Механізм газорозподілу складається з таких основних деталей: - розподільного вала; • його привода; • штовхачів; • штанги; • коромисла; • впускних і випускних клапанів.

Залежно від розташування клапанів і розподільного вала можна виділити три типи механізмів газорозподілу:

- з нижнім розташуванням вала й клапанів (рис. 2.10), коли останні встановлюються в блоці циліндрів (двигуни ГАЗ-51, ГАЗ-52-04, ГАЗ-69, ЗІЛ-157, ЗІЛ-164 та ін.);

- з нижнім розташуванням вала й верхнім — клапанів (рис. 2.11);

- з верхнім розташуванням вала й клапанів (рис. 2.12), коли останні встановлюються в головці блока циліндрів (двигуни ЗИЛ-ІЗО, КамАЗ-5320, ГАЗ-4210, ВАЗ-2108 та ін.).

У разі нижнього розташування клапанів (див. рис. 2.10) зусилля від кулачка розподільного вала 10 передається штовхачу 9, а потім через регулювальний болт 7 з контргайкою 8 — клапану 2, головка якого відходить від сідла 7. Під час роботи механізму газорозподілу стержень клапана переміщується, здійснюючи зворотно-поступальні рухи в напрямній втулці 3. На нижньому ходу втулки вільно встановлюється пружина 4, верхній торець якої впирається в картер, а нижній — у тарілку 6, закріплену на конусі стержня клапана сухариками 5. Закриваються клапани під дією пружини в міру того, як виступ кулачка виходить з-під штовхача.

Більшість сучасних двигунів мають механізм газорозподілу з верхнім розташуванням клапанів, що дає змогу зробити компактну камеру згоряння, забезпечити краще наповнення циліндрів пальною

сумішшю, спростити регулювання клапанів і теплових зазорів.

 

 

У рядних двигунах із верхні м розташуванням клапанів (див. рис. 2.11) зусилля від кулачка 11 розподільного вала передасться штовхачу 12 , а від нього — штанзі 10. Остання через регулювальний гвинт 9 діє на коротке плече коромисла 6 , яке, повертаючись на осі 7, натискує своїм носом на стержень клапана 2. Внаслідок цього пружина 5 стискається, а клапан переміщується від сідла 7, що залежно від призначення клапана забезпечує впускання пальної суміші або випускання відпрацьованих газів. Після того як виступ кулачка 17 вийде з-під штовхача 72, клапанний механізм повертається в початкове положення під дією пружини 5. Під час роботи клапанного механізму положення напрямної втулки 5, запресованої в головку блока циліндрів 4, фіксується стопорним кільцем 17, а положення регулювального гвинта 9 — контргайкою 8. Верхній кінець стержня клапана закріплено сухариками 16, установленими в тарілці 14 за допомогою втулки 15.

Розподільні вали в разі верхнього розміщення клапанів можуть встановлюватися в блоці циліндрів — нижнє озташування (двигуни ЗІЛ-130, ЗІЛ -4331, КамАЗ-5320) або на головці блока — верхнє розташування (однорядні двигуни автомобілів сімей ВАЗ і «Москвич»).

У механізмі газорозподілу зверхнім розташуванням розподільного вала (див. рис. 2.12) немає штовхачів і штанг, завдяки чому зменшуються маса й інерційні сили клапанного механізму, що дає змогу збільшити частоту обертання колінчастого вала й знизити рівень шуму під час роботи двигуна.

