Газораспределительный механизм двигателя: типы, устройство и принцип работы

ГРМ двигателя автомобиля

Механизм газораспределения служит для осуществления своевременного впуска в цилиндр горючей смеси (например, бензина и воздуха) и выпуска отработавших газов. В головке блока цилиндров помещаются минимум два клапана – впускной и выпускной. Клапаны приводятся в движение деталями механизма газораспределения. Через впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь или воздух; через выпускной клапан выходят отработавшие газы в атмосферный воздух через систему выпуска.

Устройство и принцип действия механизма газораспределения

В бензиновых и дизельных двигателях применяется механизм газораспределения клапанного типа, сейчас уже, в основном, с верхним расположением клапанов. Это значит, что клапаны находятся сверху, в головке блока цилиндров, как показано на рисунке 4.8.

Так, при верхнем расположении клапаны с пружинами и деталями их крепления установлены в направляющих втулках в головке блока цилиндров, в которой также отлиты впускные и выпускные каналы.

Рисунок 4.8 Головка блока цилиндров с газораспределительным механизмом.

Усилие от кулачков распределительного вала, расположенного здесь же – в головке блока, к клапанам передается с помощью толкателей и/или коромысел. Коромысла установлены шарнирно на оси, закрепленной на головке блока. Клапаны на головке закрыты крышкой.

 О тепловом зазоре

Между стержнем клапана, толкателем или концом коромысла газораспределительного механизма должен быть зазор (так называемый тепловой зазор), который необходим для компенсации удлинения стержня клапана при его нагревании без нарушения плотности посадки клапана в гнезде. Другими словами, если бы не было зазора, грубо говоря, между кулачком распредвала и клапаном, то от нагрева до высокой температуры, клапан увеличился бы в длину и перестал бы плотно прилегать к седлу в головке блока цилиндров.

Величина зазора для двигателей разных марок устанавливается для впускных клапанов в холодном состоянии в пределах 0,15—0,30 мм, а для выпускных клапанов, подвергающихся большему нагреву, — в пределах 0,20—0,40 мм. Однако же, у некоторых производителей зазор может быть таков, что не попадет в указанные диапазоны.

Для регулировки величины этого зазора в механизме предусмотрены регулировочные устройства. Хотя слово «устройство» слишком громкое для регулировочного болта и стопорной гайки (Рисунок 4.9) или шайб различной толщины (Рисунок 4.10).

Рисунок 4.9 Регулировка теплового зазора с помощью болта.

Рисунок 4.10 Регулировка теплового зазора с помощью шайб
(А – головка блока цилиндров без распределительного вала;
Б – головка блока цилиндров с распределительным валом).

Сейчас очень распространена конструкция с гидравлическими компенсаторами, которые под давлением масла подводят коромысло или толкатель к кулачку распределительного вала, убирая тем самым негативное последствие теплового зазора, а именно — удар кулачка о толкатель во время работы. Но стоит упомянуть, что установка гидрокомпенсаторов удорожает конструкцию головки блока цилиндров и повышает свои требования к качеству используемого моторного масла и к частоте его замены, поскольку масляные каналы компенсатора могут забиваться продуктами износа.

Примечание
Более подробно о гидрокомпенсаторах приведено ниже.

 Предварительно о распределительном вале

Примечание
Почему предварительно? Потому что для целостности восприятия данного раздела о распределительном вале необходимо сказать несколько слов, а более подробное описание данной детали будет дано ниже.

Правильность чередования различных тактов в цилиндрах двигателя достигается соответствующим расположением кулачков на распределительном валу, а также правильностью установки зацепления распределительных шестерен/шкивов с приводной шестерней/шкивом коленчатого вала.

В четырехтактном двигателе рабочий цикл во всех цилиндрах завершается за два оборота коленчатого вала. За это время в каждом цилиндре должны по одному разу открыться и закрыться впускной и выпускной клапаны, что происходит за каждый оборот распределительного вала. Таким образом, распределительный вал должен вращаться в два раза медленнее коленчатого вала. Для этого шестерня распределительного вала имеет вдвое большее число зубьев, чем шестерня коленчатого вала, либо же шкив по диаметру должен быть в два раза больше шкива коленчатого вала.

Фазы газораспределения четырехтактного двигателя

Для лучшего наполнения цилиндров свежим зарядом и наиболее полной очистки их от отработавших газов моменты открытия и закрытия клапанов в четырехтактных двигателях не совпадают с положениями поршней в ВМТ и НМТ, а происходят с определенным опережением или запаздыванием. Иначе говоря, впускной клапан может закрываться после того, как поршень пройдет НМТ, а выпускной — закрываться после ВМТ.

Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах, соответствующих величинам углов поворотов кривошипа коленчатого вала относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения. Фазы газораспределения могут быть нанесены на круговую диаграмму, называемую диаграммой газораспределения, как показано на рисунке 4.11.

Пожалуй, будет проще показать это на примере. Так, если говорят, что клапан открывается за 5 градусов до ВМТ, значит клапан начал открываться в то время, когда кривошип коленчатого вала, к которому присоединен шатун поршня, находился за 5 градусов до верхней мертвой точки.

Рисунок 4.11 Диаграмма газораспределения четырехтактного двигателя.

Впускной клапан начинает открываться немного раньше, чем поршень придет в ВМТ. При этом к началу хода поршня вниз при такте впуска клапан уже немного откроется. Опережение открытия впускного клапана для двигателей разных моделей колеблется в разных диапазонах. Зачастую закрытие впускного клапана происходит с определенным запаздыванием, когда поршень перейдет НМТ и начнет двигаться вверх. При этом некоторое время после перехода НМТ, несмотря на начавшееся незначительное движение поршня вверх, заполнение цилиндра зарядом будет продолжаться вследствие некоторого разрежения, еще имеющегося в цилиндре, а также вследствие инерции заряда, движущегося во впускном трубопроводе.

Примечание
Однако стоит отметить, что существует как минимум два цикла, именуемых циклами Миллера и Аткинсона, при которых впускной клапан закрывается не так, как на обычных ДВС.

Таким образом, время открытия впускного клапана больше времени, в течение которого происходит полуоборот вала; продолжительность впуска при этом увеличивается, и цилиндр более полно заполняется свежим зарядом.

Выпускной клапан открывается раньше прихода поршня в НМТ.

При этом газы, находясь в цилиндре под большим давлением, быстро начинают выходить наружу, несмотря на то, что поршень еще движется вниз. Затем поршень, пройдя НМТ и двигаясь к ВМТ, будет выталкивать оставшиеся в цилиндре газы. Выпускной клапан закрывается тогда, когда поршень перейдет ВМТ. Несмотря на то, что поршень начнет уже немного опускаться вниз, газы будут продолжать выходить из цилиндра по инерции и вследствие отсасывающего действия потока газов, движущихся в выпускном трубопроводе. Таким образом, время открытия выпускного клапана больше времени, в течение которого происходит полуоборот вала, и цилиндр лучше очищается от отработавших газов.

