Системы и механизмы двигателя III: Механизм газораспределения; Смазочная система; Система охлаждения; Система питания воздухом; Система выпуска отработавших газов

Механизм газораспределения

Схемы механизмов газораспределения

Назначение механизма газораспределения (МГР) состоит вобеспечении периодической смены рабочего тела в цилиндре ДВС при реализации действительного цикла. Смена рабочего тела предполагает наполнение цилиндра свежим зарядом и его очистку от отработавших газов.

Основные конструктивные решения и схемы МГР. Впускные и выпускные тракты МГР имеют окна, которые могут открываться и закрываться подвижным элементом тремя способами: клапаном, перемещающимся в отверстии; диском или цилиндром, содержащим отверстие, которое совпадает с отверстиями в камере (отверстие может совершать вращательное или плоскопараллельное движение); поршнем, перекрывающим окна в цилиндре двигателя (в ряде двухтактных двигателей).

Механизмы газораспределения, использующие первый способ, называют клапанными, а последние два — золотниковыми. Клапанные МГР широко применяются в современных четырехтактных автотракторных двигателях в силу простоты конструкции, малой стоимости изготовления и ремонта, хорошего уплотнения камеры сгорания и надежности в работе. Верхнее расположение клапана в головке цилиндров является основным вариантом, реализуемым в современных МГР.

Коленчатый вал через привод вращает распределительный вал, который с помощью привода клапанного узла задает управляющее воздействие и закон подъема клапану. Схема МГР зависит от взаимосвязанных факторов: выбранного способа организации рабочего процесса, что предопределяет форму и расположение камеры сгорания (в дизелях камеры сгорания обычно располагаются в поршне, а в двигателях с искровым зажиганием — в головке блока цилиндров); принятого количества клапанов на один ци линдр (2, 3 и более); места расположения (нижнее или верхнее) И количества (1 или 2) распределительных валов.

Двухклапанный механизм (один впускной и один выпускной Клапаны на цилиндр) является наиболее простым. Относительно Продольной оси двигателя клапаны могут располагаться продольно и поперечно (косо).

Расположение и число клапанов на цилиндр:
а — два, б — три, в — четыре

Продольное расположение клапанов (а) наиболее простое и применяется в двигателях с искровым зажиганием для клиновидных и плоскоовальных камер сгорания, а в дизелях — для удобства размещения и обслуживания форсунок.

Расположение клапанов относительно оси цилиндра может быть параллельным в дизелях и при плоскоовальных камерах сгорания у двигателей с искровым зажиганием, а также под наклоном для клиновых камер сгорания двигателей с искровым зажиганием. Последнее позволяет улучшить впускную систему и расположение свечей зажигания.

Поперечное или косое расположение клапанов в цилиндре используют в полусферических и шатровых камерах сгорания двигателей с искровым зажиганием при установке свечи в центре камеры сгорания. Такая компоновка клапанов обеспечивает наиболее плавную форму каналов и большие проходные сечения, что снижает гидравлические потери и увеличивает наполнение. Возможность наклона или смещения клапанов относительно оси цилиндра позволяет улучшить впускную систему, камеру сгорания, расположение форсунок или свечей зажигания.

Многоклапанные МГР (3, 4, 5 клапанов на цилиндр) (б, в) позволяют получить более высокий коэффициент наполнения за счет увеличения общего проходного сечения трактов.

По месту расположения распределительного вала различают МГР с нижним или средним и верхним расположением.

Расположение и число распределительных валов:
а — нижнее; б г — верхнее одного распределительного вала; д и е — двух распределительных валов, 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; 3 — штанга; 4 — коромысло; 5 — клапанный механизм; 6 — траверса

Привод к верхним распределительным валам ремнем (а), цепью (б), с помощью шестерен (в) и системы промежуточных валов
с коническими или винтовыми шестернями (г):
1 — коленчатый вал, 2 — жидкостный насос; 3 — натяжной ролик; 4 — распределительные валы, 5 — приводной ремень; 6 — натяжитель цепи; 7 — башмак натяжителя цепи, 8 — цепь; 9 — успокоитель цепи; 10 — масляный насос; 11 —промежуточные валы Детали поз 1, 2, 4, 10и 11 (шкивы, звездочки, шестерни) для краткости условно названы наименованиями соответствующих валов

Привод клапанов осуществляется одним или двумя распределительными валами.

Привод клапанного механизма:
а — непосредственный, б...г — через рычаги; д...з — с помощью коромысла; 1 —
стакан; 2 и 6— стойки; 3 и 4 — регулировочные болты; 5 — шарик; 7— канал

Элементы механизма газораспределения

Распределительный вал служит для управления клапанами с помощью расположенных на нем кулачков. В двигателях с искровым зажиганием он также может использоваться для привода распределителя зажигания, масляного и топливного насосов. Для обеспечения необходимой жесткости распределительного вала число опорных шеек обычно равно числу коренных опор коленчатого вала.

Фиксация распределительного вала от осевых перемещений:
а — бронзовым упорным фланцем, б — буртиком подшипника и регулировочным болтом, в — буртиками, 1 — фланец, 2 — шайба; 3 — болт; 4 — подшипник; 5 — буртик

Толкатели:
а — грибковые с плоской опорной поверхностью; б — со смещением оси; в — грибковые со сферической поверхностью; г и д — цилиндрические со сферической опорной поверхностью; е — цилиндрические роликовые; ж — рычажные выпуклые; з — рычажные роликовые; и — гидравлические; 1 — палец; 2 — корпус; з — головка; 4 — плунжер; 5 — клапан; 6 — пружина

Клапанный узел должен соответствовать следующим требованиям:

обеспечивать наполнение цилиндра и его герметизацию; иметь минимальную массу; обладать достаточной прочностью, жесткостью и минимальными деформациями деталей; иметь малую тепловосприимчивость поверхности головки клапана и обеспечивать эффективный теплоотвод (особенно для выпускного клапана), высокую износостойкость в сопряжениях клапан-—втулка и клапан—седло, а также высокую коррозионную стойкость в сопряжении клапан—седло.