У двигунах автомобілів сім'ї ВАЗ із приводом на задні колеса (рис. 2.12, а) розподільний вал розташований в окремому картері на головці 2 блока циліндрів і обертається в підшипниках ковзання. Привод до клапанів 7, розміщених в один ряд, здійснюється безпосередньо від кулачків 4 розподільного вала через одноплечі важелі (рокери) 3. Одним кінцем одноплечий важіль спирається на стержень клапана, іншим — на сферичну головку болта 5 і втримується на ній за допомогою шпилькової пружини 7. У двигунах автомобілів сім'ї «Москвич» (рис. 2.12, б) клапани 7 розташовані в два ряди й приводяться в дію коромислами 9 від кулачків 4 розподільного вала. Для регулювання теплового зазору в клапанах слугує регулювальний болт 5 із контргайкою 6, який зв'язаний зі сферичним наконечником 8. У двигунах передньоприводних автомобілів ВАЗ-2108 «Спутник», ВАЗ-2109 (рис. 2.12, в) верхній розподільний вал установлено в окремому корпусі 10 , розташованому на головці блока циліндрів 2, в яку запресовано чавунні сідла 14 та напрямні втулки 13 клапанів 7. Верхня частина втулок ущільнюється металогумовими оливовідбивачами з ковпачками 12. Клапани 7 приводяться в дію безпосередньо кулачками 4 через циліндричні штовхачі 15 без проміжних важелів. У гніз-

дах штовхачів розміщено шайби 17 для регулювання зазору Н у клапанному механізмі.

 

У У-подібних восьмициліндрових двигунах застосовують верхнє розташування клапанів (рис. 2.13). Нижній розподільний вал таких двигунів, установлений в розвалі блока, є спільним для клапанів правого й лівого рядів циліндрів. Клапани 9 (впускний і випускний), що переміщуються в напрямних втулках 10 , відкриваються під дією зусилля, яке передається від кулачків 6, 7 через штовхачі 19, штанги 18 та коромисла 14 , установлені на осях 13. Закриваються клапани під дією пружин 12, нижні кінці яких упираються в шайби 11. Якщо у випускних клапанів є механізм обертання, їхні пружини спираються на опорні шайби 17 цього механізму. Верхніми кінцями пружини обох клапанів упираються в тарілки 20. За два оберти колінчастого вала впускні й випускні клапани кожного циліндра відкриваються один раз, а розподільний вал здійснює один оберт.

 

Отже, він обертається вдвоє повільніше, ніж колінчастий вал. Тому зубчасте колесо 1 розподільного вала має вдвоє більше зубів, ніж ведуча шестірня колінчастого вала.

Розподільний вал (див. рис. 2.13) виготовляють із сталі або спеціального чавуну й піддають термічній обробці. Профіль кулачків вала, як впускних 6, так і випускних 7, у більшості двигунів однаковий. Однойменні (впускні та випускні) кулачки в чотирициліндровому двигуні розташовують під кутом 90°, у шестициліндровому — під кутом 60°, а у восьмициліндровому — під кутом 45°. У процесі шліфування кулачкам надають невеликої конусності. Взаємодія сферичної поверхні торця штовхачів 19 із конічною поверхнею кулачків забезпечує повертання їх під час роботи.

Починаючи з передньої опорної шийки 4 діаметр шийок зменшується, що полегшує встановлення розподільного вала в картері двигуна. Кількість опорних шийок, як правило, дорівнює кількості корінних підшипників колінчастого вала. Втулки 8 опорних шийок виготовляють із сталі, а їхню внутрішню поверхню покривають антифрикційним сплавом.

На передньому кінці розподільного вала розміщено ексцентрик 5, що діє на штангу привода паливного насоса 26, а на задньому — шестірню 28, яка приводить в обертання зубчасте колесо валика 27, розташованого в корпусі 29 привода розподільника запалювання та оливного насоса.

Між зубчастим колесом 1 розподільного вала та його передньою опорною шийкою встановлено розпірне кільце 3 й упорний фланець 2, що кріпиться болтами до блока й утримує вал від поздовжнього переміщення. Оскільки товщина розпірного кільця 3 більша від товщини упорного фланця 2, забезпечується осьовий зазор («розбіг»), нормальне значення якого становить 0,08...0,21 мм. В отворі переднього горця розподільного вала (двигуни ЗИЛ-ІЗО, ЗМЗ-53-11 та інші) розташовано вузол привода відцентрового датчика регулятора частоти обертання колінчастого вала, що складається з валика 22, пружини 21 та шайби 24, закріплених кільцем 23.