Примечание
Угол поворота кривошипа, соответствующий положению, при котором впускной и выпускной клапаны одновременно открыты, называется углом перекрытия клапанов. Вследствие незначительности этого угла и ничтожной величины зазора между клапанами и гнездами, возможность утечки горючей смеси исключена. Перекрытие клапанов необходимо для дополнительной продувки цилиндра с целью лучшей наполняемости свежим зарядом.

Некоторое уменьшение давления газов на поршень, происходящее при рабочем ходе вследствие раннего открытия выпускного клапана, и потеря части работы газов при этом восполняются тем, что поршень, движущийся при такте выпуска вверх, не испытывает большого сопротивления от газов, оставшихся в небольшом количестве в цилиндре.

Изменение фаз газораспределения

С развитием технологий перед конструкторами и инженерами открылись серьезные перспективы в повышении эффективности работы двигателя – увеличение мощности с одновременным снижением расхода топлива стало новым трендом в автомобильной промышленности. Для того, чтобы оптимизировать работу двигателя внутреннего сгорания, необходимо подстраивать фазы газораспределения под все режимы нагрузки – от холостого хода до полной нагрузки.

Примечание
Обороты холостого хода — это минимальные обороты, при которых двигатель может работать устойчиво без нагрузки. Вы запустили двигатель, при этом никакого движения и воздействия на педаль газа не происходит.

А как изменять фазы газораспределения? — Проворачивать распределительный вал относительно коленчатого вала, изменяя тем самым моменты открытия клапанов. Прибавим к этому управление опережением зажигания* и это даст возможность управлять началом и концом тактов двигателя и позволило настолько оптимизировать работу ДВС, что показатели мощности и расхода топлива улучшились многократно.

Примечание
* Опережение зажигания. Для того чтобы топливовоздушная смесь успела сгореть, пока поршень движется от верхней мертвой точки к нижней, ее необходимо поджигать немного раньше. Основным показателем является угол опережения зажигания, который говорит нам о том, за сколько градусов до ВМТ на такте сжатия возникнет пробой между электродами свечи. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель угол опережения зажигания должен изменяться, что реализуется с помощью распределителя зажигания или электронного блока управления двигателя (подробнее об этом рассмотрено в главе 10 «Электрооборудование и электросистемы», раздел 10.4 «Система зажигания»).

Суть системы проста. На распределительный вал (или валы) устанавливается специальный механизм, на внешней части которого есть звездочка для приводной цепи от коленчатого вала. Механизм этот устанавливается так, что может проворачивать распределительный вал в сторону опережения или запаздывания, в зависимости от режима работы двигателя.

Если говорить более подробно, то работа механизма изменения фаз газораспределения (фазовращателя) происходит, как описано ниже.

Коленчатый вал через приводную цепь вращает фазовращатель, который установлен на распределительном валу. В момент, когда необходимо сместить время открытия клапанов в сторону запаздывания или опережения, фазовращатель проворачивает распредвал в соответствующую сторону.

Рисунок 4.12 Внешний вид фазовращателя.

Фазовращатели, в основном, устанавливают на впускной распределительный вал (вал, который открывает только впускные клапаны), но сейчас все чаще данные механизмы монтируют на оба распредвала – впускной и выпускной.

Изменяемая высота клапана

В современных бензиновых двигателях количество топливной смеси регулируется с помощью дроссельной заслонки – заслонка открывается, поступает больше воздуха, в соответствии с этим впрыскивается больше топлива. Воздух, необходимый для приготовления топливовоздушной смеси, пока доберется до цилиндра, преодолеет несколько весьма неприятных препятствий: воздушный фильтр, дроссельную заслонку, клапаны, а это все потери, которые напрямую влияют на мощность ДВС. Попробуйте сами подышать в противогазе не с угольным а с бумажным фильтром… Вот так и двигателю «тяжело дышать». Одно из препятствий на пути воздуха, от которого мечтали избавиться конструкторы, это дроссельная заслонка. Однако как регулировать количество впускаемого воздуха? Решение снова было связано с клапанами. Пришли к тому, что необходимо регулировать высоту клапана. Были системы со ступенчатым регулированием высоты клапана, а именно: клапан открывался только на три разные высоты. Затем придумали систему бесступенчатого открытия клапанов с диапазоном открытия от 1 мм до 10 мм. Это позволило избавиться от дроссельной заслонки – двигателю стало легче «дышать». Однако избавление от дроссельной заслонки изменением высоты открытия клапанов не является самоцелью. Контроль над работой клапанов позволяет еще больше отточить работу четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

Детали клапанной группы

К клапанной группе относятся клапан, направляющая втулка клапана, клапанная пружина с опорной шайбой и деталями крепления (они же — «сухари»). Все описанное приведено на рисунке 4.13.

Клапан служит для закрытия и открытия впускных или выпускных каналов в головке блока цилиндров. Основными элементами клапана являются тарелка и стержень.

Тарелка клапана имеет шлифованную конусную рабочую поверхность — фаску (обычно под углом 45°), которой клапан плотно притерт к седлу.

Стержень клапана отшлифован и проходит через направляющую втулку. На конце стержня клапана имеется канавка или отверстие для крепления опорной шайбы пружины. Разноименные клапаны имеют тарелки различных диаметров (зачастую, больший — у впускного клапана) или отличаются специальными метками.

Рисунок 4.13 Клапанный механизм.

Седло клапана (на рисунке 4.13) представляет собой металлическое кольцо цилиндрической формы с обработанной под углом 45 градусов рабочей поверхностью (той самой, к которой прилегает тарелка клапана). Седла клапанов запрессованы в головку блока цилиндров. Существуют конструкции с заменяемыми седлами и с седлами, запрессованными наглухо.

Направляющая втулка, в которой клапан устанавливается стержнем, обеспечивает точную посадку клапана в седло. Втулки запрессовывают в головку цилиндров.

Рисунок 4.14 Клапан.

Клапанная пружина удерживает клапан в закрытом положении, обеспечивая плотную его посадку в гнезде, а также создает постоянное прижатие толкателя к поверхности кулачка распределительного вала. Пружину надевают на выходящий из втулки конец стержня клапана и закрепляют на нем в сжатом состоянии с помощью опорной шайбы с коническими разрезными сухарями, которые входят в выточку на стержне клапана. Иногда на клапан устанавливают две пружины: пружину меньшего диаметра — внутрь пружины большего диаметра. Это делается для того, чтобы избежать резонанса пружины на определенных частотах работы двигателя, а также для подстраховки на случай поломки пружины. Часто применяются пружины с переменным шагом витков. Это исключает вероятность возникновения вибрации пружины и ее поломки при большом числе оборотов коленчатого вала двигателя. При установке двух пружин их подбирают таким образом, чтобы направление навивки их витков было выполнено в разные стороны, что также устраняет опасность возникновения резонансных колебаний пружин.

Для ограничения количества масла, поступающего в направляющую втулку, и устранения подсоса масла в цилиндр через зазоры во втулке на верхних впускных клапанах под опорной шайбой ставят маслосъемные колпачки.

