Описание конструктивного узла , требования, предъявляемые к нему и тенденции его развития, расчет ГРМ двигателя

Газораспределение или газообмен, являясь неотъемлемой частью действительного (рабочего) цикла ДВС, служит для управления процессами впуска в цилиндры двигателя свежего заряда (горючей смеси или воздуха) и выпуска отработавших газов в соответствии с принятым для двигателя порядком работы.

Для реализации процессов газообмена впускные и выпускные отверстия цилиндров должны открываться и закрываться, с заданной закономерностью, с помощью специальных запирающих элементов (клапаны, золотники), кинематически связанных с коленчатым валом.

Совокупность этих элементов, деталей передачи движения с ними, управления ими и привода образуют газораспределительный механизм (ГРМ).

Важные функции ГРМ состоят еще в том, чтобы надежно уплотнять впускные и выпускные отверстия цилиндров, а также способствовать лучшей очистке цилиндров и обеспечивать хорошее наполнение их свежим зарядом.

В зависимости от конструкции запирающих элементов ГРМ, в настоящее время, существует три способа газораспределения: клапанное, золотниковое и комбинированное.

Клапанное газораспределение получило преобладающее применение в четырехтактных автомобильных ДВС. Остальные способы газораспределения реализованы в двухтактных ДВС, в частности, золотниковое газораспределение – в ДВС малой мощности (мотоциклетные и др.), комбинированное (клапанно-золотниковое) газораспределение – в ДВС большой мощности (тепловозные, судовые).

Важнейшей характеристикой любого способа газообмена, является круговая диаграмма фаз газораспределения (рисунок 13), отражающая продолжительность открытия впускных или выпускных отверстий цилиндра в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. В зависимости от назначения отверстий, соединяющих цилиндровую полость двигателя с впускным или выпускным трубопроводами, различают фазы впуска (продувки) и выпуска. Величину фаз выбирают сообразно с тактностью двигателя, особенностями его конструкции и быстроходностью. Правильность выбора фаз газораспределения для каждой конкретной модели двигателя уточняют экспериментально при доводке двигателя на стенде.

Рисунок 5. – Диаграмма фаз газораспределения (а) и подъема клапана (б) четырехтактного двигателя, характеризующая изменение проходного сечения впускного отверстия по углу поворота коленчатого вала

Клапанное газораспределение имеет следующие преимущества:

простота конструкции;

малая стоимость изготовления и ремонта;

хорошее уплотнение камеры сгорания;

хорошая эксплуатационная надежность.

К недостаткам клапанного газораспределения следует отнести:

повышенную шумность;

не обеспечивает желаемого (в идеале мгновенного) открытия и закрытия впускных и выпускных отверстий цилиндров, а изменяет их проходное сечение, как показано, например, на рисунке 13, б, пропорционально высоте подъема клапана с увеличением до максимального значения и последующего уменьшения до полного закрытия.

Однако последний недостаток сводится к минимуму за счет расширения фаз впуска и выпуска, как показано на рисунок 13, а. В четырехтактных ДВС такты впуска и выпуска осуществляют за 180° угла поворота коленчатого вала. Однако из-за газодинамических сопротивлений впускной и выпускной систем, инерционности газовых потоков, дросселирующего действия впускных и выпускных отверстий цилиндров, продолжительность процессов впуска и выпуска должна быть существенно большая. Так, общая продолжительность фаз впуска и выпуска в автомобильных двигателях (рисунок 13, а) достигает 230…300° вследствие развитых углов опережения открытия клапанов: впускного за (poBn=10 .30o до в.м.т., выпускного за ф°Вып =40…70° до н.м.т.; и запаздывания закрытия клапанов: впускного за ф3вп=40 .80° после н.м.т., выпускного за ф3Вып=10 .50° после в.м.т.