Привод розподільного вала здійснюється за допомогою зубчастої, ланцюгової (рис. 2.14, а) або пасової (рис. 2.14, б) передач. У двигунах вантажних автомобілів застосовують переважно зубчасті передачі. Ведучу шестірню 1 такої передачі (рис. 2.15) установлено на передньому кінці колінчастого вала, а проміжну 3 — на передньому кінці розподільного вала й закріплено гайкою.

Зубчасті колеса привода мають входити в зачеплення між собою при точно визначеному положенні колінчастого й розподільного валів, що забезпечує правильність заданих фаз газорозподілу та порядку роботи двигуна. Тому під час його складання зубчасті колеса вводяться в зачеплення за мітками на їхніх зуб'ях (на западині між зубцями колеса та на зубці шестерні). Щоб зменшити рівень шуму, зубчасті колеса виготовляють з косими зуб'ями і з різних матеріалів.

 

На колінчастому валу встановлюють сталеву шестерню, а на розподільному — чавунне колесо (двигуни ЗИЛ-ІЗО, МАЗ-5335) або текстолітове (двигуни автомобілів ГАЗ-53-12, УАЗ-3151-01). У двигунах легкових автомобілів сімей «Москвич» і ВАЗ (із приводом на задні колеса) механізм газорозподілу приводиться в дію під колінчастого вала дворядним втулково-роликовим ланцюгом З (див. рис. 2.14), що з'єднує ведучу зірочку 2 колінчастого вала із зірочкою 6 розподільного вала та зірочкою 13 валика привода оливного насоса й переривника-розподільника запалювання. В разі різкої зміни частоти обертання колінчастого вала виникають коливання вітки ланцюга. Для гасіння їх слугує пластмасова колодка (заспокоювач) 12. З протилежного боку колодки розміщується башмак 4 натяжного пристрою. Один кінець башмака закріплено на осі, а інший — з'єднано з регулювальним механізмом 5, що притискає башмак до ланцюга. Останній натягають за допомогою гайки регулювального механізму.

 

У двигунах передньоприводних автомобілів ВАЗ-2108 «Спутник», ВАЗ-2109 привод механізму газорозподілу складається з двох зубчастих шківів, установлених на колінчастому и розподільному валах, натяжного ролика та зубчастого паса. Останнім приводиться в обертання також шків насоса охолодної рідини. Головною особливістю

такого привода є еластичний пас із зуб'ями напівкруглої форми. Його виготовляють з оливостійкої гуми, армованої кордом із скловолокна. Зуб'я для підвищення стійкості проти спрацювання покрито еластичною тканиною. У механізмі газорозподілу з верхнім розташуванням клапанів і нижнім — розподільного вала клапани мають привод через передаточні деталі (штовхачі, штанги й коромисла).

Штовхані передають зусилля від розподільного вала через штанги до коромисел. Виготовляють їх із сталі або чавуну. Штовхачі (рис. 2.16) бувають важільно-роликовими й циліндричними.

 

У дизелях ЯМЗ-236 та ЯМЗ-238 застосовують важільно-роликові хитні штовхачі З (рис. 2.16, а), встановлені на осі 1 над розподільним палом. Ролик 2 штовхача 3 спирається на кулачок розподільного вала. Вісь ролика обертається на голчастих підшипниках, тому, коли ролик перекочується по кулачку, тертя ковзання замінюється тертям кочення. Зверху на штовхач спирається штанга 4. У двигунах ЗИЛ-ІЗО, ЗМЗ-53-11, КамАЗ-740 застосовують циліндричні штовхачі 7 (рис. 2.16, б), встановлені в спеціальних отворах — напрямних. У дизелі автомобіля КамАЗ-740 напрямні знімні. Внутрішня порожнина штовхача має сферичну поверхню 10 під штангу й отвір 9 для зливання оливи. Для підвищення працездатності сталевих штовхачів їхню торцеву поверхню 8 у місці стикання з кулачком направляють спеціальним зносостійким чавуном.