Толкатель служит для передачи осевого усилия от кулачка распределительного вала на стержень клапана или на штангу. Дело в том, что передавать усилие от кулачка распредвала лучше именное через промежуточное звено – толкатель. Поскольку при длительной работе элементы клапанного механизма изнашиваются и, когда приходит время замены чрезмерно износившихся деталей, проще заменять небольшой толкатель, нежели целый распредвал или клапаны.

Рисунок 4.15 Головка блока цилиндров с элементами газораспределительного механизма.

Как было отмечено выше, сейчас получили широкое распространение так называемые гидрокомпенсаторы. «Гидро», потому что работают за счет давления моторного масла, а «компенсаторы», так как компенсируют или, проще говоря, сводят на нет зазор между кулачком распределительного вала и толкателем во время работы.

Толкатели в большинстве двигателей устанавливают без втулок непосредственно в отверстия приливов головки блока цилиндров. В некоторых двигателях для толкателей имеются направляющие втулки, отлитые секцией на несколько цилиндров.

Коромысло. Изменяет направление передаваемого движения. Устанавливают зачастую, когда распределительный вал один, а клапанов на цилиндр два или четыре, но расположены они особым образом (смотрите рисунок 4.16). Коромысла устанавливают на бронзовых втулках или без втулок на осях, которые при помощи стоек закреплены на головке блока. Одно плечо коромысла располагается над стержнем клапана, а другое — под или над кулачком распределительного вала. Для регулировки зазора между стержнем клапана и коромыслом в конец коромысла вкручен регулировочный винт с контргайкой.

Рисунок 4.16 Привод клапанов через коромысло.

Распределительный вал и его привод

Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Вал имеет впускные и выпускные кулачки (смотрите рисунок 4.17) и опорные шейки*.

Рисунок 4.17 Газораспределительный механизм в сборе.

Примечание
* На рисунке 4.17 опорные шейки не показаны, так как изображение схематическое и приведено для предварительного ознакомления. Получить представление о внешнем виде распределительных валов можно из рисунка 4.18.

Кулачки изготавливают как одно целое с валом. Однако существуют сборные конструкции, когда кулачки напрессовывают на вал.

Для каждого цилиндра у четырехтактных двигателей в зависимости от количества клапанов имеются два и более кулачков: впускных и выпускных. Форма кулачка обеспечивает плавный подъем и опускание клапана и соответствующую продолжительность его открытия. Одноименные кулачки для каждого цилиндра (например, впускные) располагают в четырехцилиндровых двигателях под углом 90°, в шестицилиндровых — под углом 60° и в восьмицилиндровых — под углом 45°. Разноименные кулачки (впускные и выпускные) устанавливают под углом, величина которого зависит от фаз газораспределения. Вершины кулачков располагаются в принятом для двигателя порядке работы с учетом направления вращения вала.

Рисунок 4.18 Головка блока цилиндров с распределительными валами.

 Как распредвал приводится во вращение?

Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала разными способами. Самыми распространенными являются: цепной и ременной привод, реже используется шестеренный.

Цепной привод. На конце коленчатого и распределительного валов устанавливают звездочки (как на велосипеде) и надевают приводную цепь. Для того чтобы исключить биение цепи, дополнительно устанавливают успокоитель, который представляет собой длинную планку, по которой перемещается цепь. Обычно с другой стороны устанавливают направляющую натяжителя цепи. Цепной привод можно изучить так же на рисунках 4.19 и 4.20.

Рисунок 4.19 Схема цепного привода газораспределительного механизма.

Рисунок 4.20 Пример цепного привода газораспределительного механизма.

Ременной привод. На коленчатый и распределительный валы устанавливаются зубчатые шкивы, чем-то напоминающие звездочки, однако намного шире их. На эти зубчатые шкивы надевается зубчатый ремень. Для удобства снятия и установки приводного ремня устанавливают натяжитель ремня (часто автоматический). Пример привода распределительного вала (или валов) с помощью зубчатого ремня приведен на рисунках 4.21 и 4.22.

Рисунок 4.21 Схема ременного привода газораспределительного механизма.

Рисунок 4.22 Пример ременного привода газораспределительного механизма.

Шестеренный привод. Привод распределительного вала осуществляется от шестерни на коленчатом валу через ряд промежуточных шестерен или напрямую, как показано на рисунке 4.23.

Рисунок 4.23 Шестеренный привод газораспределительного механизма.

Отключаемые клапаны

В погоне за экономичностью конструкторы решали одну из беспокоящих их проблем: что делать, когда двигатель, работая, использует всего 15–20 % своей мощности. Такое бывает, когда мы стоим, например, в пробке или едем по трассе на крейсерской скорости.

Примечание
Крейсерская скорость – скорость, при которой достигаются оптимальные показатели топливной экономичности. Термин, конечно, более подходящий для авиационной промышленности, однако, если мы едем по магистрали на пятой, а то и шестой передаче, то он вполне применим и в этой отрасли.

А если мощность используется не вся, то зачем работать всем цилиндрам двигателя? Что, если взять и отключить, например, на стоящем в пробке автомобиле, два из четырех цилиндров.

Ведь пары цилиндров вполне хватит для того, чтобы двигатель работал на холостых оборотах. В оставшиеся два цилиндра перестают подавать топливо и, чтобы они попросту не перекачивали воздух по впускному и выпускному коллектору, закрывают впускные и выпускные клапаны. Для выполнения такой незамысловатой операции придумали относительно простое решение: на распределительном вале рядом с обычными кулачками расположили кулачки с «нулевой высотой», то есть они никак не воздействуют на толкатель клапана.

Так при нормальной работе распределительный вал вращается и все клапаны выполняют свое назначение, а когда возникает необходимость в отключении клапанов, открывается специальный клапан, через который моторное масло под давлением, воздействуя на распределительный вал, смещает его в направлении продольной оси; кулачки с обычным профилем как открывали, так и открывают клапаны, а там где кулачки имеют «нулевую высоту», они просто-напросто не достают до клапанов, и те, в свою очередь, стоят неподвижно.

Примечание
Различные фирмы в разные времена предложили несколько схем реализации описанной выше операции по отключению части клапанов. Выше приведен лишь один из способов.

назначение, устройство и принцип работы газораспределительного механизма двигателя

Автор Павел Александрович Белоусов На чтение 5 мин. Просмотров 325

Современный двигатель внутреннего сгорания имеет сложную конструкцию, и один из ее основных элементов – газораспределительный механизм (ГРМ). Главное назначение газораспределительного механизма – регулировка своевременной подачи топливно-воздушной смеси в моторные цилиндры и вывод из них отработанных газов за счет периодического открытия и закрытия системы клапанов. 

