kitayteka.ru

Газораспределительный механизм

OHC — газораспределительный механизм с верхним распределительным валом
DOHC — газораспределительный механизм с двумя верхними распределительными валами
OHV — газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов
CIH — газораспределительный механизм с распределительным валом в головке блока цилиндров


Типы и конструкция
Газораспределительный механизм обеспечивает открытие и закрытие впускных и выпуск-ных клапанов. Основными элементами газораспределительного механизма являются распределительный вал, компенсаторы зазоров в приводе клапанов, коромысла и клапаны. В зависимости от числа и расположения распределительных валов различают несколько типов газораспределительных механизмов.

Газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов (OHV)
В двигателе с таким газораспределительным механизмом клапаны расположены в головке цилиндров, а распределительный вал находится в самом блоке рядом с коленчатым валом. Толкатель клапана соприкасается с кулачком распределительного вала. При повороте распределительного вала усилие от кулачка передается толкателю, а от него — штанге. Штанга воздействует на одно плечо коромысла, а другое плечо при этом нажимает на клапан. Существует несколько типов толкателей. Механический толкатель представляет собой полый цилиндр из чугуна, установленный в отверстие картера. Толкатель медленно вращается, благодаря чему равномерно изнашивается под действием кулачка распреде¬лительного вала.

В настоящее время применяются газораспределительные механизмы следующих типов: с одним верхним распределительным валом (OHC), с двумя верхними распределительными валами (DOHC), с распределительным валом в головке блока цилиндров (CIH).


Распределительный вал
Распределительный вал приводит в действие клапаны, открывая и закрывая впускные каналы для впуска топливовоздушной смеси в цилиндры и выпускные каналы для выпуска отработавших газов. На каждые два оборота коленчатого вала распределительный вал совершает один оборот. Кулачки распределительного вала имеют рабочие выступы. Их высота называется подъемом кулачка. Рабочий выступ, определяемый профилем кулачка, обеспечивает открытие клапана. Фазы газораспределения клапанов, т. е. моменты их открытия и закрытия, определяются рабочим углом кулачка, который заключен между началом и концом рабочего выступа. Важное значение для работы двигателя имеет перекрытие клапанов. При незначительном перекрытии клапанов обеспечивается плавный холостой ход и высокий крутящий момент при низкой частоте вращения коленчатого вала, однако с ростом оборотов динамические характеристики двигателя ухудшаются. При большом перекрытии клапанов ситуация меняется на противоположную: при высокой частоте вращения коленчатого вала наполнение цилиндров улучшается, но на низких оборотах ухудшаются динамические характеристики, а холостой ход становится неустойчивым. От распределительного вала могут приводиться распределитель зажигания, масляный насос, топливный насос или вакуумный насос (в дизельных двигателях). Распределительный вал вращается в опорах на подшипниках скольжения и смазывается маслом. Применяются распределительные валы двух типов: цельные и полые.

Толкатель клапана, компенсатор зазора в приводе клапана и коромысло

Компенсатор зазора и коромысло преобразуют вращательное движение распределительного вала в возвратно-поступательное движение клапана. Расстояние между концом стержня клапана и механизмом привода клапанов называется зазором в приводе клапана. Зазор должен присутствовать всегда, когда кулачок не нажимает на клапан для его открытия. Он регулируется винтом и контргайкой в коромысле или регулировочными шайбами. Необходимо постоянно проверять зазор и регулировать его. Вращаясь на оси, коромысла передают усилие клапанам. Они отливаются из стали или алюминиевого сплава или штампуются из стали. В большинстве современных двигателей применяются гидравлические компенсаторы зазоров в приводе клапанов, уменьшающие шум при работе двигателя и устраняющие необходимость регулировать зазор в приводе клапана. При работе двигателя масло из системы смазки двигателя подается в компенсатор. Зазор в приводе клапана устраняется под действием пружины и давления масла, а специальная система клапанов задерживает масло в компенсаторе, когда на него воздействует распределительный вал. Масло не сжимается, поэтому такой компенсатор действует аналогично цельному. При закрытом клапане в компенсатор поступает недостающее количество масла, благодаря чему поддерживается нулевой зазор. С гидрокомпенсаторами используются коромысла, штампованные из листового металла или отлитые из алюминия.