Штанги передають зусилля від штовхачів до коромисел. їх виготовляють із сталевого прутка із загартованими кінцями (двигун автомобіля ЗИЛ-ІЗО) або з дюралюмінієвого стержня із сталевими сферичними наконечниками (двигуни ЗМЗ-53-11, ЗМЗ-24-04). У дизелях ЯМЗ і КамАЗ штанги 4 (див. рис. 2.16, б) роблять із сталевої трубки. На кінцях штанг напресовують сталеві сферичні наконечники 11, якими вони з одного боку впираються у сферичні поверхні регулювальних гвинтів 5 (див. рис. 2.16, а), вкручених у коромисла 6, аз іншого — у штовхачі.

Коромисло передає зусилля від штанги до клапана й становить нерівноплечій важіль, виготовлений із сталі або чавуну. Плече коромисла з боку клапана приблизно в півтора раза довше, ніж із боку штанги штовхача. Це не тільки зменшує хід штовхача та штанги, а й знижує сили інерції, які виникають під час їхнього руху, що підвищує довговічність деталей привода клапанів. Коромисло карбюраторних двигунів розташовано на спільній порожнистій осі 13 (див. рис. 2.13), у кінці якої запресовано заглушки, що дає змогу підводити оливу до бронзових втулок коромисел і сферичних наконечників регулювальних болтів 15. Осі 13 разом із коромислами встановлюють на кожній головці циліндра за допомогою стояків 16. На дизелях осі коромисел виконано як одне ціле із стояками, й кожне коромисло коливається на своїй осі.

Клапани відкривають і закривають впускні й випускні канали, що з'єднують циліндри з газопроводами системи живлення. Випускний клапан (рис. 2.17, а) складається з плоскої головки і стержня 1, з'єднаних між собою плавним переходом. Для кращого наповнення циліндрів пальною сумішшю діаметр головки впускного клапана роблять значно більшим, ніж діаметр випускного.

Оскільки клапани працюють в умовах високих температур, їх виготовляють із високоякісних сталей (впускні — з хромистої, випускні, які стикаються з гарячими відпрацьованими газами й нагріваються до температури 600...800 °С, —- із жаростійкої) і в головку циліндрів запресовують спеціальні вставки (сідла) 15 із жароміцного чавуну.

 

Застосування вставних сідел підвищує термін служби головки циліндрів і клапанів. Робоча поверхня головки клапана (фаска) має кут 45 або 30°. Фаску головки клапана старанно обробляють і притирають до сідла. Стержні 1 клапанів мають циліндричну форму. Вони переміщуюься у втулках 2, виготовлених із чавуну або спечених матеріалів і запресованих у головку блока. На кінці стержня проточено циліндричні канавки під виступи конічних сухариків 10 , які притискаються до конічної поверхні тарілки 9 під дією пружини 8. У двигунах ЯМЗ, КамАЗ та сім'ї «Москвич» для підвищення працездатності механізму газорозподілу клапани притискаються до сідел не однією пружиною, а двома. При цьому напрям витків пружин роблять різним, щоб у разі поломки однієї з пружин її витки не потрапляли між витками іншої й не порушувалася робота клапанного механізму. На впускних клапанах під опорні шайби у верхній частині напрямних втулок (у двигунах ЗИЛ, КамАЗ, ЗМЗ) встановлюють гумові манжети або ковпачки. Коли клапан відкривається, манжети щільно притискаються до його стержня й напрямної втулки, що запобігає можливому витіканню (підсмоктуванню) оливи в циліндри крізь зазор між втулкою та стержнем клапана (під час такту впускання).

У двигунах ЗИЛ-ІЗО, 3м3-53-11 для кращого відведення теплоти від випускних клапанів застосовується натрієве охолодження. Для цього клапан роблять порожнистим і його порожнину 13 заповнюють металічним натрієм (див. рис. 2.17, а). Натрій має високу теплопровідність і плавиться за температури 98 °С. Під час роботи двигуна розплавлений натрій обмиває внутрішню порожнину клапана, при цьому теплота від його головки передається стержню й через напрямну втулку та головку циліндрів відводиться до охолодної рідини. У клапанному приводі двигунів ЗМЗ (див. рис. 2.11), крім сухариків 16 і тарілки 14 , є конічна втулка 75, що щільно обхоплює сухарики й стикається з тарілкою вузьким кільцевим пояском. Завдяки цьому зменшується тертя у з'єднанні й клапан може повертатися під дією зусилля, що передається через коромисло. Останнє сприяє зняттю нагару з головки та сідла клапана й запобігає обгорянню їх.

