Из чего состоит распределительные шестерни двигателя?

Газораспределительный ме6ханизм (ГРМ)

В четырехтактных двигателях применяют клапанный газораспределительный механизм (рис. 15), служащий для своевременной подачи в цилиндры воздуха (в дизелях) или горючей смеси (в карбюраторных двигателях) и для выпуска из цилиндров отработавших газов.

Рис. 15. Схемы газораспределительных механизмов:

а – с грибовидным толкателем; контргайка; б – с качающимся толкателем; стойка валика коромысла; 1 – промежуточная шестерня; штанга; 2 – поршень; 3 – клапан; 4 – головка ци­линдров; шестерня распределительного вала; 5 – направляющая втулка;

6 – пружины клапана; 7 – коромысло; 8 – ось (валик) коромысла; 9 – регулировочный винт; 10 – контргайка; 11 – стойка валика коромысла; 12 – штанга; 13 – толкатель; 14 — распределительный вал; 15 — шестерня распре­делительного вала; 16 – шестерня коленчатого вала; 17 – валик декомпрессора

Для этого клапаны в определенные моменты открывают и закрывают впускные и выпускные каналы головки цилиндров, которые сообщают цилиндры двигателя с впускными и выпускными трубопроводами. Различают два вида клапанных газораспределительных механизмов: с подвесными клапанами, расположенными в головке цилиндров, и боковыми, размещенными в блок-картере. В газораспределительный механизм входят впускные и выпускные клапаны с пружинами, передаточные детали от распределительного вала к клапанам, распределительный вал и шестерни.

Действует газораспределительный механизм следующим образом. Коленчатый вал с помощью шестерен вращает распределительный вал 14, каждый кулачок которого, набегая на толкатель 13, поднимает его вместе со штангой 12. Штанга поднимает один конец коромысла 7, а другой движется вниз и давит на клапан 3, опуская его и сжимая пружины б клапана. Когда кулачок распределительного вала сходит с толкателя, штанга и толкатель опускаются, а клапан под действием пружин, садясь в седло, плотно закрывает отверстие клапана.

Периоды с момента открытия клапанов до момента их закрытия, выраженные в градусах поворота коленчатого вала, называют фазами газораспределения. Их изображают в виде таблицы или круговой диаграммы. На рисунке 16 приведена диаграмма фаз газораспределения тракторного двигателя Д-240.

Рис. 16. Диаграммы газораспределения фаз

Опережение открытия и запаздывание закрытия впускного клапана позволило продлить впуск воздуха от 180° до 242°. После закрытия впускного клапана дизеля воздух сжимается, топливо впрыскивается в камеру сгорания, происходит рабочий ход поршня. Выпуск отработавших газов из цилиндра, или открытие впускного клапана, начинается до прихода поршня в НМТ за 56° по углу поворота коленчатого вала. К моменту прихода поршня в НМТ часть отработавших газов выходит из цилиндра, что уменьшает противодавление газов на поршень при выталкивании во время такта выпуска. Выпускной клапан закрывается после прохода поршнем ВМТ. Продолжительность открытия

выпускного клапана по углу поворота коленчатого вала – 252°. В конце такта выпуска и начале такта впуска оба клапана некоторое время открыты одновременно, что соответствует, 32° по углу поворота коленча­того вала. Такое перекрытие клапанов способствует лучшей очистке цилиндра от отработавших газов в результате его продувки чистым воздухом.

Клапан 1 (рис. 17) состоит из тарелки и стержня. Переход от тарелки к стержню сделан плавным, что придает необходимую прочность, улуч­шает теплоотвод и уменьшает сопротивление движению отработавших газов. Для лучшего заполнения цилиндров воздухом, диаметры тарелок впускных клапанов больше диаметров тарелок выпускных клапанов.