Ремень привода ГРМ, цепь привода ГРМ и шестеренчатый привод

Верхнерасположенный распределительный вал находится далеко от коленчатого вала, поэтому для его привода используется ремень, цепь или шестерни. Возможны также комбинированные варианты, например ремень и цепь или ремень и шестерня. В обычном цепном приводе ГРМ используется гидравлический натяжитель цепи. Для снижения уровня шума и вибрации в конструкцию привода включены направляющие. Гидравлические натяжители также встречаются в ременном приводе ГРМ. Зубчатый ремень изготавливается из стекловолокна или синтетического каучука, армированного металлокордом. Зубья ремня входят в зацепления с зубьями шкивов коленчатого и распределительного валов. Приводные ремни издают меньше шума, чем цепи, но требуют периодической регулировки натяжения вручную. По сравнению с цепями срок службы ремней меньше. Ремни привода ГРМ подлежат замене примерно через каждые 80 100 тыс. км пробега.

Система бесступенчатого изменения фаз газораспределения (CVVT)

На распределительный вал впускных или выпускных клапанов некоторых двигателей устанавливается система бесступенчатого изменения фаз газораспределения (CVVT), которая изменяет моменты открытия и закрытия клапанов, устанавливая оптимальные значения в зависимости от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя. Работой системы управляет клапан регулирования подачи масла, который действует по сигналам ЭБУ двигателя. Лопасти ротора образуют 8 камер: по четыре камеры используются для поворота распределительного вала в сторону опережения и запаздывания открытия клапанов. Масло поступает в камеры опережения и запаздывания открытия клапанов по двум каналам в распределительном вале. Камеры опережения и запаздывания уплотнены тефлоном: это необходимо для герметизации камер относительно друг друга и создания в них требуемого давления. При остановке двигателя, низком давлении масла или неисправности цепи управления системы CVVT стопорный штифт удерживает ротор в положении наибольшего запаздывания. Когда давление масла поднимается примерно до 0,5 бар, стопорный штифт освобождает ротор. Клапан регулирования подачи масла установлен в головке цилиндров. Масло под давлением подается к этому клапану через фильтр, который также расположен в головке цилиндров. В клапане регулирования подачи масла имеется два канала: по одному масло под давлением поступает в одну камеру, а по другому масло сливается из противоположной камеры.


Фильтр
Фильтр расположен между масляным насосом и клапаном регулирования подачи масла в головке цилиндров.


Примечание
Фильтр не требует обслуживания. Однако в случае перегрева двигателя необходимо проверить, не деформирован ли он.

Краткое описание системы смазки двигателя

В состав системы смазки входят следующие узлы и детали:
• масляный поддон картера, масляный насос, масляный фильтр, масляные магистрали.
Система смазки предназначена для распределения масла по двигателю. Масло подается из поддона картера масляным насосом. Масляные магистрали представляют собой небольшие каналы в блоке цилиндров. По ним масло поступает к движущимся деталям: подшипникам распределительного вала, механизму привода клапанов и коренным подшипникам коленчатого вала. По просверленным в коленчатом вале каналам масло подается к шатунным подшипникам. Кроме того, оно также поступает в шатуны. В некоторых двигателях масло из шатунов может разбрызгиваться на стенки цилиндров. Циркуляция масла по двигателю заканчивается его стеканием в поддон картера для охлаждения. В двигателе с такой системой смазки масло находится в поддоне, поэтому она называется системой смазки с мокрым картером. В некоторых двигателях специального назначения используется система смазки с сухим картером, в состав которой входят все детали и узлы системы с мокрым картером и которая работает по тому же принципу. Основное отличие заключается в способе циркуляции масла. В системе смазки с сухим картером масло собирается в нижней части двигателя, в маслосборнике. Через откачивающий насос оно поступает в масляный бак, а затем обычный масляный насос обеспечивает циркуляцию масла через масляный фильтр по двигателю. В двигателе с такой системой смазки отсутствует поддон картера, поэтому такой двигатель можно расположить ниже. Масляный бак можно установить в любом месте, где он будет лучше всего охлаждаться. Заправочная емкость системы смазки с сухим картером больше, чем системы смазки с мокрым картером.


Система смазки дизельных двигателей работает по тому же самому принципу, что и в бензиновых двигателях, но с некоторыми отличиями. Обычно дизельные двигатели работают на пике мощностных характеристик, поэтому их рабочая температура выше, чем у бензиновых двигателей одинакового рабочего объема, и, следовательно, их детали и узлы подвергаются большим нагрузкам. В связи с этим масло для дизельных двигателей должно обладать другими свойствами и иметь другую классификацию.


Редукционный клапан
Редукционный клапан предотвращает чрезмерное повышение давления в системе смазки. Через клапан определенное количество масла сливается в поддон картера, регулируя тем самым давление в системе. При низкой температуре окружающего воздуха масло становится более густым, и для его прохода через узкие отверстия в подшипниках требуется большее давление, которое, однако, может повредить масляный насос. В этом случае также открывается редукционный клапан и сливает лишнее масло в поддон картера.


