Газораспределительный механизм предназначен для управления работой
впускного и выпускного клапанов в соответствии с последовательностью
чередования тактов в цилиндре и в соответствии с порядком работы
многоцилиндрового двигателя.
Общее устройство газораспределительного механизма было показано на фиг.
21.
У двигателей советских легковых автомобилей клапаны расположены снизу и
с одной стороны камеры сгорания цилиндра. Такое расположение клапанов
называется нижним односторонним.
Клапан, независимо от его назначения (впускной или выпускной), состоит
из головки 5 (фиг. 36) и стержня 4.
Фиг. 36. Детали газораспределительного
механизма.
Головка клапана перекрывает отверстие газового канала, а стержень,
перемещаясь в направляющей втулке 7, обеспечивает правильное положение
головки в его седле.
Необходимое уплотнение (герметичность) головки клапана в седле
достигается тщательным шлифованием их фасок, а затем притиркой, т. е.
взаимным шлифованием соприкасающихся поверхностей головки и седла. Для
исправной работы двигателя необходима полная герметичность клапанов в их
седлах.
При нарушении герметичности клапана в седле, кроме снижения мощности
двигателя, происходит еще и обгорание головки клапана, подверженной в
этом случае особо сильному действию высокой температуры продуктов
сгорания. Седла 6 выпускных клапанов делаются вставными. На стержне 4
клапана закреплена клапанная пружина 2, которая обеспечивает плотное
прилегание головки клапана к седлу и надежно удерживает клапан, не
допуская произвольного его открытия (подъема), например, под влиянием
разрежения в цилиндре.
Клапанную пружину закрепляют на стержне клапана с помощью особой опорной
тарелки /, в свою очередь закрепленной на конце стержня специальными
полукольцами - сухарями 3. Другим концом пружина упирается в стенку
клапанной коробки (иногда через опорную шайбу), через которую проходит
направляющая втулка 7 стержня клапана.
Чтобы открыть клапан, т. е. приподнять его над седлом, необходимо нажать
снизу на стержень клапана с силой, способной преодолеть натяжение
пружины.
Механизм, открывающий клапаны, получает движение от коленчатого вала
двигателя. На переднем конце коленчатого вала насажена и закреплена с
помощью шпонки шестерня 14, которая поэтому вращается вместе с валом. С
этой шестерней сцеплена другая шестерня 13, имеющая вдвое больший
диаметр и, соответственно, вдвое большее число зубьев. Большая шестерня
закреплена шпонкой на конце распределительного вала 12 и, таким образом,
вращается вместе с ним. На распределительном валу имеются выполненные за
одно целое с ним кулачки 15, управляющие открытием впускного клапана 11
и кулачки 16, управляющие открытием выпускного клапан^.10.
Из соотношения чисел зубьев шестерен 14 и 13 следует, что
распределительный вал вращается вдвое медленнее коленчатого вала. Такое
устройство привода распределительного вала объясняется тем, что в
двигателе, работающем по четырехтактному циклу, на два оборота
коленчатого вала требуется открыть впускной и выпускной клапаны (каждого
цилиндра) по одному разу. Если за два оборота коленчатого вала
распределительный вал сделает один оборот, то каждый из его кулачков
откроет по одному разу впускной и выпускной клапаны.
Против каждого кулачка установлен толкатель 9. При вращении
распределительного вала его кулачок приподнимает толкатель, который при
этом нажимает на стержень клапана и, преодолевая сопротивление клапанной
пружины, открывает клапан. Таким образом толкатель, воспринимав давление
от кулачка распределительного вала, передает это давление па стержень
клапана 1. Толкатель имеет цилиндрическую форму и в нижней части
заканчивается пятой. В верхний торец толкателя ввернут болт 8 с
контргайкой, через который, собственно, и передается давление от кулачка
на стержень клапана. Болт 8 служит для регулировки зазора между
толкателем и стержнем клапана.
Этот зазор необходим для беспрепятственного удлинения стержня клапана и
толкателя от нагрева при работе двигателя. При отсутствии зазора, в
результате удлинения стержня клапана и толкателя, клапан приоткрывался
"бы произвольно без воздействия на него кулачка распределительного вала
и не закрывался бы.
Фиг. 37. Газораспределительный механизм
двигателя автомобиля "Москвич".