Для цього ж випускні клапани У-подібних карбюраторних двигунів автомобілів ЗИЛ мають механізм примусового обертання. Він складається з корпусу 4 (див. рис. 2.17, а ), розташованого в заглибленні головки циліндра 14 на напрямній втулці 2, яку закріплено замковим кільцем 5, п'яти кульок 5, установлених разом із поворотними пружинами 12 у похилих пазах корпусу, опорної шайби 6 і конічної дискової пружини 11. Шайбу й пружину вільно надіто на виступ корпусу й закріплено на ньому замковим кільцем 7. Коли клапан закритий і зусилля пружини 8 невелике (рис. 2.17, б), дискова пружина 11 вигнута зовнішнім краєм угору, а внутрішнім — упирається в заплечники корпусу 4. При цьому кульки 5 у конічних пазах корпусу відтиснуті пружинами 12 у крайнє положення. Коли клапан починає відкриватися, зусилля пружини 8 зростає, внаслідок чого дискова пружина 11 (рис. 2.17, б, в) випрямляється й передає зусилля пружини 8 на кульки 5, які, перекочуючися в похилих пазах корпусу, повертають дискову пружину 77, опорну шайбу 6, клапанну пружину 8 і сам клапан відносно його початкового положення. Під час закривання клапана зусилля клапанної пружини 8 зменшується; при цьому дискова пружина 77 прогинається до свого початкового положення й звільняє кульки 5, які під дією пружини 72 повертаються в початкове положення, підготовлюючи механізм обертання до нового циклу повертання клапана. При частоті обертання колінчастого вала 3000 хв" 1 частота обертання випускного клапана досягає 30 хв -1 . Щоб забезпечувалося щільне прилягання головки клапана до сідла, потрібен певний тепловий зазор між стержнем клапана та носком (гвинтом) коромисла або болтом штовхача. Теплові зазори змінюються внаслідок нагрівання клапанів, спрацьовування їх і порушення регулювань. Коли зазор у клапанах завеликий, вони відкриваються не повністю, внаслідок чого погіршуються наповнення циліндрів пальною сумішшю й очищення їх від продуктів згоряння, а такожпідвищуються ударні навантаження на деталі клапанного механізму. В разі недостатнього зазору в клапанах вони нещільно садяться на сідла, що призводить до витікання газів, утворення нагару з обгорянням робочих поверхонь сідла та клапана. Через нещільну посадку клапанів на такті стискання робоча суміш може потрапляти у випускний газопровід, а під час такту розширення гази, що мають високу температуру, можуть прориватися у впускний газопровід, унаслідок чого в цих газопроводах можливі стуки або спалахи, що є ознакою нещільної посадки клапанів.

Для щільного прилягання головки клапана до сідла тепловий зазор установлюють між носком коромисла 6 (див. рис. 2.11) і торцем стержня клапана 2 в разі нижнього розташування розподільного вала (у двигунах ЗИЛ-ІЗО, КамАЗ-740, ЗМЗ-53-11) або між важелем З (див. рис. 2.12, а) привода клапана 7 і кулачком 4 в разі верхнього розташування розподільного вала (у двигунах автомобілів ВАЗ-2105, ВАЗ-2107). У двигунах автомобілів ВАЗ (із приводом на задні колеса) тепловий зазор має становити 0,15 мм як для впускних клапанів, так і для випускних. Під час регулювання відпускають контргайку 6 (див. рис. 2.12) і, обертаючи регулювальний болт 5, установлюють зазор між важелем З та кулачком 4 на двигуні в холодному стані.