Конструкция ГРМ

Газораспределительный механизм двигателя приводит в движение систему клапанов. В различных моделях автомобилей применяются разные технические решения для обеспечения работы ГРМ, но принцип работы у всех одинаковые и обычный газораспределительный механизм состоит из:

• распределительного вала с установленными на него кулачками;
• системы впускных и выпускных клапанов с тарелочками, закрепленными сухарями;
• рычагов (рокеров) или гидрокомпенсаторов;
• шестерни распределительного вала;
• шестерни коленчатого вала;
• ремня или цепи ГРМ;
• дополнительных шестерней и роликов.

Работа системы клапанов

Каждый клапан оснащается пружиной, которая возвращает его в верхнее (закрытое) положение. Специальный кулачок, расположенный на валу, вращаясь, нажимает на клапан, открывая его в нужный момент. Чтобы пружина не соскользнула, на верхней части клапана делается кольцевая проточка, иногда две или три, в неё вставляется сухарь, к которому прикрепляется тарелка с конусовидным отверстием. Собранный из двух частей сухарь тоже имеет конусную поверхность и надежно удерживает тарелку с пружиной. Собранный таким образом клапан называют «засухаренным».

Распределительный вал

Нажимающие на клапана кулачки заставляет двигаться специальный механизм – привод ГРМ, точнее еще один его компонент – газораспределительный вал, который еще называют распредвалом. Кулачки являются его составной частью, а крепится он на специальных опорных шейках в головке блока цилиндров. В зависимости от расположения кулачков на распредвалу, поочередно открываются нужные для нормальной работы двигателя клапана, в чем и состоит принцип работы ГРМ.  В некоторых моделях двигателей, где цилиндры расположены не рядно, предусмотрена пара распределительных валов.

Работа системы валов ГРМ

Распредвал приводится в движение посредством коленчатого вала, на конце которого находится шестерня специально подобранного диаметра. Другая шестерня устанавливается на распределительный вал. Передача крутящего момента от коленчатого вала к распределительному передается стальной цепью или ремнем с зубцами под шестерни, который изготовлен из прочной армированной резины. Работа газораспределительного механизма зависит от правильной установки цепи или ремня. В этом случае все клапана открываются в нужный момент, что позволяет воздушно-топливной смеси заходить в цилиндр, сгорать там и выводить отработанные газы. В этом состоит главный принцип работы газораспределительного механизма.

В зависимости от конструкции нажатие на клапан осуществляется непосредственно кулачком на распределительном валу или через рычаг, называемый рокером, на который воздействует кулачок. Назначение и устройство газораспределительного механизма позволяет открывать нужные клапана в момент наступления нужного такта работы двигателя, что обеспечивает ее бесперебойность. Любое нарушение ведёт к сбою в работе вплоть до поломки силового агрегата.

 Проблема термического расширения

Устройство ГРМ обеспечивают нормальную работу двигателя, но при этом возникают определенные проблемы. Это касается термического расширения металла, из которого сделаны клапана, поскольку он подвергается воздействию высоких температур при сгорании топлива. При нагревании он удлиняется и не может плотно закрыть отверстие в цилиндре, что существенно снижает компрессию. Чтобы клапан удлинялся не в цилиндр, а вверх, между тарелкой и кулачком или рокером и кулачком делается тепловой зазор в 0,2 мм. Этот зазор выставляется и проверяется специальным щупом, а регулируется винтом или болтом.

В современных двигателях для борьбы с тепловым расширением используются другие детали газораспределительного механизма – гидрокомпенсаторы. В этом случае регулировка клапанов не потребуется, зазор выставляется и регулируется автоматически. Если гидрокомпенсатры начинают постукивать, это говорит о проблемах в их работе, поскольку они не успевают выбирать зазоры. Основные причины появления такой проблемы – поломка самого гидрокомпенсатора, который подлежит замене, реже засор или плохая работа системы смазки.

Видео: Принцип работы газораспределительного механизма

ГРМ в процессе эксплуатации

Чтобы при работе не возникло проблем, нужно периодически проверять газораспределительный механизм мотора. Нужно при помощи щупа контролировать тепловой зазор между клапаном и рычагом распредвала, а при необходимости производить регулировку.

Поскольку газораспределительный механизм предназначен для согласованной работы всех элементов двигателя, то нужно знать, что если в процессе его работы оборвется приводной ремень, то распределительный и коленчатый валы перестают работать синхронно. При этом распредвал может остановиться в положении, при котором один из клапанов останется полностью открытым и тогда двигающийся вверх поршень неизбежно ударит по клапану, который погнется, что приведет к выходу двигателя из строя и серьезному ремонту.

Чтобы избежать подобной ситуации, необходимо вовремя производить замену приводного ремня ГРМ. Периодичность замены указывается производителем в зависимости от конструктивных особенностей двигателя, но в большинстве случаев это рекомендуется делать при пробеге от 60 до 70 тыс. км. Это достаточно сложная операция, которую делают специалисты на СТО, но если у водителя есть нужные навыки, замену можно сделать и самостоятельно. Цепи ГРМ служат гораздо дольше, замена может потребоваться при пробеге от 300 до 400 тыс. км. Особенность двигателей с цепями: при их растяжении они начинают характерно греметь и позванивать, что позволяет определить необходимость замены.

Назначение газораспределительного механизма двигателя – обеспечить синхронную работу поршневой группы и клапанов. Каждый из его элементов должен работать в номинальном режиме, только тогда двигатель заведется. Иногда случается так, что ремень ГРМ не разрывается, а проскальзывает по шестерням, что будет видно по его меткам. В этом случае двигатель не заведется и потребуется замена ремня.

Газораспределительный механизм (ГРМ) — назначение, конструкция и устройство, принцип работы, типы газораспределительных механизмов

Назначение и характеристика

Газораспределительным называется механизм, осуществляющий открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя.

Газораспределительный механизм (ГРМ) служит для своевременного впуска горючей смеси или воздуха в цилиндры двигателя и выпуска из цилиндров отработавших газов. В двигателях автомобилей применяются газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов. Верхнее расположение клапанов позволяет увеличить степень сжатия двигателя, улучшить наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом и упростить техническое обслуживание двигателя в эксплуатации. Двигатели автомобилей могут иметь газораспределительные механизмы различных типов (рисунок 1), что зависит от компоновки двигателя и, главным образом, от взаимного расположения коленчатого вала, распределительного вала и впускных и выпускных клапанов. Число распределительных валов зависит от типа двигателя.

Рисунок 1 – Типы газораспределительных механизмов, классифицированных по различным признакам

При верхнем расположении распределительный вал устанавливается в головке цилиндров, где размещены клапаны. Открытие и закрытие клапанов производится непосредственно от распределительного вала через толкатели или рычаги привода клапанов. Привод распределительного вала осуществляется от коленчатого вала с помощью роликовой цепи или зубчатого ремня.

Верхнее расположение распределительного вала упрощает конструкцию двигателя, уменьшает массу и инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей механизма и обеспечивает высокую надежность и бесшумность его работы про большой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Цепной и ременный приводы распределительного вала также обеспечивают бесшумную работу газораспределительного механизма.