Достаточно плотно, при таких условиях нормальная работа двигателя
оказалась бы невозможной.
При регулировке зазора между толкателем и стержнем клапана
регулировочный болт 8 ввертывают (или вывертывают) в толкатель, а затем
закрепляют имеющейся на нем контргайкой.
На распределительном валу, кроме кулачков для привода в движение
толкателей и клапанов, обычно имеются эксцентрик для привода топливного
насоса и шестерня для привода распределителя зажигания и масляного
насоса.
Рассмотрим теперь конструкцию газораспределительного механизма
двигателей советских легковых автомобилей.
Газораспределительный механизм двигателя автомобиля "Москвич" показан на
фиг. 37.
Распределительный вал 6, изготовленный из углеродистой стали, установлен
в правой части картера; этот вал получает движение от коленчатого вала
через пару шестерен с косыми зубьями. Малая ведущая шестерня 1,
изготовленная из стали, закреплена на переднем конце коленчатого вала с
помощью шпонки 3\ эта же шпонка закрепляет на валу шкив привода
вентилятора, водяного насоса и генератора. От осевого смещения, вдоль
коленчатого вала, шестерня и шкив удерживаются храповиком 2 с косыми
наклонными срезами, служащими для проворачивания вала пусковой
рукояткой. Большая ведомая шестерня 4 изготовлена из пластмассы
(текстолита) и имеет стальную ступицу; текстолит уменьшает шум при
работе шестерен. Шестерня плотно насажена на передний конец
распределительного вала, что предохраняет ее от смещения вдоль вала; от
смещения по окружности она закреплена шпонкой 7.
Распределительный вал имеет три опорные шейки 21, которые вращаются в
сталебаббитовых втулках 8, установленных в гнездах картера. Вал имеет
восемь кулачков 17 для привода клапанов, эксцентрик 20 для привода
топливного насоса, шестерню 19 для привода масляного насоса и
распределителя гибкого приводного вала стеклоочистителя. Рабочие
поверхности опорных шеек, кулачков, эксцентрика и шестерен для придания
им большей твердости и износостойкости подвергнуты термической
обработке. Для устранения возможности осевого смешения
распределительного вала между передней опорной шейкой вала и шестерней
привода установлен бронзовый 1 фланец 5. После установки вала в картер
фланец крепят двумя болтами 22 к стенке картера. Таким образом, находясь
между шестерней и опорной шейкой распределительного вала, неподвижный
фланец удерживает вал от осевого смещения.
Впускной 13 и выпускной 12 клапаны имеют одинаковые размеры и форму, но
изготовлены из различных сталей, так как работают в разных условиях. На
головке впускного клапана сверху выбита метка ВС, а на головке
выпускного метка ВХ. Впускной клапан изготовляют из хромистой стали, а
выпускной клапан, как подверженный в большей мере действию горячих
газов, изготовляют из жароупорной кремнехромистой стали (сильхром).
Стержень клапана на нижнем конце имеет прямоугольную выточку, в которую
вкладывают сухари 9, закрепляющие опорную тарелку 10 клапанной пружины
11. Опорную тарелку и ее обойму надевают на стержень клапана. Затем в
выточку клапана устанавливают сухари. Если теперь опустить тарелку, то
она конической поверхностью отверстия упрется в коническую поверхность
сухарей. Вследствие этого опорная тарелка удерживается на нижней части
клапана.
Клапанные пружины 11 для уменьшения вибрации при работе имеют разные
промежутки между витками (переменный шаг). В верхней части у стенки
клапанной коробки пружина имеет более частые витки, чем в нижней, т. е.
у опорной тарелки стержня клапана.
Направляющие втулки клапанов изготовлены из чугуна и запрессованы в
отверстия клапанной коробки блока цилиндров.
Толкатели 16 клапанов имеют цилиндрическую форму. Сверху в толкатель
ввертывают регулировочный болт 14, примем отверстие, в котором нарезана
резьба для регулировочного болта, просверлено на всю длину толкателя для
облегчения веса последнего. При работе двигателя на нижний торец (пяту)
толкателя действует кулачок распределительного вала, приподнимая
толкатель Для открытия клапана. Когда кулачок освободит толкатель,
клапан под действием клапанной пружины опускается, а стержень клапана
заставляет опуститься толкатель.
