызывает сгорание в бензиновом двигателе.
- Заряд воздуха и топлива поступает в цилиндр во время такта всасывания бензинового двигателя.
- Сгорание происходит в дизельном двигателе из-за сильного сжатия, создаваемого тактом сжатия, который отвечает за повышение температуры внутри цилиндра до температуры самовоспламенения дизельного топлива и наддува воздуха.
- Во время такта всасывания дизельного двигателя новый воздух поступает в цилиндр, и топливо распыляется над воздухом топливными форсунками.
Такт выпуска-
После такта расширения поршень в НМТ начинает двигаться к ВМТ, после чего открывается выпускной клапан для удаления продуктов сгорания.
- При приближении поршня к ВМТ выпускной клапан закрывается.
Actual Процесс диаграммы фаз газораспределения для 4-тактных двигателей
- Впускной клапан открывается на 10-20 градусов перед ВМТ в такте всасывания 4-тактного двигателя для правильного впуска воздуха-топлива (бензина) или воздуха (дизель), а также очистка от остатков сгорания в камере сгорания.
- Такт сжатия начинается, когда поршень достигает НМТ, и поршень начинает двигаться обратно к ВМТ. Во время такта сжатия впускной клапан закрывается на 25-30 градусов после НМТ, полностью герметизируя камеру сгорания для воздушно-топливного (бензиновый двигатель) и воздушного сжатия (дизельный двигатель).
- Сгорание бензина происходит за 20-35 градусов до ВМТ на такте сжатия при движении поршня к ВМТ, обеспечивая адекватное сгорание топлива и распространение пламени.
- Такты расширения начинаются при сгорании топлива, что снижает давление внутри камеры сгорания и позволяет коленчатому валу вращаться. Во время такта расширения, который непрерывен за 30-50 градусов до НМТ, поршень продвигается от ВМТ к НМТ.
- Выпускной клапан открывается за 30-50 градусов до НМТ, что приводит к началу такта выпуска, а продукты сгорания выбрасываются при движении поршня от НМТ к ВМТ, которое продолжается еще 10-20 градусов после достижения поршневым клапаном ВМТ.
Как видно на протяжении всего цикла, клапаны двигателя SI дважды перекрываются, при этом оба клапана закрываются во время такта сжатия, а оба поршневых клапана открываются во время такта выпуска.
Причины для фактической диаграммы фаз газораспределения
Механический и динамический факторы — это два компонента, которые контролируют фазы газораспределения.
- Механический фактор: – Поскольку клапаны управляются кулачками, они не могут резко открываться и закрываться. В результате клапан должен быть открыт досрочно. Время открытия и закрытия клапана растягивается на большое количество градусов вращения коленчатого вала, чтобы уменьшить шум, износ и удары клапана о седло клапана. В результате открытие клапана должно начинаться досрочно.
- Динамический фактор: Фактическое время открытия клапана определяется с учетом динамического воздействия потока выхлопных газов в дополнение к механическим аспектам открытия и закрытия клапанов
Фактическая диаграмма фаз газораспределения для четырехтактного дизеля представлена на рисунке. Впускной клапан открывается за 10-25° до верхней мертвой точки. Свежий воздух всасывается в цилиндр двигателя до закрытия впускного клапана. Впускной клапан закрывается через 25–50° после достижения нижней мертвой точки. Воздух сжимается до момента впрыска топлива. Впрыск топлива начинается за 5–10° до ВМТ. положение в такте сжатия. Горит топливно-воздушная смесь. Температура и давление повышаются.
Сгоревший газ расширяется до тех пор, пока не откроется выпускной клапан. Выпускной клапан открывается за 30–50° до Н.М.Т. позиция. Выхлопные газы вытесняются из цилиндра двигателя до закрытия выпускного клапана. Выпускной клапан закрывается через 10-15° после ВМТ. позиция. Перед закрытием выпускного клапана впускной клапан открывается за 10–25° до в.м.т. позиция. Период между открытием впускного клапана и закрытием выпускного клапана известен как «период перекрытия клапана». Угол между этими двумя событиями известен как угол перекрытия клапана.