При нижнем расположении распределительный вал устанавливается в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Открытие и закрытие клапанов производится от распределительного вала через толкатели штанги и коромысла. Привод распределительного вала осуществляется с помощью шестерен от коленчатого вала. При нижнем расположении распределительного вала усложняется конструкция газораспределительного механизма и двигателя. При этом возрастают инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей газораспределительного механизма. Число распределительных валов в газораспределительном механизме и число клапанов на один цилиндр зависят от типа двигателя. Так, при большем числе впускных и выпускных клапанов обеспечивается лучшие наполнение цилиндров горючей смесью и их очистка от отработавших газов. В результате двигатель может развивать большие мощность и крутящий момент. При нечетном числе клапанов на цилиндр число впускных клапанов на один клапан больше, чем выпускных.

Конструкция и работа газораспределительного механизма

Газораспределительные механизмы независимо от расположения распределительных валов в двигателе включают в себя клапанную группу, передаточные детали и распределительные валы с приводом.

В клапанную группу входят впускные и выпускные клапаны, направляющие втулки клапанов и пружины клапанов с деталями крепления.

Передаточными деталями являются толкатели, направляющие втулки толкателей, штанги толкателей, коромысла, ось коромысел, рычаги привода клапанов, регулировочные шайбы и регулировочные болты. Однако при верхнем расположении распределительного вала толкатели, направляющие втулки и штанги толкателей, коромысла и ось коромысел обычно отсутствуют.

На рисунке 2 представлен газораспределительный механизм двигателя с верхним расположением клапанов, с верхним расположением распределительного вала с цепным приводом и с двумя клапанами на цилиндр. Он состоит из распределительного вала 14 с корпусом 13 подшипников, привода распределительного вала, рычагов 11 привода клапанов, опорных регулировочных болтов 18 клапанов 1 и 22, направляющих втулок 4, пружин 7 и 8 клапанов с деталями крепления.

Рисунок 2 – Газораспределительный механизм легкового автомобиля с цепным приводом

1, 22 – клапаны; 2 – головка; 3 – стержень; 4, 20 – втулки; 5 – колпачок; 6 – шайбы; 7, 8, 17 – пружины; 9 – тарелка; 10 – сухарь; 11 – рычаг; 12 – фланец; 13 – корпус; 14 – распределительный вал; 15 – шейка; 16 – кулачок; 18 – болт; 19 – гайка; 21 – пластина; 23 – кольцо; 24, 27, 28 – звездочки; 25 – цепь; 26 – успокоитель; 29 – палец; 30 – башмак; 31 – натяжное устройство

Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Распределительный вал – пятиопорный, отлит из чугуна. Он имеет опорные шейки 15 и кулачки 16 (впускные и выпускные). Внутри вала проходит канал, через который подводится масло от средней опорной шейки к другим шейкам и кулачкам. К переднему торцу вала крепится ведомая звездочка 24 цепного привода. Вал устанавливается в специальном корпусе 13 подшипников, отлитом из алюминиевого сплава, который закреплен на верхней плоскости головки блока цилиндров. От осевых перемещений распределительный вал фиксируется упорным фланцем 12, который входит в канавку передней опорной шейки вала и прикрепляется к торцу корпуса подшипников.

Привод распределительного вала осуществляется через установленную на нем ведомую звездочку 24 двухрядной роликовой цепью 25 от ведущей звездочки 28 коленчатого вала. Этой цепью также вращается звездочка 27 вала привода масляного насоса. Привод распределительного вала имеет полуавтоматический натяжной механизм, состоящий из башмака и натяжного устройства. Цепь натягивается башмаком 30, на который воздействуют пружины натяжного устройства 31. Для гашения колебаний ведущей ветви цепи служит успокоитель 26. Башмак и успокоитель имеют стальной каркас с привулканизированным слоем резины. Ограничительный палец 29 предотвращает спадание цепи при снятии на автомобиле ведомой звездочки распределительного вала.

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапаны установлены в головке блока цилиндров в один ряд под углом к вертикальной оси цилиндров двигателя. Впускной клапан 1 для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью имеет головку большего диаметра, чем выпускной клапан. Он изготовлен из специальной хромистой стали, обладающей высокой износостойкостью и теплопроводностью. Выпускной клапан 22 работает в более тяжелых температурных условиях, чем впускной. Он выполнен составным. Его головку делают из жаропрочной хромистой стали, а стержень – из специальной хромистой стали.

Каждый клапан состоит из головки 2 и стержня 3. Головка имеет конусную поверхность (фаску), которой клапан при закрытии плотно прилегает к седлу из специального чугуна, установленному в головке блока цилиндров и имеющему также конусную поверхность.

Стержень клапана перемещается в чугунной направляющей втулке 4, запрессованной и фиксируемой стопорным кольцом 23 в головке блока цилиндров, обеспечивающей точную посадку клапана. На втулку надевается маслоотражательный колпачок 5 из маслостойкой резины. Клапан имеет две цилиндрические пружины: наружную 8 и внутреннюю 7. Пружины крепятся на стержне клапана с помощью шайб 6, тарелки 9 и разрезного сухаря 10. Клапан приводится в действие от кулачка распределительного вала стальным кованным рычагом 11, который опирается одним концом на регулировочный болт 18, а другим – на стержень клапана. Регулировочный болт имеет сферическую головку. Он ввертывается в резьбовую втулку 20, закрепленную в головке блока цилиндров и застопоренную пластиной 21, и фиксируется гайкой 19. Регулировочным болтом устанавливается необходимый зазор между кулачком распределительного вала и рычагом привода клапана, равный 0,15 мм на холодном двигателе и 0,2 мм на горячем двигателе (прогретом до 75…85 °C). Пружина 17 создает постоянный контакт между концом рычага привода и стержнем клапана.

Принцип работы

Газораспределительный механизм (ГРМ) работает следующим образом. При вращении распределительного вала его кулачки в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя поочередно набегают на рычаги 11. Рычаги, поворачиваясь одним концом на сферических головках регулировочных болтов 18, другим концом воздействуют на стержни клапанов, преодолевают сопротивление пружин 7, 8 и открывают клапаны. При дальнейшем повороте распределительного вала кулачки сходят с рычагов, которые возвращаются в исходное положение под действием пружин 17, а клапаны закрываются под действием пружин 7 и 8.

При работе двигателя распределительный вал вращается в два раза медленнее, чем коленчатый вал. Это связано с тем, что за период рабочего цикла двигателя, протекающего за два оборота коленчатого вала, впускной и выпускной клапаны каждого цилиндра должны открываться по одному разу.

Нормальная работа газораспределительного механизма (ГРМ) во многом зависит от теплового зазора между кулачками распределительного вала и рычагами привода клапанов. Этот зазор обеспечивает плотное закрытие клапанов при их удлинении в результате нагрева во время работы. При недостаточном тепловом зазоре или его отсутствии происходит неполное закрытие клапанов, что приводит к утечке газов, быстрому обгоранию фасок головок клапанов и снижению мощности двигателя.

