Лабораторная работа №2
Механизм газораспределения четырехтактных ДВС
Обзорно-аналитический раздел.
В двигателях внутреннего сгорания применяют клапанное, золотниковое и комбинированное газораспределение. Совершенство очистки и наполнения цилиндра зависит главным образом от площади проходного сечения газораспределительных органов и продолжительности их открытия. Увеличение проходных сечений обычно ограничено размерами цилиндра, а время открытия газораспределительных органов зависит от частоты вращения вала.
Рис. 1. Схемы установки и привода клапанов:
а, б, в и г — верхнее расположение клапанов с приводом от распределительного вала, устанавливаемого на головке цилиндров; д — верхнее расположение клапанов при нижней установке распределительного вала; е — нижнее расположение клапанов;
1 — распределительный вал с кулачками; 2 — клапан; 3 — пружина; 4 — коромысло; 5 — рычаг; 6 — траверса; 7 — штанга; 8 — толкатель
Клапанное газораспределение получило наибольшее распространение благодаря сравнительно простому устройству и надежной работе. Клапаны применяют в качестве впускных и выпускных органов в четырехтактных двигателях всех типов и в качестве выпускных органов в двухтактных двигателях при клапанно-щелевой схеме газообмена. На рис. 1 представлены схемы установки и привода клапанов. В настоящее время чаще применяют верхнее расположение клапанов (рис: 1, а—д) и реже — нижнее (рис. 1, е) ввиду худшего наполнения цилиндра свежим зарядом.
Верхнее (подвесное) расположение клапанов в головке цилиндров позволяет применять разнообразные варианты компактных камер сгорания геометрической формы, благоприятной для протекания рабочих процессов в цилиндре.
Меньшая поверхность в камере обусловливает уменьшение тепловых потерь через стенки, а следовательно, увеличение индикаторного КПД. Верхнее расположение клапанов типично для всех дизелей. В современных карбюраторных двигателях с повышенной степенью сжатия применяют, как правило, подвесные клапаны, обеспечивающие лучшее наполнение цилиндра свежим зарядом. Для увеличения наполнения цилиндров используют 4 клапана на каждый цилиндр, для привода которых обычно применяют 2 распределительных вала (рис.1 – а).
В современных ДВС в механизмах привода клапанов применяют гидравлические толкатели (рис. 2).
Рис. 2 Гидравлический толкатель:
1 — колпачок; 2 и 3 — стопорные кольца; 4 — втулка; 5 — плунжер; 6 — пружина; 7 — корпус клапана; 8 — шариковый клапан.
В этом случае в приводе отсутствует зазор, что обеспечивает безударное набегание и сход толкателя с кулачка, устраняет колебания в механизме и уменьшает шум при работе. По каналу в рычаге масло подается под давлением через шариковый клапан 8 в канал в его корпусе 7 и поступает в полость плунжера 5. При набегании кулачка давление в полости плунжера увеличивается, шарик закрывает отверстие во втулке 4 и усилие от рычага передается колпачку 1 и соответственно клапану через слой масла. Зазор δ служит для компенсации деформации клапана при работе. Применяются и другие конструкции гидротолкателей.
Преимущества использования гидротолкателей:
1. Демпфирование (гашение) упругих колебаний механизма привода.
2. Обеспечение без зазорной работы клапанного механизма.
3. Исключение необходимости в периодическом регулировании теплового зазора в клапанном механизме.
Штанги (поз.7 на рис.1- д) передают усилие от толкателя рычагу или коромыслу; они представляют собой алюминиевые или стальные трубки, на концах которых запрессованы стальные, термически обработанные наконечники. Материал штанги подбирают с учетом компенсации термических деформаций блока и головки цилиндров при работе двигателя.
Рычаги-коромысла (поз.4 на рис.1- б, д) служат для изменения направления движения, передаваемого штангой. Коромысло представляет собой двухплечий рычаг, штампованный из стали и вращающийся на оси в бронзовых втулках.
В коротком плече рычага на резьбе устанавливают регулировочный винт с контргайкой для регулирования теплового зазора. Через систему отверстий масло подводится для смазывания шарнира, образованного опорной поверхностью винта и наконечником штанги.
Фазы газораспределения
Процессы выпуска из цилиндра продуктов сгорания и наполнения цилиндра свежим зарядом называют процессами газообмена. Продолжительность процессов выпуска и наполнения, их последовательность в цикле двигателя определяются продолжительностью и последовательностью открытия клапанов, т. е. фазами газораспределения. Фазы газораспределения задают угловыми координатами кривошипа в градусах относительно в. м.т. или н. м.т., указывая начало открытия и закрытия клапана.
Фаза впуска – период открытого состояния впускного клапана, выраженный в °п. к.в. Фаза впуска – период открытого состояния выпускного клапана выраженный в °п. к.в.
Рис.3. Фазы газораспределения четырехтактного двигателя:
j1 – угол опережения открытия впускного клапана.
j2 – угол запаздывания закрытия впускного клапана.
j3 – угол опережения открытия выпускного клапана.
j4 – угол запаздывания закрытия выпускного клапана.
Большая часть процессов выпуска и наполнения протекает раздельно, но около в. м.т. впускной и выпускной клапаны открыты некоторое время одновременно. Продолжительность перекрытия клапанов, равна сумме углов j1+j4, невелика.
Продолжительность фазы впуска соответствует (j1+ 1800 + j1), фазы выпуска (j3 + 1800 + j4). Общая продолжительность газообмена составляет 400¸520°, у высокооборотных двигателей она наибольшая.
 |
Рис.4. Закон подъёма клапанов.
Экспериментальный раздел.
Данный раздел работы осуществляется с использованием макета двигателя, который оснащен микрометрической головкой для измерения подъема клапана и имеет градуированный диск для регистрации угла поворота коленчатого вала.
Поворачивая коленчатый вал поочередно на угол 100, каждый раз регистрируют величину подъема клапана h (в мм). Результаты измерений сводят в таблицу. Далее с использованием данных таблицы строят график h = f(φ).
В качестве примера ниже приводятся данные измерений, полученные на двигателе легкового автомобиля М-412.
Угол поворота коленчатого вала,°п. к.в. | Перемещение клапана, h, мм |
330 | 0 |
340 | 0,11 |
350 | 0,42 |
360 | 1,24 |
10 | 2,68 |
20 | 3,70 |
30 | 4,80 |
40 | 5,77 |
50 | 6,56 |
60 | 7,31 |
70 | 7,90 |
80 | 8,32 |
90 | 8,59 |
100 | 8,66 |
110 | 8,53 |
120 | 8,29 |
130 | 7,85 |
140 | 7,25 |
150 | 6,57 |
160 | 5,77 |
170 | 4,78 |
180 | 3,84 |
190 | 2,80 |
200 | 1,73 |
210 | 0,83 |
220 | 0,24 |
230 | 0 |
График зависимости высоты подъёма клапана от угла поворота коленчатого вала.
Основные порталы (построено редакторами)