Масляный поддон картера
Поддон крепится болтами к картеру двигателя. Он служит резервуаром для масла и его сборником после циркуляции по двигателю. Поддон штампуется из тонкого листового металла. Ему придается такая форма, чтобы масло собиралось в самой нижней точке. Маслозаборник и сетчатый фильтр располагаются в самой нижней точке поддона картера. Благодаря этому они всегда погружены в масло, а масляный насос не засасывает воздух. Сетчатый фильтр задерживает крупные частицы грязи и нагара, что предотвращает их попадание в масляный насос и его повреждение. Маслозаборник присоединен к масляному насосу со стороны низкого давления. Чтобы при повороте, торможении или разгоне масло не вытекло из маслозаборника, в нем имеются отражатели. Благодаря большой площади наружной поверхности поддон картера эффективно отводит тепло от масла к окружающему воздуху. Поддон картера некоторых двигателей отлит из алюминиевого сплава и имеет специальное оребрение для улучшения теплообмена.


Контрольная лампа давления масла
Загорание лампы во время работы двигателя указывает на низкое давление в системе смазки или на нарушение работы системы. В этом случае необходимо остановить двигатель, проверить уровень масла и при необходимости довести его до нормы.

Масляный насос и маслоохладитель

Масляный насос может подавать больше масла, чем требуется для смазки деталей двигателя. Это необходимо для того, чтобы устранить вероятность масляного голодания. По мере роста частоты вращения коленчатого вала двигателя увеличивается скорость работы масляного насоса и, следовательно, количество подаваемого под давлением масла. Зазоры между подвижными деталями двигателя постоянны, поэтому масло не стекает через них в поддон картера, что приводит к повышению давления в системе смазки. В двигателестроении применяются масляные насосы различных конструкций, которые могут приводиться как от распределительного, так и от коленчатого вала.

Роторный насос (трохоидального зацепления)
В насосе такого типа внутренний ротор приводит в действие наружный. При этом между ними увеличивается объем, что приводит к снижению давления на впуске насоса по сравнению с более высоким наружным атмосферным давлением. Масло засасывается в насос и заполняет пространство между лопастями роторов. Лопасти внутреннего ротора входят в выемки наружного ротора, в результате чего масло нагнетается к выпускному отверстию.

Шестеренчатый насос
Насос этого типа состоит из двух входящих в зацепление шестерен, одна из которых является ведущей. При вращении шестерен создается низкое давление. Вследствие разности этого низкого давления и более высокого атмосферного масло всасывается во впускное отверстие, попадает между зубьев шестерен, заполняет корпус насоса и нагнетается через выпускное отверстие к масляному фильтру.

Насос с разделительным серпом
Насос с разделительным серпом включает в себя две вращающиеся шестерни: внутреннюю с зубьями на наружной стороне и наружную с зубьями на внутренней стороне. На наружной шестерне имеется больше зубьев, однако по размеру они не отличаются от зубьев внутренней шестерни. Выходящие из зацепления зубья (нижняя левая часть рисунка) проходят мимо впускного отверстия (показано на рисунке черным цветом) и всасывают масло. Затем шестерни разделяются серпом (показано коричневым цветом). При следующем зацеплении (верхняя правая часть рисунка) зубья выдавливают масло в выпускное отверстие (показано черным цветом в верхней средней части рисунка). Внутренняя шестерня посажена на ведущий вал. Она вращает наружную шестерню, зацепляясь с ней в одном месте (верхняя левая часть рисунка). К преимуществам насоса с разделительным серпом относятся простота конструкции и нетребовательность к техническому обслуживанию. Насос такой конструкции применяется во многих агрегатах, включая автоматические коробки передач.

Маслоохладитель
В некоторых двигателях для охлаждения масла используется маслоохладитель. На некоторых двигателях охладитель и масляный насос устанавливаются на одном кронштейне блока цилиндров.

