Механизм газораспределения двигателя

Механизм газораспределения служит для своевременного впуска в цилиндры двигателя горючей смеси и выпуска из них отработавших газов. Он состоит из распределительного вала, механизма его привода и клапанного механизма (деталей привода клапанов с регулировочными устройствами, клапанов с седлами, пружин и деталей крепления их на клапанах).

На изучаемых двигателях механизм газораспределения с верхним расположением клапанов. При этом клапанный механизм размещается в головке цилиндров.

Привод распределительного вала от коленчатого вала двигателя может осуществляться зубчатым ремнем (ВАЗ-2108, -2105, МеМЗ-245) или зубчатой цепью (ВАЗ-2106, УЗАМ-331 и 412).

Общее устройство и принцип действия механизма газораспределения

Механизм газораспределения с верхним расположением распределительного вала и клапанов с ременным приводом показан на рис. 11.





От зубчатого шкива 10 коленчатого вала ремнем 1 вращение передается на зубчатый шкив 4 распределительного вала. При вращении распределительного вала его кулачок 5 набегает на рычаг 3, который, поворачиваясь на сферической опоре регулировочного болта 6, другим концом нажимает на стержень клапана и открывает отверстие, сообщающее камеру сгорания цилиндра с впускным (впускной клапан) или выпускным (выпускной клапан) трубопроводом. При дальнейшем повороте вала кулачок сходит выпуклой частью с рычага, который при помощи шпилечной пружины возвращается в исходное положение, а клапан под действием пружины 7 закрывается. При этом между рычагом и затылком кулачка образуется тепловой зазор, который обеспечивает плотное закрытие клапана при удлинении его стержня вследствие нагрева во время работы двигателя.

Клапаны изучаемых деталей имеют по две пружины с разным направлением витков. Это позволяет при поломке одной из пружин предотвратить опускание клапана в цилиндр и возможную при этом серьезную поломку двигателя и не позволяет сломанной пружине застрять в витках другой пружины, не допуская тем самым зависания клапана, а кроме того снижает вибрацию клапанов при работе. Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью головки впускных клапанов имеют больший диаметр, чем головки выпускных клапанов. Для плотного прилегания головок клапанов к седлам их рабочие поверхности делают коническими в виде фасок с углами 45° или 30°; плотность прилегания тарелок клапанов к седлам достигается путем их шлифовки и последующей притирки.



В приводе распределительного вала имеется натяжное устройство 8 ремня с роликом 2, а также может устанавливаться зубчатый шкив 9 для привода вспомогательных приборов двигателя. Расположение и профиль кулачков распределительного вала обеспечивают своевременное открытие впускных и выпускных клапанов с учетом порядка работы цилиндров и фаз газораспределения двигателя (см. табл. 3).

Механизм газораспределения с верхним расположением и цепным приводом распределительного вала устроен и действует аналогично. Цепной привод отличается большей надежностью по сравнению с ременным, однако более шумен в работе.

Конструктивные особенности механизмов газораспределения изучаемых двигателей

На двигателе ВАЗ-2108 распределительный вал 6 (рис. 12) чугунный с эксцентриком привода топливного насоса и пазом на хвостовике для присоединения муфты датчика-распределителя зажигания. Расположение и форма кулачков на валу обеспечивают открытие и закрытие клапанов в соответствии с порядком работы цилиндров и фазами газораспределения двигателя.





Опорные шейки распределительного вала вращаются в отверстиях, которые наполовину находятся в алюминиевых корпусах подшипников: в переднем корпусе находятся первая и вторая, в заднем — третья, четвертая и пятая опоры.

Клапанный механизм составляют клапаны 15, помещенные в чугунных направляющих втулках 13 с наружными стопорными кольцами 12, седла 14 клапанов, толкатели 2, регулировочные шайбы 5, наружные и внутренние пружины 10 и детали крепления пружин (нижняя опорная шайба И, верхняя тарелка 4, конусные сухари 3).