Рис.17. Клапанный механизм:

1 – клапан; 2 – направляющая втулка клапана; 3 – тарелка пружины; 4 – сухарики; 5 – втулка сухариков; 6 – пружины; 7 – опорная шайба пружины;

А – фаска клапана

Сухарики 4 представляют собой коническое кольцо, разрезанное на две половинки. В некоторых двигателях между тарелкой пружин и сухариками находится втулка, которая зажимает сухарики и опирается на дно тарелки нижним узким торцом. Благодаря этому, клапан может проворачиваться относительно тарелки под воздействием коромысла и вследствие вибрации пружин. Это благоприятно отражается на работоспособности трущихся поверхностей клапана, его втулки и седлами обеспечивает их равномерный износ.

Направляющая втулка 2 обеспечивает направленное движение кла­пана и движение его в седло без перекоса.

Пружина 6 создает усилие, необходимое для закрытия клапана и плотной его посадки в седло.

Коромысло 5 (рис. 18) представляет собой двухплечий рычаг, изготовленный из стали. В средней его части, имеется утолщение с отверстием, куда запрессована втулка 11. На одном (длинном) плече коромысло имеет закаленный боек, которым оно давит на клапан, а на другом -резьбовое отверстие; в него ввертывают регулировочный винт 2, с помощью которого устанавливают зазор между клапаном и бойком коромысла, и обеспечивают плотное закрытие клапана.

Штанга 1 служит для передачи усилия от толкателя к коромыслу. Верхний наконечник может иметь шаровидную форму или углубление со сферической поверхностью. На него опирается головка регулировочного винта, ввернутого в коромысло.

Рис. 18. Коромысла и штанги

Рис. 19. Толкатели:

а – традиционные толкатели, б – качающийся толкатель;

1 – штанга; 2 – грибовидный толкатель; 3 – втулка толкателя; 4 – толкатель с выпуклым днищем; 5 – кулачки распределительного вала; 6 – толкатель в виде стаканчика; 7 – грибовидный толкатель с кольцевой выемкой; 8 – ось ролика; 9 – ролик; 10 – пятка; 11 – втулка; 12 – корпус толкателя

Толкатели (рис. 19) изготавливают из стали. По конструкции бывают цилиндрическими, грибовидными или качающимися роликовыми. На нижней части этих толкателей имеется плоская или сферическая опорная поверхность.

Для равномерного изнашивания толкатели при работе двигателя совершают одновременно поступательное и вращательное движение.

Распределительный вал 8 (рис. 20) нужен для своевременного открытия и закрытия клапанов в определенной последовательности. Заодно с валом изготовлены кулачки и опорные шейки. Каждый кулачок воздействует на один клапан – впускной или выпускной. В некоторых автомобильных двигателях заодно с распределительным валом изготовлены эксцентрик 5 привода бензинового насоса и шестерни 13 привода масляного насоса.

Рис. 20. Распределительный механизм V-образного двигателя (ЗИЛ-130): а – устройство; б, в – схемы ограничения осевого люфта

1 – шестерня; 2 – упорный фланец; 3 – распорное кольцо; 4 – опорные шейки; 5 – эксцентрик привода топливного насоса; б – кулачки выпускных клапанов; 7 – кулачки впускных клапанов; 8 – распределительный вал; 9 – втулка; 10 – впускной клапан; 11 – штанга; 12 – коромысло; 13 – шестерня привода масляного насоса и прерывателя; 14 – крышка распределительных шестерен; 15-подпятник

В одной (или двух) из шеек распределительного вала имеется отверстие (сечение II-II) для подвода масла в канал блока, откуда оно подается к коромыслам. Масло в канал поступает в момент совмещения отверстия в шейке с каналом в блоке. На переднем конце распределительного вала большинства двигателей установлена приводная шестерня 1. Между шестерней и передней шейкой вала установлены распорное кольцо 3 и ограничивающий осевое перемещение вала упорный фланец 2, который привертывают болтами к передней стенке блок картера.

