Газораспределительный механизм

Механизм газораспределения относится к пневмосистемам автомобиля. Он предназначен для своевременного впуска в цилиндры воздуха (дизели) или горючей смеси (карбюраторные и газовые двигатели) и выпуска из них отработавших газов. Газораспределительный механизм может иметь верхнее расположение клапанов (в головке блока цилиндров) или нижнее (в блоке ц.). современные автодвигатели имеют верхнее расположение клапанов, причем распределительный вал может располагаться как в блоке, так и в головке блока цилиндров или на ней (ВАЗ, Москвич, ГАЗ-3102). Нижнее расположение у двигателей ГАЗ-52-04 и ЗИЛ-157 КД.

Основными элементами системы газораспределения являются: распределительный вал, приводимый в движение либо непосредственно от коленчатого вала двигателя, либо через промежуточный вал (ГАЗ 3102), клапаны впускные и выпускные, толкатели, штанги (нижнее расположение), рычаги, коромысла.

Рабочий цикл (четырехтактного) двигателя совокупность периодически повторяющихся в цилиндре двигателя процессов, обуславливающих превращение тепловой энергии в механическую. Процессы, происходящие в цилиндре за 1 ход поршня – такт. Есть 2-х тактные (мотоциклы, пускачи) и 4-х тактные двигатели. Рабочий цикл 4-х тактного карбюраторного двигателя протекает следующим образом:

1. Такт впуска. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ. При этом распределительный вал открывает впускной клапан; выпускной клапан закрыт, и в цилиндр поступает горючая смесь из паров бензина и воздуха. В НМТ давление в цилиндре составляет р = 0,015…0,095 НПа, температура Т = 45…125 ^оС.

2. Такт сжатия. Впускной клапан закрывается. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Температура и давление горючей смеси повышаются. В зависимости от степени сжатия при конце такта их значение достигают р = 0,8…1,5 МПа, Т = 300…525 ^оС.

3. Такт расширения (рабочий ход). В конце такта сжатия горючая смесь воспламеняется от искры и происходит ее быстрое сгорание. При этом р = 3,5…6 МПа, Т = 2025…2500 ^оС. Под действием такого давления поршень совершает движение от ВМТ к НМТ и через шатунно-кривошипный механизм передает вращение коленчатому валу. В конце рабочего хода поршня давления в цилиндре и температура снижаются до р = 0,3…0,15 МПа, Т = 900…1425 ^оС.

4. Такт выпуска. В конце рабочего хода распределительный вал открывает выпускной клапан и при движении от НМТ к ВМТ продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. К концу такта р = 0,102…0,12 МПа, Т = 500…800 ^оС. около ВМТ выпускной клапан закрывается под действием распределительного вала и открывается впускной. Цикл повторяется.

Рабочий цикл в четырехтактном дизеле реализуется следующим образом:

1. Такт впуска. При движении поршня от ВМТ к НМТ, открывается впускной клапан, в цилиндр поступает воздух Р = 0,08…0,09 МПа, Т = 35…75 ^оС.

2. Такт сжатия. При движении поршня от НМТ к ВМТ впускной и выпускной клапан закрыты. Р = 3…6 МПа, Т = 425…700 ^оС, что гораздо выше, чем у карбюраторных. t ^оС должна быть выше, чем температура возгорания топлива. В конце такта сжатия начинается впрыскивание топлива, которое перемешивается с воздухом и начинает гореть до прихода поршня в ВМТ.

3. Такт расширения (рабочий ход). В цилиндр продолжается впрыск топлива через форсунку из топливного насоса. Процесс возгорания интенсифицируется и достигает максимума после прохода поршнем ВМТ. Давление достигает р = 5,5…9 МПа, Т = 1425…2000 згорания топлива, чем у карбюраторных.выпускной клапан закрытыывпускной.чатому валу.ческую.ны впус ^оС. В конце рабочего хода начинает открываться выпускной клапан, около НМТ р = 0,3…0,5 МПа, Т = 700…1225 ^оС.

4. Такт выпуска. При движении поршня от НМТ к ВМТ полностью открывается выпускной клапан и отработавшие газы выталкиваются из цилиндра. К концу такта р = 0,105…0,125 МПа, Т = 325…700 ^оС.

При дальнейшем вращении выпускной клапан закрывается, открывается под воздействием распределительного вала и процесс (цикл) повторяется.