Элементы клапанного механизма:
а...г — клапаны; д...е — детали крепления тарелки Пружины клапана; ж. .л —
седла клапанов; 1 — пружинное стопорное кольцо; 2 — сухари; 3 — опорная тарелка; 4 — втулка; 5 — колпачок

Смазочная система

Основными функциями смазочной системы являются: снижение потерь энергии на трение; уменьшение износа трущихся сопряжений; вынос из зазоров трущихся сопряжений продуктов износа и их удаление из масла; защита металлических поверхностей двигателя от коррозии; отвод образующейся при трении теплоты; герметизация зазоров между деталями; охлаждение поршней форсированных двигателей.

В основе работы различных смазочных систем двигателей лежит одна и та же принципиальная схема.

Схема смазочной системы двигателя:
1 — редукционные клапаны, 2 — масляные насосы, 3 — перепускные клапаны;
4— фильтр грубой очистки, 5 — дифференциальный клапан, 6 — центрифуга;
7— масляный радиатор; 8— главная масляная магистраль

Моторные масла

В России моторные масла классифицируют в соответствии с ГОСТ 17479.1-85, например: М6БЬ М8Г2, М4з/8ВЬ М6з/10Г2. В основе классификации — требуемая вязкость масла при температуре 100 °С. Масла подразделяют на шесть групп. В каждой группе марка масла обозначается буквами и цифрами. Буква М означает моторное масло. Первая цифра указывает класс вязкости масла при температуре 100 °С, а при наличии дроби — код, характеризующий вязкость при температуре -18 °С, а в знаменателе — вязкость при 100 °С. Индекс «з» обозначает загущенное масло с вязкостными присадками. Последующие буквы Б, В, Г характеризуют степень форсированцости двигателя (мало-, средне- и высокофорсированные соответственно).

Масла для двигателей с искровым зажиганием имеют индекс 1, а для дизелей — индекс 2. При отсутствии индекса масло предназначено для двигателей обоих типов. 

Система охлаждения

В зависимости от вида теплоносителя, с помощью которого осуществляется отвод теплоты от двигателя, различают жидкостные и воздушные системы охлаждения.

Жидкостная система охлаждения

В автотракторных двигателях применяют жидкостные системы закрытого типа с принудительной циркуляцией охлаждающего теплоносителя. Она состоит из жидкостного и воздушного трактов.

Схема системы охлаждения:
1 — радиатор, 2 — паровоздушная трубка;
3— термостат; 4 — расширительный ба-
чок; 5 —пробка расширительного бачка;
6— рубашка охлаждения блока цилиндров,
7— насос; 8— вентилятор; 9— обводной
трубопровод

Решетки охлаждения трубчато-пластинчатых радиаторов а — принципиальная схема; б — рядное расположение трубок; в — шахматное расположение; г — шахматное расположение под утлом к воздушному потоку; д — охлаждающая пластина с отогнутыми просечками и трубчато-ленточных радиаторов е — принципиальная схема; ж — охлаждающая лента

Жидкостный насос:
1— ступица вентилятора; 2— вентилятор; 3 — болт; 4— кольцо; 5 — пружинная шайба; 6 — дистанционная втулка; 7 — стопорный винт; 8 — прокладка; 9 — приемный патрубок; 10 — корпус; 11 — крыльчатка; 12 — вал; 13 — уплотнитель; 14— крышка; 15—шариковый двухрядный подшипник; 16— шкив; А— полость насоса; Б — приемное отверстие шланга отопителя; В — контрольное
отверстие

Воздушная система охлаждения

В автомобильных двигателях воздушного охлаждения воздух принудительно нагнетают вентилятором в межреберные каналы головок и цилиндров. Для повышения теплоотдачи цилиндры и головки цилиндров оребряют.

Система питания воздухом

Воздухоочистители

В современных двигателях используют следующие типы воздухоочистителей: инерционно-центробежные, пористые и комбинированные.

Воздухоочистители с картонным фильтрующим элементом (а) и комбинированный двухступенчатый (б):
1 — прямоточный моноциклон, 2 — картонный фильтрующий элемент, 3 — бункер для сбора отсепарированной пыли, 4 — инерционно-масленый воздухоочиститель, 5 — коническая инерционная решетка

Агрегаты питания воздухом двигателей с наддувом

Нагнетатели воздуха:
а — турбокомпрессор; б — приводной роторно-шестеренчатый компрессор; в — приводной роторно-пластинчатый компрессор; 1 — впускной патрубок; 2 — гайка; 3 — колесо компрессора; 4 — уметочный сборник; 5 и 10— уплотнительные кольца; 6— корпус; 7— улитка турбины; 8— колесо турбины; 9 — направляющий аппарат; 11 — вал; 12— втулка, 13 — диффузор, А — канал; Б — сливное отверстие

Система выпуска отработавших газов

Система выпуска должна обеспечить отвод и снижение токсичности отработавших газов, а также уменьшение шума процесса выпуска. В системе могут быть размещены узлы дополнительных устройств: моторного тормоза, системы эжекции воздухоочистителя, сажеуловителя дизеля и др.

Система выпуска состоит из приемных труб, системы моторного тормоза, системы щумоглушения (глушителя), нейтрализатора (одного или двух), сажевого фильтра для дизеля и отводной трубы.

Глушитель шума легкового автомобиля