Временная диаграмма портов для 2-тактного двигателя
В 2-тактном бензиновом двигателе цикл двигателя завершается двумя тактами, а именно тактами расширения и сжатия. Подача топлива и выхлоп остаточного сгорания происходят во время этих двух тактов соответственно.
Теоретическая синхронизация портов
Такт расширения —
Поршень, находящийся в ВМТ в начале такта расширения, начинает двигаться к НМТ за счет сгорания сжатого воздуха-топлива (бензиновый двигатель) и (распыленного дизельного топлива) в дизельном двигателе) во время такта сжатия, что приводит к выходной мощности.
- Во время тактов расширения топливовоздушная смесь (бензиновый двигатель) и воздух (дизельный двигатель) поступают через впускное отверстие по мере продвижения поршня от ВМТ к НМТ.
- Пока поршень не достигнет НМТ, такт расширения продолжается бесконечно.
Такт сжатия-
За счет движения поршня от НМТ к ВМТ при завершении такта расширения начинается сжатие топливовоздушной смеси (бензиновый двигатель) и дизельного топлива (дизельный двигатель) с выбросом остатки сгорания через выхлопное отверстие.
- Когда поршень движется от НМТ к ВМТ, он закрывает впускное и выпускное отверстия, повышая давление внутри камеры сгорания.
- Когда поршень достигает ВМТ в конце такта сжатия, за счет высокого давления происходит сгорание воздушно-топливной (бензиновый двигатель) и дизельного топлива (дизельный двигатель), и цикл повторяется.
Фактический или практический процесс
- Впускное отверстие открывается за 10-20 градусов до достижения поршнем ВМТ, начиная такт расширения за счет сгорания топливовоздушной смеси (бензиновый двигатель) из картера и воздуха (дизельный двигатель), поступающего через впускное отверстие, толкая поршень к НМТ.
- Во время такта расширения 2-тактного двигателя впускной канал закрывается на 15-20 градусов после ВМТ.
- Поскольку поршень перемещается от ВМТ к НМТ во время такта расширения, выпускное отверстие открывается на 35-60 градусов до того, как поршень достигает НМТ, что позволяет выбрасывать продукты сгорания.
- Для фазы очистки откройте порт передачи на 30-45 градусов перед BDC.
- Процесс продувки останавливается, когда поршень продвигается от НМТ к ВМТ, а перепускное отверстие закрывается на 30-45 градусов после НМТ.
- Выпускной клапан закрывается через 35-60 градусов после НМТ, перекрывая камеру сгорания, а давление в камере сгорания повышается за счет начала такта сжатия при движении поршня от НМТ к ВМТ. Цикл начинается еще раз.
- При открытии перепускного отверстия топливовоздушная смесь (бензиновый двигатель) и воздух (дизельный двигатель) подаются в цилиндр.
Примечание. Открытие и закрытие клапанов за несколько градусов до ВМТ и НМТ имеет важное значение для нормальной работы двигателя, поскольку эти градусные промежутки обеспечивают надлежащее завершение хода, предотвращают дефекты двигателя, такие как детонация, и снижают выбросы.
- Эта фаза газораспределения изменена для изменения мощности, что увеличивает мощность и крутящий момент двигателя, снижая его эффективность.
Изменяемая фаза газораспределения
Изменяемая фаза газораспределения — это следующий шаг в улучшении выходной мощности двигателя, независимо от мощности или крутящего момента, после того как многоклапанная технология стала основной в двигателестроении.