В обеих типах двигателей рабочим является только такт сгорания – расширения №3, а такты впуска, сжатия, выпуска – вспомогательные.

Дизели более экономичны, чем карбюраторные и газовые. Потребляют более дешевое топливо, более безопасны имеют большой ресурс до кап. Ремонта (400…800*10 ³ км). Но дороже в 1,5…2 раза и имеют большую массу.

В действительности открытие и закрытие клапанов не совпадают с положениями поршней в мертвых точках. Это связано с тем, сто при больших числах оборотов двигателей время впуска и выпуска составляет тысячные доли секунды. Если открытие и закрытие клапанов будет строго в МТ, то наполнение цилиндров горючей смесью и очистка от продуктов сгорания будут неполными. В связи с этим моменты открытия и закрытия клапанов относительно МТ (фазы газораспределения) происходят с определенным запаздыванием или определением.

Для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов выпускной клапан должен открываться до достижения поршнем НМТ, а закрываться после ВМТ. С целью лучшего наполнения цилиндров смесью впускной клапан должен открываться до достижения поршнем ВМТ, а закрываться после НМТ. Период, в течение которого оба клапана открыты, называют перекрытием клапанов.

Фазы газораспределения подбираются опытным путем в зависимости от быстроходности двигателя и конструкции впускной и выпускной систем. Фазы выполняются либо в виде таблиц, либо в виде круговых диаграмм.

При уменьшении зазора между толкателем и коромыслом продолжительность открытия клапанов возрастает, при увеличении – уменьшается. ВАЗ 2108, 2106 – увеличение зазора.

Система охлаждения

Общие положения

Данная система предназначена для поддержания оптимального теплового режима двигателя регулируемым отводом теплоты от наиболее горячих деталей.

В современных автомобильных двигателях в полезную работу превращается лишь 23…40 % теплоты, выделяющейся в цилиндрах. При перегреве двигателя теряется мощность и возрастает расход топлива. С другой стороны чрезмерное охлаждение приводит к ухудшению топливной экономичности и снижению срока службы. Поэтому следует поддерживать температуру двигателя независимо от нагрузки и температуры окружающей среды в пределах 85…100 ^оС.

В современных двигателях применяют воздушное или жидкостное охлаждение.

При первом охлаждение осуществляется через оребренные поверхности блока и головки цилиндров потоком воздуха, создаваемым многолопастным вентилятором. Преимущества: простота конструкции, уменьшение массы, удобства обслуживания. Недостатки: необходимость дополнительной мощности для привода вентилятора, возможность перегрева, трудность запуска зимой.

Наиболее широкое применение получила жидкостная система охлаждения с принудительной циркуляцией охлаждающей жидкости. Она лучше регулируется и равномернее охлаждает детали, бесшумна, потребляет немного мощности на привод насоса и вентилятора. Но эта система дороже и сложнее.

Охлаждающая жидкость циркулирует в пространстве между двойными стенками в блоке и головке блока цилиндров (рубашке). Циркуляцию обеспечивает насос который приводится в движение от коленчатого вала клиноременной передачи. В зависимости от теплового состояния двигателя циркуляция происходит по большому или малому кругу. При пуске и работе непрогретого двигателя, когда t_о.ж. < 72 ^оС. Жидкость циркулирует по малому кругу: от насоса к двигателю и обратно через перепускной клапан. Регулирование осуществляется термостатом, изменяющим свои размеры в зависимости от температуры жидкости. При нормальном тепловом режиме циркуляция охлаждающей жидкости осуществляется по большому кругу: от двигателя в радиатор от туда к насосу и вновь к нагретым деталям. При прохождении через радиатор теплота жидкости передается в окружающую среду.

Поток охлаждающей жидкости иногда специальным трубопроводом или продольным каналом направляется в первую очередь к наиболее нагретым деталям и узлам: выпускным каналам, стенкам камеры сгорания, свечам зажигания и т. д.

Система жидкостного охлаждения в современных двигателях выполняется закрытой, то есть сообщается с атмосферой не напрямую, а через клапаны давления в пробке (крошке) радиатора или расширительного бочка. При этом повышается температура кипения охлаждающей жидкости (вода, антифриз) до температуры 110…112 ^оС при давлении < 0,12 МПа.

Система охлаждения так же применяется для охлаждения компрессоров пневматической системы тормозов, а так же для отопления кабины водителя или салона автомобиля или автобуса.