Привод распределительного вала

Особенностью привода распределительного вала (рисунок 3) является применение ременной передачи. Привод распределительного вала осуществляется через установленный на нем зубчатый шкив 4 ремнем 5 от зубчатого шкива 1 коленчатого вала. С помощью этого ремня также вращается зубчатый шкив 8 вала привода масляного насоса.

Рисунок 3 – Ременный привод распределительного вала

1, 4, 8 – шкивы; 2 – болты; 3 – ролик; 5 – ремень; 6 – кронштейн; 7 – пружина

Ремень – зубчатый, изготовлен из резины, армированной стекловолокном. Зубья ремня имеют трапециевидную форму. Ремень натягивается с помощью натяжного ролика 3, закрепленного на кронштейне 6. Натяжение ремня регулируют пружиной 7 на неработающем двигателе при ослабленных болтах 2 крепления кронштейна натяжного ролика. Привод распределительного вала работает без смазки и снаружи закрыт тремя пластмассовыми крышками.

Газораспределительный механизм двигателя, представленный на рисунке 4, состоит из распределительного вала 2 с двумя корпусами 1 подшипников, привода распределительного вала, толкателей 4, регулировочных шайб 3, направляющих втулок 6, клапанов 7, пружин 5 клапанов с деталями крепления.

Рисунок 4 – Газораспределительный механизм (а) с верхним расположением распределительного вала и его привод (б):

1 – корпус; 2 – распределительный вал; 3 – шайба; 4 – толкатель; 5 – пружина; 6 – втулка; 7 – клапан; 8, 9, 11 – шкивы; 10 – ролик; 12 – ремень; 13 – ось

Распределительный вал чугунный, литой, пятиопорный. В задней части вала 2 находится эксцентрик для привода топливного насоса. Корпуса 1 подшипников распределительного вала отлиты из алюминиевого сплава. В них находятся верхние половины опор под шейки распределительного вала: две в переднем корпусе и три в заднем. Толкатели 4 клапанов – стальные, цилиндрические, передают усилия от кулачков распределительного вала на клапаны. В верхней части толкателей имеется гнездо для установки регулировочной шайбы. Регулировочные шайбы 3 – плоские, стальные, толщиной 3,00…4,25 мм с интервалом через каждые 0,05 мм. Подбором толщины этих шайб регулируется тепловой зазор между шайбой и кулачком распределительного вала. Клапаны 7 (впускной, выпускной) отличаются по конструкции и изготовлены из разных сталей. Впускной клапан имеет головку большего диаметра, чем выпускной. Он выполнен из хромоникельмолибденовой стали. Выпускной клапан – составной, сварен из двух частей. Головка клапана изготавливается из жаропрочной хромоникельмарганцовистой стали, а стержень – из хромоникельмолибденовой стали. Направляющие втулки 6 клапанов – чугунные, запрессовываются и фиксируются стопорными кольцами в головке блока цилиндров.

Пружины 5 (наружная, внутренняя) прижимают клапан к седлу и не дают ему отрываться от толкателя. Они также исключают возникновение резонансных колебаний деталей.

Привод распределительного вала производится через установленный на нем зубчатый шкив 11 ремнем 12 от зубчатого шкива 8 коленчатого вала. Этим же ремнем вращается зубчатый шкив 9 насоса охлаждающей жидкости. Ремень – зубчатый, резиновый, армирован стекловолокном. Зубья ремня имеют полукруглую форму. Ремень натягивается роликом 10, который вращается на эксцентриковой оси 13, установленной на шпильке, закрепленной в головке блока цилиндров. При повороте эксцентриковой оси относительно шпильки изменяется натяжение ремня. Привод распределительного вала работает без смазочного материала. Он закрыт двумя крышками – передней пластмассовой и задней стальной.

При вращении распределительного вала его кулачок набегает на шайбу 3 и толкатель 4. Толкатель действует на стержень клапана 7, преодолевает сопротивление пружин 5 и открывает клапан. При дальнейшем повороте кулачок сходит с толкателя, который возвращается в исходное положение под действием пружин 5, закрывающих клапан.

Газораспределительный механизм с нижним расположением распределительного вала

На рисунке 5 показан газораспределительный механизм двигателя с нижним расположением распределительного вала. Газораспределительный механизм верхнеклапанный, с шестеренным приводом и двумя клапанами на цилиндр.

Рисунок 5 – Газораспределительный механизм с нижним расположением распределительного вала

1 – распределительный вал; 2 – клапан; 3, 20 – втулки; 4 – пружина; 5 – коромысло; 6 – ось; 7 – винт; 8 – штанга; 9 – толкатель; 10, 11, 12 – шестерни; 13 – шейка; 14 – эксцентрик; 15 – кулачок; 16 – сухарь; 17, 19 – шайбы; 18 – колпачок

Механизм включает в себя распределительный вал 1, привод распределительного вала, толкатели 9, штанги 8 толкателей, регулировочные винты 7, ось 6 коромысел, коромысла 5, клапаны 2, направляющие втулки 3 клапанов и пружины 4 с деталями крепления.

Распределительный вал – стальной, кованый, имеет пять опорных шеек 13, кулачки 15 (впускные и выпускные), шестерню 12 привода масляного насоса и распределители зажигания, а также эксцентрик 14 привода топливного насоса. Вал установлен в блоке цилиндров двигателя на запрессованных биметаллических втулках, изготовленных из стали и покрытых изнутри слоем свинцовистого баббита.

Привод распределительного вала осуществляется через прикрепленную к его переднему концу ведомую шестерню 10, изготовленную из текстолита. Она находится в зацеплении с ведущей стальной шестерней 11, установленной на коленчатом валу. Обе шестерни выполнены косозубыми для уменьшения шума и обеспечения плавной работы. Передаточное отношение шестеренного привода – отношение числа зубьев ведущей шестерни к числу зубьев ведомой шестерни – равно 1:2, т.е. ведомая шестерня 10 имеет в два раза больше зубьев, чем ведущая шестерня 11. Это необходимо для того, чтобы за два оборота коленчатого вала распределительный вал совершал один оборот, обеспечивая за полный цикл двигателя открытие впускного и выпускного клапанов каждого цилиндра по одному разу.

Толкатели 9 служат для передачи усилия от кулачков распределительного вала к штангам 8. Они изготовлены из стали, и их торцы, соприкасающиеся с кулачками, выполнены сферическими и наплавлены отбеленным чугуном для уменьшения изнашивания. Внутри толкатели имеют сферические углубления для установки штанг. Толкатели перемещаются в направляющих отверстиях блока цилиндров.

Штанги 8 передают усилие от толкателей к коромыслам 5. Они изготовлены из алюминиевого сплава, и на их концы напрессованы стальные наконечники.

Коромысла 5 предназначены для передачи усилия от штанг к клапанам. Коромысла стальные, имеют неравные плечи для уменьшения высоты подъема толкателей и штанг, в их короткие плечи ввернуты винты 7 для регулирования теплового зазора. Коромысла установлены на втулках на полой оси 6, закрепленной в головке цилиндров.