Клапаны отвечают за дыхание двигателя. Форма и фазовый угол кулачков влияют на время дыхания, то есть на время впуска и выпуска воздуха. Двигателю требуется изменение фаз газораспределения на разных скоростях, чтобы максимизировать дыхание. С ростом оборотов продолжительность тактов впуска и выпуска укорачивается, препятствуя достаточно быстрому попаданию свежего воздуха в камеру сгорания и выходу выхлопных газов из камеры сгорания. В результате открытие впускных клапанов и последующее закрытие выпускных клапанов является оптимальным выбором. Другими словами, при повышении оборотов должно увеличиваться перекрытие между периодами впуска и выпуска.
Функция системы VVT
Поскольку частота вращения автомобильных двигателей различается, временная диаграмма в идеале также должна колебаться. Другими словами, в зависимости от частоты вращения двигателя углы закрытия и открытия клапана должны регулироваться, чтобы максимизировать операции опорожнения и наполнения цилиндров.
Фазовращатель, расположенный в головке распределительного вала, используется системой VVT для изменения фаз газораспределения. Блок управления двигателем активирует этот компонент, управляя потоком масла через электромагнитный клапан.
Ниже перечислены основные преимущества системы изменения фаз газораспределения:
- меньший расход топлива
- увеличение крутящего момента и мощности
- сокращение выбросов
Последние достижения в системе VVT, главным образом в бензиновых двигателях
В конце 1980-х и начале 1990-х технология VVT была принята в азиатских и европейских автомобилях. Популярность этой системы возросла в середине 2000-х годов, и все крупные автопроизводители начали ее использовать. Эта система теперь часто присутствует в бензиновых двигателях, а также в некоторых дизельных двигателях. Хотя название, данное системе, варьируется от одного производителя к другому, и могут быть незначительные модификации, основной принцип функционирования остается неизменным:
- Хонда: VTEC
- Тойота: ВВТ-я
- БМВ: ВАНОС
- Форд: Ti-VCT
- Киа-Хендай: CVVT
- Порше: ВАРИО САМ
- ВАГ: ТГВ
Инженеры использовали для определения оптимального компромиссного времени без технологии изменения фаз газораспределения. Например, низкоскоростной выход фургона может потребовать меньшего перекрытия. Для высокоскоростной мощности гоночный двигатель может использовать много перекрытий. Оптимизация фаз газораспределения для средних оборотов может использоваться в обычном автомобиле, чтобы гарантировать, что управляемость на низких скоростях и выходная мощность на высоких скоростях не будут слишком скомпрометированы. Независимо от того, используется ли метод, конечный результат всегда оптимизируется для определенного темпа.
Мощность и крутящий момент можно регулировать в широком диапазоне оборотов с помощью функции изменения фаз газораспределения. Ниже приведены наиболее заметные результаты:
- Максимальная скорость двигателя может быть увеличена, что приведет к увеличению пиковой мощности. Например, 2-литровый двигатель Nissan Neo VVL развивает пиковую мощность на 25 % выше, чем его аналог без VVT.
- По мере увеличения крутящего момента на низких скоростях улучшаются ходовые качества.
Например, двигатель 1.8 VVT в Fiat Barchetta развивает пиковый крутящий момент 90% в диапазоне от 2000 до 6000 об/мин.
Часто задаваемые вопросы о диаграмме фаз газораспределения
Перекрытие клапанов — это число градусов поворота коленчатого вала, в течение которого
- Оба впускных и выпускных клапана закрыты
- Впускной и выпускной клапаны открыты
- Клапаны перемещаются из полностью закрытого положения в момент времени
- Клапаны поплавковые
Ответ: оба впускных и выпускных клапана открыты
Пояснение:
- Оба впускных и выпускных клапана открыты на участке рабочего цикла поршневого двигателя, когда поршень достигает ВМТ на такте выпуска.
- Количество градусов вращения коленчатого вала, в течение которого впускной и выпускной клапаны открыты, называется перекрытием клапанов.
- Низкое давление, создаваемое выхлопными газами (выходящими из цилиндра), помогает новому свежему заряду топливно-воздушной смеси начать поступать в двигатель, что повышает эффективность двигателя.
