Газораспределительный механизм двигателя
Назначение и устройство газораспределительного механизма двигателя
Назначение газораспределительного механизма состоит в том, чтобы управлять работой клапанов, а именно - открывать и закрывать впускные и выпускные клапаны в определенной последовательности в соответствии с тактами рабочего цикла.
Главная деталь в устройстве газораспределительного механизма двигателя - распределительный вал. Кулачки, выполненные на распределительном вале, в процессе его вращения периодически нажимают на клапаны через рычаги или специальные шайбы. В результате клапаны открываются и закрываются.
Ремень газораспределительного механизма
Для привода распределительного вала используется цепь или зубчатый ремень газораспределительного механизма. В одной головке цилиндров могут быть установлены два распределительных вала. Один из них управляет работой впускных, а другой - выпускных клапанов. Такая схема ГРМ называется двухвальной.
Ремень газораспределительного механизма передаёт вращение от коленчатого вала распределительному валу. В процессе работы двигатель нагревается. Нагрев стержня клапана приводит к его удлинению. Для компенсации этого явления в конструкции привода клапана требуется тепловой зазор. Если зазора не будет, клапан не сможет плотно закрываться, а это приведет к значительному падению компрессии, и как следствие, уменьшению мощности двигателя. В процессе эксплуатации зазор необходимо проверять и при необходимости регулировать. Периодичность и алгоритм выполнения этой операции зависят от конструкции привода клапанов и могут значительно отличаться для двигателей разных моделей.
Многие современные двигатели оснащены гидрокомпенсаторами. Гидрокомпенсатор устроен таким образом, что его высота может изменяться под действием давления масла из системы смазки. Величина изменения равна тепловому зазору в приводе.
Применение гидрокомпенсаторов исключает необходимость регулировки тепловых зазоров. Из следующей главы можно будет узнать описание работы системы охлаждения двигателя, а именно современного двигателя внутреннего сгорания.
Устройство газораспределительного механизма в многоцилиндровом двигателе принципиально не отличается от случая одноцилиндрового двигателя. Однако, в многоцилиндровом двигателе необходима синхронная работа цилиндров. Поэтому, прежде чем перейти к рассмотрению устройства многоцилиндровых двигателей, необходимо познакомиться с несколькими важными понятиями, характеризующими конструкцию и работу одноцилиндрового мотора. А в одной из следующих глав можно будет узнать назначение, устройство и принцип работы системы смазки современного двигателя внутреннего сгорания.
Верхняя мертвая точка (ВМТ) - крайнее верхнее положение поршня, при котором колено коленчатого вала устремлено вертикально вверх и образует одну линию с шатуном. Таким образом, поршень находится на максимальном удалении от оси вращения коленчатого вала.
Нижняя мертвая точка (НМТ) - крайнее нижнее положение поршня, колено коленчатого вала устремлено вертикально вниз и образует одну линию с шатуном. Таким образом, поршень находится на минимальном удалении от оси вращения коленчатого вала.
Расстояние между ВМТ и HMT называется ходом поршня.
Объем над поршнем, расположенным в ВМТ, называется объемом камеры сгорания, обозначается Vc.
Объем над поршнем, расположенным в НМТ, называется полным объемом цилиндра, обозначается Vn.
Если из полного объема вычесть объем камеры сгорания, получим рабочий объем цилиндра (Vp):
Vn - Vc = Vp
Рабочий объем цилиндра - очень важный параметр, от которого зависят многие характеристики двигателя.
Еще одним важным параметром является степень сжатия. Степень сжатия определяется отношением полного объема Vn к объему камеры сгорания Vc.
Степень сжатия современных бензиновых моторов лежит в пределах 9-14, а дизельных - 14-24. Чем выше степень сжатия, тем мощнее и экономичнее двигатель при прочих равных условиях.
Одноцилиндровые двигатели с успехом применяются в мототехнике, а также в средствах малой механизации (газонокосилки, бензопилы и т. д.), но в автомобилях не используются. В серийных современных автомобилях можно встретить моторы с количеством цилиндров от 2 до 12.
Рабочий объем многоцилиндрового двигателя равен сумме рабочих объемов цилиндров.
Расположение цилиндров бывает также разным. В зависимости от этого двигатели бывают рядные, V-образные, VR-образные, W-образные и оппозитные.
Наибольшее распространение получили рядные четырехцилиндровые двигатели. Это не означает, что они являются лучшими, их популярность вызвана относительной простотой и соответственно доступной ценой.
Следует отметить, что в многоцилиндровом двигателе рабочие процессы в разных цилиндрах равномерно распределены.
Для примера рассмотрим очередность тактов по цилиндрам в четырехцилиндровом двигателе.
Как видно из таблицы за два оборота коленчатого вала во всех четырех цилиндрах происходит рабочий процесс, а сдвиг между ними составляет пол оборота.
Теперь давайте с самого начала посмотрим, как работает многоцилиндровый двигатель на примере четырехцилиндрового бензинового двигателя.
Когда водитель поворачивает ключ в замке зажигания в положение «старт», включается электродвигатель стартера и начинает вращать коленчатый вал двигателя за маховик. Поршни начнут двигаться вверх-вниз.
В одном из цилиндров (например, в третьем) поршень окажется в ВМТ такта впуска раньше других.
Кулачки распределительного вала расположены таким образом, что в этот момент в третьем цилиндре откроется впускной клапан, и камера сгорания начнет наполняться топливовоздушной смесью.
В момент, когда поршень третьего цилиндра подойдет к HMT (пол оборота коленчатого вала), к ВМТ такта впуска подойдет поршень четвертого цилиндра.
В третьем цилиндре начинается такт сжатия, а в четвертом - начинается такт впуска. В третьем цилиндре оба клапана закрыты, а в четвертом - открывается впускной.
При достижении поршнем третьего цилиндра очередного ВМТ, в этом цилиндре срабатывает система зажигания, происходит воспламенение смеси с последующим рабочим ходом. В четвертом цилиндре в это время происходит сжатие.
Еще через пол оборота в третьем цилиндре откроется выпускной клапан и начнется выпуск отработавших газов. В четвертом цилиндре в это время будет рабочий ход.
Во втором и первом цилиндрах происходит все то же самое, но с опозданием (относительно третьего цилиндра) на полтора и один оборот соответственно.