Масляный фильтр

В большинстве двигателей масло поступает в масляный насос через сетчатый маслозаборник, задерживающий крупные частицы. Дальнейшая очистка производится в масляном фильтре. Наиболее широко применяются фильтрующие элементы в виде пропитанной смолой бумаги. Фильтрующий элемент не очищается, а периодически меняется. Поступая в фильтр, масло проходит через перфорированную крышку и фильтрующий элемент в выходную трубку и дальше в двигатель. Снаружи двигателя, к картеру, крепится полно-поточный фильтр. Фильтр может полностью засориться. Для таких случаев, т. е. когда давление перед фильтром превышает определенное значение, фильтр оснащается перепускным клапаном. Он также открывается, если масло слишком густое и не может пройти через фильтр. Фильтрующие элементы изготавливаются из различных материалов, способных задерживать мельчайшие частицы. Благодаря большой площади фильтрующего элемента через него может пройти достаточное для смазки всего двигателя количество масла. В дизельных двигателях применяются масляные фильтры большего размера, чем в бензиновых. В процессе работы дизельных двигателей образуется большее количество сажи, поэтому масляный фильтр должен иметь полнопоточный элемент для задержания крупных частиц и неполнопоточный элемент для очистки масла от сажи и отложений. Реже встречаются центробежные фильтры. Их принцип работы основан на том, что загрязняющие частицы обычно тяжелее масла. Цилиндрический стакан вращается с высокой скоростью, в результате чего твердые частицы отбрасываются к стенкам и остаются в корпусе фильтра, а масло проходит дальше через центральное выходное отверстие.

Система вентиляции картера

На такте впуска, минуя поршень, в картер двигателя прорывается небольшое количество газов. Примерно 70% этих газов составляет несгоревшее топливо (углеводород), которое разжижает и загрязняет масло, вызывает коррозию ответственных деталей двигателя и способствует образованию отложений. При высокой частоте вращения коленчатого вала прорыв газов приводит к повышению давления в картере, что, в свою очередь, может стать причиной утечки масла из мест уплотнения двигателя. Система принудительной вентиля-ции картера предназначена для удаления из картера этих газов и смешивания их с зарядом топливовоздушной смеси. Применяются системы двух типов систем: с переменным и постоянным потоком. По сравнению с системой с постоянным потоком система с клапаном переменного потока более точно регулирует процесс вентиляции картера в зависимости от количества прорываемых газов (см. график). Кроме того, она отличается простотой конструкции. Система принудительной вентиляции картера включает в себя:

• • клапан принудительной вентиляции картера;

• • продувочный шланг;

• • шланг вентиляции картера.

При большой нагрузке двигателя прорыв газов в картер увеличивается, на холостом ходу и при малой нагрузке — уменьшается. Разрежения во впускном коллекторе недостаточно для эффективной вентиляции картера, поэтому в системе используется клапан, регулирующий поток картерных газов, направляемых в коллектор. На холостом ходу и во время замедления образуется небольшое количество картерных газов, при этом разрежение во впускном коллекторе высокое. В результате этого шток клапана принудительной вентиляции картера полностью втягивается под действием пружины. Вакуумный канал сужается, и в камеру сгорания поступает небольшое количество картерных газов. На холостом ходу и во время замедления образуется небольшое количество картерных газов, при этом разрежение во впускном коллекторе высокое. В результате этого шток клапана принуди-тельной вентиляции картера полностью втягивается под действием пружины. Вакуумный канал сужается, и в камеру сгорания поступает небольшое количество картерных газов. При движении с малой нагрузкой двигателя шток клапана принудительной вентиляции картера располагается посередине своего хода. В этом положении в камеру сгорания поступает незначительное количество картерных газов. При разгоне и большой нагрузке двигателя количество картерных газов возрастает. Шток выдвигается до упора, пропуская максимально возможное количество картерных газов в камеру сгорания. При очень большой нагрузке количество картерных газов превышает пропускную способность, поэтому часть газов отсасывается через шланг в корпус воздушного фильтра. После очистки они попадают в камеру сгорания. При остановке двигателя или обратных вспышках под действием пружины шток закрывает клапан, преграждая путь картерным газам во впускной коллектор. При обратной вспышке закрытие клапана необходимо для того, чтобы пламя не попало в картер и не воспламенило содержащиеся в нем пары топлива.


Система принудительной вентиляции картера влияет на токсичность отработавших газов и удобство вождения. Поскольку работа системы принудительной вентиляции картера оказывает влияние на нормальную работу системы управления с обратной связью, неисправности в системе принудительной вентиляции картера могут привести к нарушению оптимального состава топливовоздушной смеси. При заклинивании клапана принуди-тельной вентиляции картера нарушается нормальная подача картерных газов в цилиндры, что может привести к переобогащению топливовоздушной смеси. Засорение шланга вентиляции картера может стать причиной повышенного расхода масла, так как в картере повышается разрежение.
Кроме того, в зависимости от расположения шланга подвода свежего воздуха неисправный клапан или забитый вакуумный шланг могут привести к загрязнению корпуса воздушного фильтра маслом или образованию нагара на дроссельной заслонке. При обнаружении следов масла в системе впуска следует проверить исправность системы принудительной вентиляции картера.