Распределительные шестерни большинства двигателей расположены в передней части в специальном картере. Они необходимы для передачи вращения от коленчатого вала распределительному валу, валу топливного насоса, масляному насосу и другим механизмам.

Направление вращения распределительного вала и вала топливного насоса у большинства тракторных двигателей совпадает с направлением вращения коленчатого вала. Поэтому между шестернями этих валов устанавливают дополнительно промежуточную шестерню 3 (рис. 21, а).

Рис. 21. Установка распределительных шестерен по меткам:

а – при вращении валов распределительного и топливного насоса в одну сторону с коленчатым валом; б – при вращении в разные стороны коленчатого и распределительного валов; в – при вращении в разные стороны вала топливного насосе и распределительного вала; 1 – шестерня коленчатого вала; 2 – шестерня распределительного вала; 3 – промежуточная шестерня; 4 – шестерня привода гидронасоса; 5 – шестерня топливного насоса; 6 – ведущая шестерня масляного насоса; 7 – ведомые шестерни масляного насоса; 8 – ведущая шестерня привода топливного насоса; 9 – штанга.

За два оборота коленчатого вала распределительный вал делает только один оборот. Следовательно, диаметр шестерни 1 коленчатого вала (и число зубьев) в два раза меньше, чем шестерни 2 распределительного вала. В этом случае, если распределительный и коленчатый валы вращаются в разные стороны, то промежуточная шестерня между ними отсутствует (рис. 21,6).

В некоторых двигателях вал топливного насоса и распределительный вал вращаются в противоположные стороны (рис. 21, в).

Чтобы прокрутить коленчатый вал дизеля во время регулировки его или при пуске, требуется затратить значительные усилия на преодоление сопротивления воздуха, сжимаемого в цилиндрах. Для уменьшения этого сопротивления на ряде тракторных двигателей применяют вспомогательный Декомпрессионный механизм (декомпрессор), с помощью которого приоткрывают клапаны, и из цилиндров при такте сжатия воздух выходит в атмосферу. Благодаря этому значительно снижается усилие, необходимое для вращения коленчатого вала Деком­прессионный механизм входит в систему пуска двигателя, но конструк­тивно он объединен с газораспределительным механизмом.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение ГРМ?

2. Дня чего между клапанами и коромыслами необходим зазор?

3. Почему диаметр шестерни коленчатого вала в два раза меньше диаметра шестерни распределительного вала?

4. С какой целью распределительные шестерни устанавливают пометкам?

5. Каково назначение декомпрессионного механизма?

Дата добавления: 2014-12-26 ; Просмотров: 2427 ; Нарушение авторских прав?

Чем является разрезная шестерня распредвала

Разрезная шестерня распредвала находиться в двигателе автомобиля. Благодаря ей можно поменять по отношению к коленвалу расположение распредвала, при этом не нужно производить дополнительное ослабление ремня газораспределительного механизма. Калибровку можно произвести на 1/10 долю градуса. Шестерня распредвала: для чего нужна и что даёт, предназначение и функции, монтаж и установка, можно узнать прочитав данную ниже информацию.

Что такое разрезная шестерня распредвала

Шестеренка распредвала – это цельный металлический механизм, не имеющий подвижных деталей. Разрезной вид имеет две части. Они могут синхронно перемещаться. Изменить положение распредвала не снимая другие детали для полного доступа к нему – возможно, благодаря данному изделию.

Предназначение и функции

Для чего именно нужна разрезная шестерня распредвала? Ее назначение: шестерня распредвала позволяет менять свое положение и расширить диапазоны на максимум для крутящего момента.

Она состоит из внутренней стационарной шестерни и равноценной по размеру наружной двигающейся части. Второй вид можно отрегулировать по отношению к ступице. После того как произошла установка шестеренки распредвала на шкивный механизм, одна внутренняя часть фиксируется. Во второй можно менять положение через шаг по зубьям в любую из сторон на небольшое количество градусов .