Регулировочный болт 14 толкателя имеет контргайку 15. Контргайка снизу
обработана на конус, которым она входит регулировочного болта закалена
до большой твердости и имеет сферическую форму. Зазор между толкателем и
стержнем клапана должен поддерживаться у впускных клапанов равным
0,13-0,15 мм, а у выпускных клапанов - 0,18-0,20 мм, причем величины
зазора надо измерять на холодном двигателе.
Фиг. 38. Круговая диаграмма газораспределения
двигателей автомобилей "Москвич", М-20 "Победа" и ЗИМ.
Рассмотрим круговую диаграмму газораспределения двигателя (фиг. 38).
Когда в цилиндре двигателя заканчивается такт выпуска и поршень еще не
дошел до в. м. т., а кривошип-до мертвого положения на 13° (считая по
направлению вращения кривошипа), открывается впускной клапан и
начинается такт впуска горючей смеси в цилиндр. В начальный момент
впуска поршень еще незначительное время движется вверх и в это время
открыт также и выпускной клапан. Может ли при таких условиях горючая
смесь поступать в цилиндр? Смесь поступает в цилиндр потому, что в конце
такта выпуска из-за большой скорости истечения продуктов сгорания через
клапан в цилиндре образуется разрежение.
Одновременно горючая смесь, поступая в цилиндр, выталкивает остатки
продуктов сгорания, что обеспечивает лучшую очистку цилиндра и
подготовку его к новому циклу работы.
После того как поршень перейдет в. м. т. и начнет двигаться вниз,
поступление горючей смеси будет происходить вследствие всасывающего
действия поршня. Выпускной клапан закроется лишь тогда, когда кривошип
повернется на 9°, пройдя мертвое положение, а поршень опустится на
незначительную часть своего хода Однако продукты сгорания не будут
всасываться обратно в, цилиндр через выпускной клапан из трубопровода,
так как они вытекают с большой скоростью, а разрежение еще недостаточно,
чтобы преодолеть инерцию отработавших газов.
При такте впуска впускной клапан открыт все время, пока поршень движется
к н. м. т. Вследствие быстрого движения поршня вниз в цилиндре
образуется значительное разрежение, под действием которого поток горючей
смеси приобретает большую скорость, время и после того как поршень
дойдет до н. м. т. и начнет обратное движение вверх. Поэтому горючая
смесь будет поступать в цилиндр через впускной клапан даже и тогда,
когда поршень пройдет н. м. т. Кроме того, смесь по инерции будет
наполнять цилиндр до тех пор, пока поднимающийся поршень не повысит
давление смеси при сжатии. Поэтому впускной клапан закрывают с
запаздыванием на 47° после прохождения кривошипом н. м. т. Таким
образом, впускной клапан открывается с опережением в 13° и закрывается с
запаздыванием в 47°, следовательно, он открыт на протяжении 240° по углу
поворота кривошипа. Такие моменты открытия и закрытия впускного клапана
и продолжительность его открытия способствуют лучшему наполнению
цилиндра двигателя горючей смесью 1.
Как только закроется впускной клапан, поршень начинает сжимать рабочую
смесь в цилиндре - происходит такт сжатия. Практически сжатие кончается
несколько раньше чем поршень дойдет до в. м. т., в тот момент, когда
рабочая смесь воспламенится электрической искрой свечи зажигания. Смесь
быстро сгорает, после чего начинается такт расширения (рабочий ход) и
поршень под давлением расширяющихся продуктов сгорания опускается и
производит полезную работу.
В конце рабочего хода, за 51° до н. м. т., считая по направлению
вращения кривошипа, открывается выпускной клапан. В этот момент в
цилиндре двигателя еще существует повышенное давление газов, и как
только выпускной клапан откроется, продукты сгорания с силой вырываются
из цилиндра. Давление в цилинД^е быстро падает. Когда поршень начнет
подниматься, оставшиеся продукты сгорания уже не будут выходить из
цилиндра под действием собственного давления, а будут выталкиваться
поршнем из цилиндра.
Выпускной клапан при этом открыт и закрывается лишь тогда, когда
кривошип пройдет мертвое положение на 9°. Таким образом, выпускной
клапан открыт на протяжении 240° по углу поворота кривошипа. Такие
моменты открытия и закрытия выпускного клапана и продолжительность его
открытия обеспечивают хорошую очистку камеры сгорания от продуктов
сгорания, некоторую продувку цилиндра горючей смесью.
