Схемы газораспределительных механизмов (ГРМ) и выбор фаз распределения

Схема распределения зависит от расположения клапанов. При так называемых висячих клапанах, показанных на первом рисунке, кулачки распределительного вала приводят в движение толкатели, которые при помощи штанг и коромысел передают движение клапану.

Рис. Схема висячего клапана.

Рис. Схема стоячего клапана.

Рис. Схема распределительного механизма.

При стоячих клапанах, показанных на втором рисунке, толкатели непосредственно приводят в движение клапан.

На третьем-пятом рисунках показаны различные типы кулачкового распределения. Казалось бы, за наилучшую конструкцию следует признать роликовый механизм, показанный на третьем рисунке.

В действительности же этой конструкции присущи следующие недостатки:

1. Общая нагрузка толкателя передается через ось ролика, поверхность трения которой незначительна и надлежащая смазка затруднительна.
2. Наличие ролика значительно повышает движущиеся массы механизма.

Поэтому эта конструкция целесообразна лишь для умеренных чисел оборотов.

Второй тип механизмов имеет недостаток, заключающийся в незначительности поверхности скольжения.

Указанный недостаток влечет за собой быстрый износ трущегося места.

Рис. Схема распределительного механизма.

Рис. Схема распределительного механизма.

Третий тип с так называемым грибообразным толкателем показан на рисунке. Как видно из эскиза, ось толкателя несколько сдвинута относительно средней линии распределительной шайбы. Вследствие этого сдвига трение скольжения между поверхностью распределительной шайбы и поверхностью толкателя вызывает вращение последнего около его оси, т.е. в контакт с поверхностью распределительной шайбы подводятся различные точки плоской поверхности толкателя.

Это обстоятельство в значительной степени уменьшает износ рабочей поверхности толкателя. Как на преимущество этого толкателя следует указать на его сравнительную легкость и простоту.

Применение конструкций по рисункам вызывает необходимость возможно больших длин и диаметров направляющих толкателей, так как в этих случаях слагающие давления распределительной шайбы по направлению, перпендикулярному к оси толкателя, передаются на направляющие втулки.

Фазы распределения, т.е. моменты открытия и закрытия клапанов (а следовательно, и общая продолжительность открытия клапанов) выбираются на основании следующих соображений:

1. Всасывающий клапан в двигателях, работающих на нефти, открывается несколько ранее верхней мертвой точки, не дожидаясь закрытия выпускного клапана.Таким образом некоторое время оба клапана открыты и происходит явление «частичной продувки» камеры сжатия от остаточных газов. Эта продувка обусловливается отсасывающим действием струи отходящих газов в газовыпускной трубе; инерция этого столба газов вызывает понижение давления в цилиндре ниже атмосферного, благодаря чему через открытый всасывающий клапан в цилиндр поступает свежий воздух и частично вытесняет остаточные газы из камеры сжатия. Необходимо отметить, что это отсасывающее действие газовой струи зависит от длины выхлопного трубопровода и от скорости газа.В двигателях, работающих карбюрированным горючим (бензиновые, керосиновые), величина „перекрыши» открытий всасывающих и выпускных клапанов должна быть проверена экспериментальным путем, так как:
   • а) при неправильно выбранной „перекрыше» возможно попадание газов во всасывающий трубопровод и карбюратор, которое может вызвать тяжелые последствия;
   • б) при «частичной продувке» рабочая смесь может вытекать вместе с остаточными газами в газовыпускной трубопровод, что увеличит расход топлива и может вызвать взрывы в газовыпускном трубопроводе.

   Закрытие всасывающего клапана производится несколько позднее нижнего мертвого положения поршня для того, чтобы движущийся по всасывающей трубе с большой скоростью столб рабочей смеси наполнил по возможности весь цилиндр, а не отсекался в нижней мертвой точке, не использовав кинетической энергии движущейся струи. Величина этого запаздывания зависит от сопротивлений во всасывающем трубопроводе, от числа оборотов машины и в малой степени от рода горючего (его удельного веса, влияющего на инерцию струи).

   В качестве средней величины запаздывания укажем 10—15% хода поршня от нижнего мертвого положения.

2. Открытие выпускного клапана необходимо устанавливать несколько раньше нижней мертвой точки для того, чтобы давление газов успело понизиться приблизительно до атмосферного к моменту изменения направления движения поршня. Величина этого опережения зависит от объема цилиндра, живого сечения выпускного клапана, давления газов в момент открытия этого клапана и числа оборотов машины. Величина этого опережения может быть исчислена аналогично определению времени-сечения для выхлопных окон двухтактных двигателей.Средние опережения выпуска можно оценить в 12—15% хода поршня до нижней мертвой точки.Закрытие выпускного клапана производится несколько позднее верхней мертвой точки для возможности использования кинетической энергии газовой струи на отсасывание остаточных газов из камеры сжатия.Среднее запаздывание закрытия выпускного клапана равно 1—1,5% хода поршня после верхнего мертвого положения.

После установления фаз распределения нетрудно определить так называемый центральный угол 2Bo распределительной шайбы, соответствующий выбранным моментам открытия и закрытия клапанов, на основании следующего положения: угловая скорость распределительного вала равна половине угловой скорости коленчатого вала.

Рис. Распределительная шайба

Следовательно, при повороте коленчатого вала на какой-либо угол распределительный вал повернется на половину этого угла.

Угол поворота а коленчатого вала, соответствующий времени, в течение которого клапан должен быть открыт, определяется по выбранным моментам открытия и закрытия этого клапана при помощи диаграммы.

Искомый центральный угол распределительной шайбы равен половине этого угла.

Например, определим центральный угол распределительной шайбы для всасывающего клапана, открытие которого должно начаться при положении поршня на расстоянии 2% хода до верхней мертвой точки и закрытие которого должно иметь место при положении поршня на расстоянии 12%, после нижней мертвой точки.

На основании диаграммы имеем: двум процентам хода поршня до верхней мертвой точки при Л = 1 \ 4,5 — соответствует угол поворота коленчатого вала, равный 14°. Полному ходу поршня от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки соответствует угол в 180°.

Двенадцати процентам хода поршня от нижней мертвой точки соответствует угол поворота коленчатого вала, равный 44°.

Следовательно, суммарный угол поворота коленчатого вала, соответствующий полному времени открытия клапана, равен

а = 14° + 180° + 44° = 238°.

Искомый центральный угол распределительной шайбы равен:

2Bo = a/2 = 119°