Что такое разрезная шестерня распредвала и какие ее функции? Даже если на шестерне имеется заводская погрешность, можно самостоятельно менять газораспределительные фазы. Выставлять их по своему усмотрению для лучшей работы всего узла. Основная функция – увеличить мощность двигателя , произвести максимально настройку КПД.

Установка разрезной шестерни

Для чего нужна разрезная шестерня распредвала и насколько ее установка необходимая? Это нужно для следующего:

• Когда происходит конвейерная сборка двигателя на заводах в любом случае допускается определенное число погрешностей. Точной до миллиметра установки нет возможности сделать, и поэтому производители предупреждают об этом. Два автомобиля одинаковой сборки и комплектации могут отличаться между собой в области коленвала на 10 градусов или 1 зубец разрезной шестеренки . Данные расхождения очень важные. От них зависит непосредственно мощность двигателя. Но это можно отрегулировать самостоятельно и поможет в этом данная разрезная шестерня распредвала.
• Возможна установка распредвала специального спортивного вида. Мотор должен иметь большую мощность, чтобы можно было набрать необходимую скорость. Прибавить пять процентов к оборотности поможет регулировка внешней части этой детали.

Как правильно настроить

Что дает разрезная шестерня распредвала и как ее правильно настроить – это можно узнать в данном разделе. Ее настройку производят часовым индикатором, который используется для перекрывания клапанной системы. Поршневая часть должна быть передвинута вверх.

Как совершить настройку :

1. На шкивной части распределительного вала следует совместить спец метки на обеих частях шестерни (на подвижной и фиксированной).
2. Вернуть на свое место ременную деталь газораспределительного механизма. Дополнительно проверить размещение всех деталей относительно меткам.
3. Открыть на однофазную позицию клапаны впускного и выпускного вида. Они находятся в четвертом цилиндре. Если их положение не одинаковое, нужно специальной отверткой опустить болт на каждой детали.
4. Повернуть распредвал, при этом следить чтобы подвижная часть шестеренки осталась в начальном положении.

Замена шестерни

Производятся такие манипуляции:

1. Снять крышку на блочных цилиндрах.
2. Вытащить уплотнитель из резины на шпоночной части.
3. Вытащить шпонку.
4. Снять отражатель масла.
5. Совмещается метки на шестерне.
6. Болт на шестерне подвернуть к распредвалу.
7. При помощи съемного оборудования прессуется шестеренка. Снимается полностью.
8. Ставиться новая деталь, совмещаются метки.

Снятие разрезной шестерни распредвала

После того когда было изучено что такое разрезная шестерня распредвала, ее преимущества, нужно понять, как ее безопасно снимать. Требуется сделать следующее:

• Снимается верхняя часть клапанов.
• При помощи ключа снимается старая деталь, при этом наносится метка на другую стационарную часть.
• Одевается новая подвижная часть, сопоставляется по метке.
• Одевается ремень газораспределительного механизма. Нужно давать натяжение на него до оптимального уровня.

Эволюция ГРМ: шестерни, цепь и ремень

Два слова о ГРМ

Клапанный механизм газораспределения, сокращенно ГРМ, — это то, без чего четырехтактный двигатель существовать в принципе не может. Он открывает впускные клапана, впуская воздух или горючую смесь в цилиндры на такте впуска, открывает выпускные на такте выпуска и надежно запирает горящую в цилиндре смесь во время рабочего хода. От того, насколько хорошо он обеспечивает “дыхание” мотора — подачу воздуха и выпуск отработавших газов — зависит и мощность, и экологичность мотора.