Для правильной работы механизма газораспределения двигателя требуется
точная сборка и регулировка входящих в нее деталей. Особенно важно,
чтобы распределительный вал был установлен точно в определенном
положении по отношению к коленчатому валу. Это достигается установкой
шестерен распределения по выбитым на них меткам. На шестернях
распределения выбиты метки О, причем на шестерне коленчатого вала эта
метка выбита на торце против зуба, а у шестерни распределительного вала
метка выбита на торце между двух зубьев (фиг 39).
Фиг. 39 Установочные метки на шестернях
распределения двигателя автомобиля "Москвич".
При сборке двигателя эти метки должны быть расположены точно одна
против другой. В том случае, когда метки на шестернях отсутствуют, их
можно легко нанести, пользуясь следующим правилом: замечают впадину
между зубьями шестерни коленчатого вала, расположенную против шпонки, а
затем от этой впадины отсчитывают пятый зуб, считая влево, и ставят на
его торце метку. Пятый зуб шестерни коленчатого вала должен войти в
восьмую впадину шестерни распределительного вала.
Восьмая впадина отсчитывается от зуба шестерни распределительного вала,
также находящегося против шпонки, но считать надо вправо. На торце
восьмой впадины также ставят метку.
При эксплуатации автомобиля важно поддерживать правильные зазоры между
толкателями и стержнями клапанов. Во время работы двигателя зазоры могут
уменьшиться или увеличиться. При уменьшенных зазорах клапан не будет
полностью закрываться, уменьшится компрессия в цилиндре и двигатель не
сможет нормально работать. Внешним признаком неплотного закрытия
выпускных клапанов являются выстрелы в глушителе, в этом случае рабочая
смесь при сжатии проникает в глушитель и там по мере накопления
взрывается. При неплотности впускных клапанов газы могут проникать во
впускной трубопровод и в карбюратор. При рабочем ходе пламя и горячие
газы проникают во впускной трубопровод и зажигают з нем горючую смесь.
Вспышки смеси в карбюраторе или, как иногда называют это: явление,
"чихание" особенно опасны, так как могут привести к пожару.
При увеличенных зазорах между толкателями и стержнями клапаны не будут
открываться полностью. Из-за этого цилиндр или не будет полностью
наполняться горючей смесью или не будет полностью очищаться от
отработавших газов. В том и другом случае пуск двигателя будет
затруднен, двигатель не будет развивать необходимой мощности и расход
топлива увеличится.
Зазоры между толкателями и стержнями клапанов двигателя рекомендуется
проверять и регулировать в следующем порядке:
1) снять газопровод (впускную и выпускную трубы в сборе);
2) снять крышку клапанной коробки, стараясь не повредить пробковой
прокладки;
3) установить поршень первого цилиндра мотора) в в. м. т. такта сжатия
(оба клапана закрыты), для чего повернуть пусковой рукояткой коленчатый
вал так, чтобы шарик, запрессованный в обод маховика (отметка в. м. т.)
совместился с острием штифта, закрепленного в смотровом люке картера
сцепления;
4) проверить плоским щупом зазоры между регулировочными болтами
толкателей и стержнями клапанов первого цилиндра;
5) отрегулировать зазоры между болтами толкателей и стержнями клапанов,
если они отличаются от нормальных. Для этого, удерживая толкатель от
вращения ключом (за имеющиеся на нем лыски), отпустить контргайку болта
и вращать головку болта (другим ключом) до получения требуемого зазора.
Затянуть контргайку и снова проверить зазор;
6) повернуть пусковой рукояткой коленчатый вал точно на V2 оборота,
проверить и, если нужно, отрегулировать зазоры между регулировочными
болтами толкателей и стержнями клапанов третьего цилиндра;
7) последующими поворотами коленчатого вала точно на Va оборота
установить поршни четвертого, а затем второго цилиндров в в. м. т. такта
сжатия, проверить и, если нужно, отрегулировать зазоры между
регулировочными болтами толкателей и стержнями клапанов четвертого, а
затем и второго цилиндров;
8) установить на место крышку клапанной коробки с прокладкой;