Клапаны 2 изготовлены из легированных жаропрочных сталей. Для лучшего наполнения цилиндров двигателя горючей смесью диаметр головки у впускного клапана больше, чем у выпускного.

Пружины 4 изготовлены из рессорно-пружинной стали. Деталями их крепления являются шайбы 17 и 19, сухари 16 и втулки 20. Резиновые маслоотражательные колпачки 18, установленные на впускных клапанах, исключают проникновение масла через зазоры между направляющими втулками и стержнями впускных клапанов.

Работа механизма

Газораспределительный механизм (ГРМ) работает следующим образом. При вращении распределительного вала его кулачки поочередно набегают на толкатели 9 в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Усилие от толкателей 9 через штанги 8 передается к коромыслам 5, которые, поворачиваясь на оси 6, воздействуют на стержни клапанов 2, преодолевают сопротивление пружин 4 и открывают клапаны. При дальнейшем повороте распределительного вала кулачки сходят с толкателей, которые вместе со штангами и коромыслами возвращаются в исходное положение под действием пружин, закрывающих также клапаны.

Другие статьи по двигателю

Газораспределительный механизм двигателя: устройство ГРМ

Газораспределительный механизм двигателя

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизмподразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.

Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.

Газораспределительный механизм

Устройство ГРМ

В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).

Газораспределительный механизм

С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.

Газораспределительный механизм

Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.

Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.

Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.

Принцип работы ГРМ

Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.

Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед надеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем надевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.

Газораспределительный механизм

При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.

Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.

Газораспределительный механизм двигателя

В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь надевается на вал совместно со шкивом.

Устройство ГРМ и принцип работы

Автор admin На чтение 7 мин. Просмотров 2k.

Устройство ГРМ

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания – наиболее распространенный силовой агрегат, использующийся в современном автомобилестроении. Свое название он получил по количеству фаз, необходимых для осуществления одного цикла работы, или поворота коленчатого вала на 720 градусов.

Фаза впрыска топлива или топливно-воздушной смеси, сжатие рабочего тела поршнем, рабочий ход и выпуск отработанных газов. В модели идеального двигателя все фазы разнесены во времени, перекрытие между ними отсутствует, что, в свою очередь, обеспечивает получение максимально возможных рабочих значений мощности, крутящего момента и оборотов двигателя.

На практике, к сожалению, дела обстоят несколько хуже. Устройство газораспределительного механизма, отвечающего за исполнение фазы впрыска топлива и удаление выхлопных газов, его схема и принцип работы – основная тема данной статьи.

Общая схема и взаимодействие частей

Своевременное открытие впускных и выхлопных клапанов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания обеспечивается работой газораспределительного механизма или ГРМ.

Данное устройство состоит из распределительного вала с кулачками, необходимого количества коромысел или толкателей клапанов, пружин и собственно клапанов. Шестерня распредвала, ремень или цепь, используемые для передачи вращения от коленвала, и механизм натяжения цепи так же являются частью ГРМ.

1. Фаза впрыска топлива. Поршень начинает движение от верхней мертвой точки к нижней. Открывается клапан подачи горючего, и топливно-воздушная смесь заполняет разреженное пространство цилиндра. Отмерив необходимую дозу ТВС, клапан закрывается. Коленчатый вал повернулся на 180 градусов от начального положения.
   
2. Фаза сжатия. Достигнув нижней мертвой точки, поршень меняет направление движения к ВМТ, осуществляя сжатие топливно-воздушной смеси. При достижении верхней мертвой точки фаза сжатия рабочего тела оканчивается. Коленчатый вал совершил поворот на 360 градусов.
   
3. Фаза рабочего хода. В момент нахождения поршня в ВМТ и достижения максимальной расчетной степени сжатия, происходит воспламенение топливно-воздушной смеси. Под действием стремительно расширяющихся газов поршень движется к нижней мертвой точке, совершая рабочий ход. При достижении НМТ третья фаза работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания считается оконченной. Коленчатый вал совершил поворот 540 градусов.
   
4. Фаза удаления отработанных газов. Под действием коленчатого вала поршень начинает движение к верхней мертвой точке, вытесняя из объема цилиндра продукты сгорания топливно-воздушной смеси через открывшийся выхлопной клапан. По достижении поршнем ВМТ, фаза выхлопа считается завершенной, коленчатый вал совершил оборот на 720 градусов.
   

Для достижения такой точности по времени открытия впускных и выхлопных клапанов, газораспределительный механизм синхронизирован с оборотами коленчатого вала двигателя. Ремень или цепь передает вращение распределительному валу, кулачки которого, нажимая на коромысла, открывают поочередно впускные и выпускные клапаны ГРМ.

Классификация ГРМ

Нижнеклапанные двигатели

Газораспределительный механизм двигателя внутреннего сгорания прошел долгий путь от 1900-х годов до наших дней.

Нижнеклапанные двигатели с распредвалом в блоке цилиндров, использовались повсеместно, вплоть до середины двадцатого века. Схема и устройство впускных и выпускных клапанов, расположенных в ряд тарелками вверх, обеспечивала простоту изготовления и малошумность двигателя. Основным минусом подобной конструкции был сложный путь топливно-воздушной смеси, неоптимальный режим наполнения цилиндров, и, как следствие, меньшая мощность силового агрегата.

Газораспределительный механизм такого вида использовался вплоть до 90-х годов двадцатого столетия в грузовых автомобилях. Пример тому – ГАЗ 52, выпуск которого закончился в 1991 году.

Смешанное расположение клапанов

Попытки повысить мощностные характеристики ДВС привели к созданию двигателя со смешанным расположением клапанов. Впускные находились в головке блока цилиндров, а выпускные – в блоке, как у обычного «нижнеклапанника».

Распределительный вал один, так же расположенный в блоке цилиндров. Клапана, отвечающие за впуск топливно-воздушной смеси управлялись посредством штанг – толкателей, через которые передавалось усилие с распредвала, выхлопные – с помощью привычного коромысла.

Такая компоновочная схема обеспечивала более низкую температуру ТВС, и, как следствие, более высокую мощность, по сравнению с нижнеклапанными двигателями внутреннего сгорания.

Верхнеклапанные двигатели

Газораспределительный механизм, клапаны впускной и выхлопной системы которого находятся в головке блока цилиндров, а распредвал – в самом блоке, был сконструирован Дэвидом Бьюиком в самом начале двадцатого столетия. Управление клапанами осуществлялось посредством штанг – толкателей, воздействовавших на коромысла.

Подобная компоновочная схема обладает высокой надежностью, за счет передачи вращения от коленчатого вала к распределительному, с помощью шестерни. Зубчатый ремень, изношенный в процессе эксплуатации, может оборваться, нанеся серьезные повреждения клапанному механизму ГРМ, изношенная же передаточная шестерня лишь немного сдвинет фазы газораспределения, что опытный водитель заметит по изменениям в работе двигателя.