Клапаны открывают и закрывают своими кулачками распределительные валы, а крутящий момент на них передается с коленвала, в чем, собственно, и состоит задача привода ГРМ. Сегодня для этого используют цепь или ремень. Но так было не всегда…

Старый добрый нижний распредвал

В начале ХХ века проблем с приводами распредвала не было — его раскручивали обычные шестерни, а к клапанам от него шли штанги толкателей. Клапаны располагались тогда сбоку, в “кармане” камеры сгорания, прямо над распределительным валом, и открывались-закрывались штангами. Потом клапаны стали ставить один напротив другого, чтобы уменьшить объем и площадь поверхности этого “кармана” — в результате неоптимальной формы камеры сгорания моторы имели повышенную склонность к детонации и плохой термический КПД: много тепла уходило в стенки головки блока цилиндров. И наконец, клапаны перенесли в область прямо над поршнем, и камера сгорания стала совсем небольшой и почти правильной формы.

Расположение клапанов сверху камеры сгорания и привод клапанов более длинными толкателями (так называемая схема OHV), предложенные еще в начале ХХ века Дэвидом Бьюиком, оказались самыми удобными. Такая схема вытеснила варианты моторов с боковыми клапанами в гоночных конструкциях уже к 1920 году. Например, именно она применяется в знаменитых двигателях Chrysler Hemi и моторах Corvette и в наше время. А моторы с боковыми клапанами могут помнить водители ГАЗ-52 или ГАЗ-М-20 “Победа”, где данная схема применялась в двигателях.

И ведь так удобно все это было! Конструкция очень проста. Распредвал, оставаясь внизу, находится в блоке цилиндров, где прекрасно смазывается разбрызгиванием масла! Даже штанги и кулачки рокеров с регулировочными шайбами можно оставить снаружи при необходимости. Но прогресс не стоял на месте.

Почему отказались от штанг?

Проблема — в лишнем весе. В 30-е годы скорость вращения гоночных моторов на земле и авиационных моторов на самолетах достигла величин, при которых появилась необходимость облегчить механизм газораспределения. Ведь каждый грамм массы клапана вынуждает увеличивать и силу пружин, которые его закрывают, и прочность толкателей, через которые распредвал жмет на клапан, в результате потери на привод ГРМ быстро возрастают при увеличении оборотов мотора.

Выход был найден в переносе распределительного вала наверх, в головку блока цилиндров, что позволило отказаться от простой, но тяжелой системы с толкателями и значительно уменьшить инерционные потери. Поднялись рабочие обороты мотора, а значит, увеличилась и мощность. Например, Роберт Пежо создал в 1912 году гоночный двигатель с четырьмя клапанами на цилиндр и двумя верхними распредвалами. С переносом распределительных валов наверх, в головку блока, возникала и проблема их привода.

Первым решением было ввести промежуточные шестерни. Существовал, скажем, вариант с приводом дополнительным валом с коническими шестернями, как, например, на всем танкистам знакомом двигателе В2 и его производных. Такая схема применялась и на уже упомянутом моторе Peugeot, авиамоторах Curtiss К12 образца 1916 года и Hispano-Suiza 1915 года.

Еще одним вариантом стала установка нескольких цилиндрических шестерен, например в двигателях болидов Формулы-1 периода 60-х годов. Удивительно, но “многошестеренная” технология находила применение и совсем недавно. Например, на нескольких модификациях дизельных 2.5-литровых моторов Volkswagen, ставившихся на Transporter T5 и Touareg — AXD, AXE и BLJ.

Почему пришла цепь?

У шестеренчатого привода было много “врожденных” проблем, главная из которых — шумность. Помимо того, шестерни требовали точной установки валов, расчета зазоров и взаимной твердости материалов, а также — муфт гашения крутильных колебаний. В общем, конструкция при кажущейся простоте была мудреной, а шестерни — отнюдь не “вечными”. Нужно было что-то другое.

Когда впервые применили цепь для привода ГРМ, точно неизвестно. Но одной из первых массовых конструкций был двигатель мотоцикла AJS 350 с цепным приводом в 1927 году. Конструкция оказалась удачной: цепь не только была тише и проще в устройстве, чем система валов, но и снижала передачу вредных крутильных колебаний за счет работы своей системы натяжения.