В отверстиях направляющих втулок 13 клапанов имеются спиральные канавки, обеспечивающие их смазку, которые у втулок выпускных клапанов сделаны по всей длине, а у впускных — до половины длины отверстия.

Сверху на направляющие втулки надеваются маслоотражательные колпачки из термомаслостойкой резины со стальными арматурными кольцами, которые охватывают стержень клапана и препятствуют попаданию масла в камеры сгорания через зазоры между втулками и клапанами. Привод распределительного вала состоит из зубчатого ведущего шкива 17 коленчатого вала, приводного зубчатого ремня 22, зубчатого шкива 21 распределительного вала и натяжного устройства 19. Одновременно зубчатым ремнем через шкив 18 осуществляется привод жидкостного насоса системы охлаждения.

На двигателях ВАЗ-2105 и -2106 пятиопорный чугунный распределительный вал с восемью кулачками установлен в корпусе 13 (рис. 13, а). Корпус выполнен из алюминиевого сплава и крепится к головке цилиндров шпильками и гайками. Рычаг 17 силой упругости шпилечной пружины 18 прижимается к торцу стержня клапана и к сферической поверхности регулировочного болта 16, ввернутого в стальную втулку 20 головки блока цилиндров. Впускные 2 и выпускные 21 клапаны расположены наклонно в один ряд. Впускной клапан целиком изготовлен из хромоникельмолибденовой стали, а у выпускного клапана тарелка изготавливается из жаропрочной хромоникельмарганцовистой стали, причем на рабочую поверхность (фаску) тарелки наплавлен жаростойкий сплав. Седла клапанов, запрессованные в гнезде головки цилиндров, изготовлены из жаростойкого чугуна.







Стержни клапанов перемещаются в чугунных направляющих втулках 3 и 22, запрессованных в головку блока цилиндров. Наружная 8 и внутренняя 7 пружины удерживаются опорной тарелкой 9, закрепленной на стержне клапана входящими в его выточку разъемными сухарями 10, имеющими в сложенном виде форму усеченного конуса. На двигателе ВАЗ-2106 распределительный вал приводится во вращение от звездочки 27 (рис. 13, б) коленчатого вала двухрядной роликовой цепью 24, которой одновременно через звездочку 26 вращается вал привода масляного насоса, распределителя зажигания и топливного насоса. Натяжение цепи осуществляется с помощью натяжителя 29. При удлинении цепи в процессе работы башмак 28 натяжного устройства будет автоматически перемещаться под действием плунжера 36, поджимаемого пружиной 37. Для снижения шума цепного привода рабочие поверхности успокоителя 25 и башмака 28 покрыты резиной с малым коэффициентом трения.

На двигателе ВАЗ-2105 распределительный вал приводится во вращение от шкива 39 (рис. 13, в) коленчатого вала посредством зубчатого ремня 48, который одновременно через шкив 51 осуществляет вращение вала привода масляного насоса, распределителя зажигания и топливного насоса. Шкивы коленчатого, распределительного валов и вала привода масляного насоса зубчатые.

На двигателях УЗАМ-331 и 412 распределительный вал 6 (рис. 14, а) вращается непосредственно в теле головки цилиндров на трех опорах. Привод вала осуществляется двухрядной роликовой цепью 19 (рис 14, б) от ведущей звездочки 14, насаженной на передний конец коленчатого вала 21. Ведомая звездочка 18 распределительного вала укреплена на фланце вала; ее положение относительно кулачков фиксируется при помощи установочного штифта на фланце распределительного вала. Постоянное натяжение цепи обеспечивается натяжным устройством, состоящим из звездочки 15, устанавливаемой на одном конце двуплечего рычага 16, и плунжера 17 (с пружиной), упирающегося в другое плечо этого рычага. Положение плунжера фиксируется стопорным болтом 22 (рис. 14, в), установленным в верхней крышке привода механизма газораспределения. При его ослаблении давление плунжера на рычаг натяжителя цепи увеличивается. Для гашения колебаний цепи в приводе со стороны ведущей ветви имеется пластмассовый успокоитель 20 (см. рис. 14, б), укрепленный на переднем торце блока цилиндров.