У двигунах передньоприводних автомобілів ВАЗ-2108 «Спутник», ВАЗ-2109 зазор И (див. рис. 2.12, в) між кулачками розподільного вала й регулювальними шайбами має становити (0,2 ± 0,05) мм для впускних клапанів і (0,35 ± 0,05) мм — для випускних. Товщина комплекту регулювальних шайб становить від 3 до 4,25 мм з інтервалом через кожні 0,05 мм. Товщина шайби маркується на її поверхні. У двигунів автомобілів сім'ї «Москвич» (із приводом на задні колеса) в разі верхнього розташування розподільного вала тепловий зазор Н (див. рис. 2.12, б) установлюють між наконечником 8 регулювального болта 5 і торцем стержня клапана 7. У непрогрітих двигунах ЗИЛ-ІЗО, ЯМЗ-238, ЗМЗ-53-11 зазор для впускних і випускних клапанів має становити 0,25...0,30 мм, у дизелях КамАЗ — 0,25...0,30 мм для впускних клапанів і 0,35...0,40 мм — для випускних. У цих двигунах для регулювання зазору в клапанах (рис. 2.18) слугує регулювальний гвинт 3 з контргайкою 2, вкручений у коромисло 7.

 

Фази газорозподілу — це моменти початку відкривання та кінця закривання клапанів, виражені в градусах кута повороту колінчастого вала відносно мертвих точок. Фази газорозподілу добирають експериментально на заводі залежно від частоти обертання колінчастого вала при максимальній потужності двигуна та від конструкції його впускного й випускного газопроводів і зазначають у вигляді діаграм або таблиць. Коли робочі процеси у двигунах розглядалися в першому наближенні, вважалося, що відкриття й закриття клапанів відбуваються в мертвих точках. Однак насправді моменти відкриття й закриття клапанів не збігаються з моментами перебування поршнів у мертвих точках. Це пояснюється тим, що час, який припадає на такти впускання й випускання, дуже малий (при максимальній частоті обертання колінчастого вала двигуна він становить тисячні частки секунди). Тому, якщо впускні й випускні клапани відкриватимуться й закриватимуться точно в мертвих точках, то наповнення циліндрів пальною сумішшю й очищення їх від продуктів згоряння будуть недостатніми. Отже, в чотиритактних двигунах впускний клапан має відкриватися до досягнення поршнем ВМТ, а закриватися після проходження НМТ.

Із загальної колової діаграми фаз газорозподілу (рис. 2.19, а) видно, що на такті випускання впускний клапан 1 (рис. 2.19, г) починає відкриватися з випередженням, тобто до підходу поршня у ВМТ. Кут а випередження відкриття впускного клапана для двигунів різних моделей становить 10...32°. Закривається впускний клапан із запізненням після проходження поршнем НМТ (під час такту стискання). Кут 5 запізнення закриття випускного клапана дорівнює 10...50°. Кути випередження та запізнення, а отже, й час відкривання клапанів мають бути тим більшими, чим вища частота обертання колінчастого вала, при якій двигун розвиває максимальну потужність. Правильність установлення газорозподілу визначається точним зачепленням зубчастих коліс (див. рис. 2.15) за мітками, які є на них, або за розташуванням мітки на ведучій зірочці (двигуни автомобілів ВАЗ) навпроти спеціального приливка на блоці циліндрів. Загальна колова діаграма показує, що в певний період часу відкриті обидва клапани — впускний і випускний. Кутовий інтервал а обертання колінчастого вала, при якому обидва клапани відкриті, називається перекриттям клапанів. Воно потрібне для своєчасного та якісного очищення циліндрів від продуктів згоряння. З діаграми (рис. 2.19, б) видно, що впускний клапан відкривається за 31° до приходу поршня у ВМТ, а закінчує закриватися через 83° після НМТ. Випускний клапан закривається при 47° повороту колінчастого вала після ВМТ. Перекриття клапанів становить 78°. Випускний клапан відкривається з випередженням на 67° до НМТ. Отже, загальна тривалість відкривання кожного клапана дорівнює 294° повороту колінчастого вала двигуна. Розглянуті фази газорозподілу двигуна автомобіля ЗІЛ-130 відповідають зазору в обох клапанах 0,3 мм (між носком коромисла й торцем клапана). В разі зменшення зазору тривалість відкривання впускного й випускного клапанів зростає, а в разі збільшення зазору — зменшується.