Система газораспределения автомобильного двигателя внутреннего сгорания

Дата публикации: 21 марта 2017 г.

Система газораспределения служит для наполнения и вентиляции камеры сгорания двигателя чистым воздухом. Поскольку мощность двигателя зависит, прежде всего, от весового количества воздуха, поступающего в цилиндры в единицу времени, важность механизма газораспределения очевидна. Конструкция клапанного механизма в значительной мере определяет и форму камеры сгорания. В автомобильных двигателях давно отказались от системы газораспределения с боковым расположением клапанов (SV), поскольку такая схема не позволяет придать камере сгорания оптимальной формы и в принципе достаточно удачная по форме камера сгорания Рикардо не позволяет увеличить степень сжатия до необходимого уровня без возникновения детонации.

В настоящее время распространена система газораспределения с верхним расположением клапанов и приводом от нижнего распределительного вала, установленного в картере двигателя; при этом клапаны приводятся с помощью толкателей, штанг толкателей и коромысел. Такой типичный двигатель изображен на рис. 1.

Рис. 1. Типичный двигатель с верхнеклапанной системой газораспределения и с кулачковым валом, расположенным в картере

Кулачковый вал в данном случае приводится от коленчатого вала бесшумной цепью или с помощью зубчатой пары с передаточным отношением 1 : 2 для четырехтактных двигателей; в случае демонтажа головки блока нет необходимости устанавливать фазы газораспределения.

В системах газораспределения с верхним расположением клапанов и приводом от распределительного вала, установленного в картере двигателя, клапаны для упрощения конструкции двигателя обычно устанавливают в один ряд. Однако работоспособную конструкцию такого двигателя можно получить и при установке клапанов под углом друг к другу и использованием полусферической камеры сгорания (рис. 2), как в двигателе Татра 603.

Рис. 2. В восьмицилиндровом V-образном двигателе Татра 603 клапаны расположены наклонно, камера сгорания сферическая, кулачковый вал расположен в картере

В этом случае высоко расположенный кулачковый вал значительно сокращает штанги толкателей и тем самым уменьшает их вес. Тем не менее, вес и упругие деформации элементов механизма газораспределения с верхним расположением клапанов и приводом от нижнего кулачкового вала бывают достаточно большими.

В верхнеклапанных системах газораспределения с распределительным валом, установленным в головке блока цилиндров, привод клапанов осуществляется с помощью коротких толкателей или коромысел. Преимуществом такой схемы механизма газораспределения является малая масса движущихся элементов, а значит и малые силы инерции, благодаря чему система надежно работает и при высоких частотах вращения двигателя. Затруднения, связанные с приводом кулачкового вала, установленного в головке блока, а главное необходимость установки фаз газораспределения после каждого демонтажа головки блока явились препятствием к широкому распространению такой схемы газораспределения. С другой стороны, по мере совершенствования зубчатых ремней, надежность которых достигла необходимого уровня, появилась возможность упростить привод верхнеклапанной системы газораспределения с верхним расположением кулачкового вала, что, в свою очередь, привело к широкому распространению такой схемы. Пример верхнеклапанного двигателя с кулачковым валом в головке блока с зубчатым приводом показан на рис. 3.

Рис. 3. Верхнеклапанный автомобильный двигатель

Для повышения частоты вращения коленчатого вала в двигателях гоночных автомобилей иногда устанавливают по два кулачковых вала в головке и по четыре клапана в каждом цилиндре. Сравнение проходных сечений клапанов по отношению к площади головки поршня показано на рис. 4.

Рис. 4. Сравнение проходных сечений клапанов в случае установки двух и четырех клапанов в цилиндре; выражено в процентах от площади поршня

Из рисунка видно, что проходное сечение увеличивается сравнительно мало, потому что меньший диаметр клапана подразумевает меньший подъем клапана. Нецелесообразно увеличивать подъем клапана свыше величины, при которой сечение канала за вычетом сечения стержня клапана равно проходному сечению между сопрягаемыми поверхностями клапана и его седла. На диаграмме на рис. 5 этот предел обозначен толстой линией.

Рис. 5. Номограмма для определения проходного сечения клапана

При дальнейшем увеличении подъема клапана его пропускная способность все же несколько увеличивается благодаря снижению коэффициента сопротивления впускного канала, но это преимущество сводится на нет резко увеличивающимися силами инерции движущихся деталей механизма газораспределения.

Основным преимуществом четырехклапанной системы газораспределения является малая масса каждого из клапанов и малые диаметры головок клапанов. Малые клапаны более работоспособны при высоких частотах вращения двигателя; при этом более благоприятны размеры кулачков и клапанных пружин. Охлаждение клапанов, особенно выпускных, с малым диаметром головки проще осуществить, уменьшаются температурные деформации клапанов.

В раздел «Автосервис — устройство, ремонт, обслуживание и эксплуатация автомототехники»

Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки:

Другие публикации на сайте об автомобильных двигателях:
Двухтактный двигатель — принцип действия и устройство, преимущества и недостатки	Уход за двигателем автомобиля: главные моменты
Ремонт и диагностика дизельного двигателя	Причины перегрева двигателя автомобиля