Клапанный механизм — с верхним V-образным (в поперечной плоскости) расположением клапанов с углом развала 52° (см. рис. 14, а). Коромысла 5 и 8 привода клапанов установлены на двух полых осях 4 и 7 по обе стороны распределительного вала 6. Для отличия осей коромысел на них имеются метки «Вп» и «Вып», т. е. для впускных и выпускных клапанов. На длинном плече коромысла ввернут нажимный регулировочный винт 10 с контргайкой 9. Между винтом и стержнем клапана имеется наконечник 11 регулировочного винта, удерживаемый на торце стержня клапана сферическим концом регулировочного винта, входящим в выемку наконечника. При закрытом клапане между наконечником регулировочного винта и стержнем клапана образуется тепловой зазор а. Верхняя опорная тарелка пружин удерживается на стержне клапана двумя сухарями 3, устанавливаемыми в выточку на стержне клапана.



На двигателе МеМЗ-245 распределительный вал устанавливается в гнездах головки блока цилиндров на пяти опорах и получает вращение от коленчатого вала зубчатым ремнем 7 (рис. 15, а). Натяжное устройство приводного ремня состоит из ролика 4, устанавливаемого на двух шарикоподшипниках.



Кронштейн натяжного устройства крепится к блоку цилиндров двумя болтами 3, один из которых установлен в прорези, позволяющей перемещать кронштейн. Постоянное натяжение ремня осуществляется пружиной 2, притягивающей ролик к ремню. От приводного зубчатого ремня вращение также передается на шкив 8 насоса охлаждающей жидкости, а от шкива 10 коленчатого вала — гладким клиновидным ремнем 11 на шкив генератора. Привод клапанного механизма осуществляется при помощи коромысел 18 (рис. 15, б), установленных свободно на оси 17. Коромысло коротким концом опирается на кулачок 20 распределительного вала 21. На удлиненном конце коромысла установлен регулировочный винт 15 с контргайкой 16. Регулировочный винт при работе двигателя воздействует на торец клапана 13 через специальный наконечник 14 (так же, как и у двигателей УЗАМ-331 и 412), который удерживается сферическим концом регулировочного винта. При закрытом клапане 13 между стержнем клапана и наконечником образуется тепловой зазор а.

Фазы газораспределения

Фазы газораспределения — это моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Чтобы получить от двигателя наибольшую мощность, необходимо обеспечить более полную очистку цилиндров от продуктов сгорания и большее наполнение их горючей смесью. Для этого клапаны открываются и закрываются с некоторым опережением или запаздыванием. Конструктивно это достигается расположением впускных и выпускных кулачков под соответствующими углами друг к другу.

Впускной клапан открывается с опережением в конце такта выпуска, когда поршень еще не доходит до ВМТ, а закрывается с опаздыванием в начале такта сжатия, когда поршень отойдет от НМТ. Раннее открытие и позднее закрытие впускного клапана обеспечивают лучшее наполнение цилиндров горючей смесью за счет инерционного напора во впускном трубопроводе.

Выпускной клапан открывается с опережением в конце рабочего хода — до НМТ, что позволяет отработавшим газам выходить из цилиндра под собственным избыточным давлением. Закрывается он 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.

Значения углов поворота коленчатого вала в градусах, соответствующие моментам открытия и закрытия клапанов (фазы газораспределения), приводятся в табл 3.

Таблица 3. Фазы газораспределения (°) двигателей легковых автомобилей

Показатель	Модель двигателя
	ВАЗ-2108	ВАЗ-2105 и 2106	УЗАМ-331 и 412	МеМЗ-245
Начало открытия впускного клапана до ВМТ такта выпуска с опережением	33	12	20	9
Закрытие впускного клапана после НМТ такта сжатия с запаздыванием	79	40	65	48
Начало открытия выпускного клапана до НМТ рабочего хода с опережением	47	42	67	40
Закрытие выпускного клапана после ВМТ такта впуска с запаздыванием	17	10	18	17
Перекрытие клапанов (оба клапана открыты)	50	22	38	26