Как ни странно, цепь не нашла применения в авиационных моторах, и в автомобильных появилась значительно позже. Сначала она появилась в приводе нижнего распредвала вместо громоздких шестерен, но постепенно стала набирать популярность и в приводах с верхними распредвалами, однако особенно стала актуальна, когда появились моторы с двумя распредвалами. Например, цепью приводился ГРМ в двигателе Ferrari 166 1948 года и в поздних версиях мотора Ferrari 250, хотя ранние варианты его имели привод коническими шестернями.

В массовых моторах нужды в цепном приводе долго не возникало — до 80-х годов. Маломощные двигатели выпускались с нижним распредвалом, и это не только “Волги”, но и Skoda Felicia, Ford Escort 1.3 и множество американских машин — на V-образных моторах штанги-толкатели стояли до последнего. А вот на высокофорсированных моторах европейских производителей цепи появились уже в 50-е годы и до конца 80-х оставались преобладающим типом привода ГРМ.

Как появился ремень?

Примерно тогда же у цепи появился опасный конкурент. Именно в 60-е развитие технологий позволило создать достаточно надежные зубчатые ремни. Хотя вообще-то ременная передача — одна из старейших, она использовалась для привода механизмов еще в античности. Развитие станочного парка с групповым приводом механизмов от паровой машины или водяного колеса обеспечило развитие технологий производства ремней. Из кожаных они стали текстильными и металлокордными, с применением нейлона и других синтетических материалов.

Первый случай использования ремня в приводе ГРМ относят к 1954 году, когда в гонках SCCA победил Devin Sports Car конструкции Билла Девина. Его мотор, согласно описанию, имел верхний распредвал и привод зубчатым ремнем. Первой же серийной машиной с ремнем в приводе ГРМ считается модель Glas 1004 1962 года небольшой немецкой компании, позднее поглощенной BMW.

В 1966 году, Opel/Vauxhall начал производство массовых моторов серии Slant Four с ремнем в приводе ГРМ. В том же году, несколько позже, появились моторы Pontiac OHC Six и Fiat Twincam, тоже с ремнем. Технология стала по-настоящему массовой.

Причем мотор от Fiat чуть было не попал на наши” Жигули”! Рассматривался вариант его установки вместо нижневального мотора Fiat-124 на будущий ВАЗ 2101. Но, как известно, старый мотор просто переделали под верхние клапаны, а в качестве привода поставили цепь.

Как видно, сначала ремень использовался исключительно на недорогих моторах. Ведь его основными преимуществами была низкая цена и малая шумность привода, что актуально для небольших машин, не обремененных шумоизоляцией. Но его нужно было регулярно менять и следить, чтобы на него не попадали агрессивные жидкости и масло, причем интервал замены уже тогда был немаленьким и составлял 50 тысяч километров.

И все же славу не слишком надежного способа привода ГРМ он получить успел. Ведь достаточно было погнуться одной шпильке или выйти из строя одному ролику, как его ресурс снижался в разы.

Серьезно снижало ресурс и замасливание — тут не всегда помогал даже герметичный кожух, ведь моторы тех лет имели весьма примитивную систему вентиляции картерных газов и масло все равно попадало на ремень.

Впрочем, все нюансы применения некачественных ремней ГРМ у нас знакомы владельцам переднеприводных ВАЗ. Мотор 2108 разрабатывался как раз в 80-е, на пике увлечения ремнями. Тогда их стали ставить даже на большие моторы вроде ниссановского RB26, и надежность лучших образцов была на уровне. С тех пор споры о том, что лучше — цепь или ремень, не утихают ни на минуту. Будьте уверены, прямо сейчас, пока вы читаете эти строки, на каком-нибудь форуме или в курилке два апологета разных приводов спорят до полного изнеможения.

В следующей публикации я подробно разберу все плюсы и минусы цепных и ременных приводов. Оставайтесь на связи!