- Фаза газораспределения относится к тому, как клапаны открываются и закрываются в двигателе внутреннего сгорания в зависимости от движения поршня и маховика.
- Диаграмма на лицевой стороне маховика изображает фазы газораспределения в градусах поворота коленчатого вала.
Диаграмма фаз газораспределения:
- За 9 градусов до ВМТ открывается впускной клапан.
- После НМТ впускной клапан закрывается на 50 градусов.
- Перед НМТ выпускной клапан открывается на 47 градусов.
- После ВМТ выпускные клапаны закрываются на 12 градусов.
- Период перекрытия: 21 градус
Какие два наиболее важных элемента влияют на фазы газораспределения?
Можно изменить, заменив распределительный вал или изменив фазы газораспределения при работающем двигателе. На него также влияет регулировка клапанного механизма, особенно зазор толкателя.
Что произойдет, если цепь привода клапанов не исправна?
Мало того, что двигатель может не запуститься из-за неправильных фаз газораспределения, поршень также может врезаться в клапаны, вызывая катастрофические повреждения. Изгибы золотниковых клапанов и повреждение поршней являются обычными последствиями.
Какую роль играют фазы газораспределения в характеристиках двигателя?
Двигатели с высокими оборотами требуют более быстрого открытия выпускного клапана, чтобы позволить давлению выйти из цилиндра. Однако при более низких оборотах слишком быстрое открытие выпускного клапана означает, что вы не получаете максимальную отдачу от рабочего хода.
Какова процедура регулировки фаз газораспределения?
Ослабьте контргайку с помощью накидного ключа и поверните винт по часовой стрелке, чтобы уменьшить зазор, и против часовой стрелки, чтобы увеличить его. Когда зазор станет узким, затяните контргайку, удерживая винт отверткой, затем снова проверьте зазор. На самостопорящемся регулировочном винте может не быть контргайки.
Что произойдет, если зазор между клапанами слишком велик?
Поскольку двигатель не может «дышать» должным образом и работать с полной эффективностью, слишком большой или слишком маленький зазор клапана может привести к ухудшению производительности или резкому холостому ходу. Слишком большое пространство вызывает стук клапанов, что в конечном итоге может повредить клапаны, кулачки распределительного вала и коромысла.
Какое значение имеет фаза газораспределения во всех двигателях?
Время газораспределения является важным аспектом процесса внутреннего сгорания, поскольку оно регулирует поток топлива и воздуха в камеру сгорания и из нее, где поршни сжимают топливо и воздух для сгорания.
Что происходит, когда ваши клапаны слишком тугие?
Провод клапана никогда не закроется полностью, как следует, если зазор клапана слишком мал. В результате часть поверхности клапана будет сожжена, что приведет к пропуску зажигания в двигателе. Однако, если клапаны чрезмерно тугие, двигатель может работать с перебоями, будь то холодный, горячий или постоянно.
Как узнать, нужно ли регулировать клапана моего велосипеда?
Клапаны не будут закрываться должным образом, если клапанный механизм слишком тугой, и двигатель не сможет работать с максимальной эффективностью. Если на вашем велосипеде установлены регулируемые зазоры клапанов, в одном из мануалов для них будет указан межсервисный интервал, как правило, каждые 10 000 км пробега.
Вы регулируете настройку клапана в жарких или холодных условиях?
Чтобы свести к минимуму неправильную регулировку толкателей, которые были «накачаны», большинство производителей распределительных валов предлагают устанавливать клапаны в холодном состоянии. Прежде чем приступить к регулировке клапанов на новом неработающем двигателе, убедитесь, что все полностью смазано маслом.
Заключение
В этом посте мы узнали о диаграмме фаз газораспределения двухтактных и четырехтактных бензиновых и дизельных двигателей. Если вы считаете этот материал полезным, поделитесь им в социальных сетях.