Минусом является некоторая инерционность подобной конструкции, что накладывает ограничения на обороты двигателя, а, следовательно, на крутящий момент и степень форсирования. Использование более чем двух клапанов на цилиндр приводит к усложнению газораспределительного механизма и увеличению габаритных размеров двигателя. Четырехклапанные двигатели такой компоновки используются в грузовых автомобилях КамАЗ, дизельных тепловозных двигателях.

Газораспределительный механизм автомобиля «Волга» двадцать первой модели был устроен именно по верхнеклапанной схеме.

• Двигатели, в которых распредвал и клапаны газораспределительного механизма располагаются в головке блока цилиндров, обозначаются аббревиатурой SOHC. Принцип действия и устройство механизма управления клапанами ГРМ отличается большим разнообразием. Существует схема открытия клапанов при помощи коромысел, рычагов и толкателей. Наибольшее распространение подобное устройство двигателей получило в период с середины 60-х до конца 80-х годов двадцатого столетия. В данный момент такие двигатели устанавливаются на недорогие легковые автомобили.
• Двигатели, газораспределительный механизм которых включает в себя два распредвала, обозначается аббревиатурой DOHC. При использовании двух клапанов на цилиндр, каждый распределительный вал открывает свой ряд клапанов. Такое устройство ГРМ позволяет уменьшить инерцию коленчатого вала, и тем самым значительно увеличивает обороты и мощность ДВС. Принцип работы двигателя, использующего четыре и более клапана на цилиндр, ничем не отличается от вышеописанного. Подобные силовые агрегаты демонстрируют большую, чем у двухклапанных аналогов, мощность и устанавливаются на большинство современных автомобилей.

В двигателях с подобным типом газораспределительного механизма важную роль играет устройство привода распредвалов. В качестве передаточного элемента используется цепь, находящаяся в герметично закрытом объеме, и омывающаяся маслом, или зубчатый ремень, находящийся на внешней стороне двигателя.

Поломка привода ГРМ зачастую приводит к печальным последствиям. Оборвавшийся ремень, износившийся в процессе эксплуатации, вызывает мгновенную остановку распределительного вала, вследствие чего некоторые клапаны остаются в открытом состоянии. Удар поршня по выступающей тарелке наносит серьезные повреждения головке блока цилиндров. В особо тяжелых случаях ремонт невозможен и требуется замена данного элемента двигателя.

Устройство десмодромного газораспределительного механизма

Для двигателей, конструкция ГРМ которых допускает использование пружин для закрывания клапанов, существует ограничение по максимальному количеству оборотов в минуту. При достижении значения в 9000 об/мин пружины не смогут обеспечить нужную скорость срабатывания, что неизбежно приведет к поломке двигателя.

Принцип десмодромного ГРМ заключается в использовании двух распределительных валов, один из которых производит открытие, а второй, закрытие клапанов. В таком двигателе нет ограничения на развиваемые обороты, ведь скорость срабатывания механизма напрямую зависит от скорости вращения коленвала.

Создание газораспределительного механизма с изменяемыми фазами стало возможным относительно недавно, с началом использования в двигателестроении бортовых компьютеров и электронных управляющих блоков. Система электромагнитных клапанов, меняющая режим работы согласно команд микропроцессора, позволяет снимать с двигателя мощность, приближающуюся к расчетной, при минимальном расходе топлива.

Замена ремня ГРМ своими руками

Снимая изношенный ремень, и устанавливая на его место новый, легко изменить взаимное расположение коленчатого и распределительного валов. В этом случае сместятся фазы газораспределения двигателя, что приведет к нарушениям в работе, вплоть до поломки. Метки на шестернях приводного механизма служат для визуального контроля настройки ГРМ.

Сняв непригодный ремень, необходимо совместить метки шестерней коленчатого и распределительного валов с прорезями в кожухе приводного механизма. Назначение этой операции – установка условного «нуля», с которого и начнется работа двигателя. Далее следует аккуратно установить запасной ремень, стараясь не сместить метки на шестернях.

Следующий шаг – осмотр и регулировка усилия натяжного ролика. Назначение этого узла в удержании ремня на шестернях приводного механизма. Правильность регулировки ролика можно проверить, повернув натянутый ремень пальцами. Если удастся провернуть на девяносто градусов – натяжной механизм отрегулирован хорошо. Если ремень повернется на угол меньший, чем 90 градусов, то он перетянут, если на больший, то недотянут.

Очень важно при монтаже не брать ремень ГРМ промасленными руками. Это может привести к проскакиванию на шестернях приводного механизма.

Купленный на придорожной АЗС ремень следует тщательно осмотреть. При нарушении условий хранения, даже новый ремень привода ГРМ пойдет трещинами и не сможет быть использован по назначению.

Видео, иллюстрирующее работу ГРМ

Мне нравится3Не нравится

Что еще стоит почитать

Газораспределительный механизм двигателя — устройство и назначение, ремень газораспределительного механизма

Назначение и устройство газораспределительного механизма двигателя

Назначение газораспределительного механизма состоит в том, чтобы управлять работой клапанов, а именно — открывать и закрывать впускные и выпускные клапаны в определенной последовательности в соответствии с тактами рабочего цикла.

Главная деталь в устройстве газораспределительного механизма двигателя — распределительный вал. Кулачки, выполненные на распределительном вале, в процессе его вращения периодически нажимают на клапаны через рычаги или специальные шайбы. В результате клапаны открываются и закрываются.

Ремень газораспределительного механизма

Для привода распределительного вала используется цепь или зубчатый ремень газораспределительного механизма. В одной головке цилиндров могут быть установлены два распределительных вала. Один из них управляет работой впускных, а другой — выпускных клапанов. Такая схема ГРМ называется двухвальной.

Ремень газораспределительного механизма передаёт вращение от коленчатого вала распределительному валу. В процессе работы двигатель нагревается. Нагрев стержня клапана приводит к его удлинению. Для компенсации этого явления в конструкции привода клапана требуется тепловой зазор. Если зазора не будет, клапан не сможет плотно закрываться, а это приведет к значительному падению компрессии, и как следствие, уменьшению мощности двигателя. В процессе эксплуатации зазор необходимо проверять и при необходимости регулировать. Периодичность и алгоритм выполнения этой операции зависят от конструкции привода клапанов и могут значительно отличаться для двигателей разных моделей.

Многие современные двигатели оснащены гидрокомпенсаторами. Гидрокомпенсатор устроен таким образом, что его высота может изменяться под действием давления масла из системы смазки. Величина изменения равна тепловому зазору в приводе. Что бы ни случилось, в любой ситуации наши специалисты по выездной тех помощи на дорогах москвы приедут и окажут необходимую помощь.

Применение гидрокомпенсаторов исключает необходимость регулировки тепловых зазоров. Из следующей главы можно будет узнать описание работы системы охлаждения двигателя, а именно современного двигателя внутреннего сгорания.

Устройство газораспределительного механизма в многоцилиндровом двигателе принципиально не отличается от случая одноцилиндрового двигателя. Однако, в многоцилиндровом двигателе необходима синхронная работа цилиндров. Поэтому, прежде чем перейти к рассмотрению устройства многоцилиндровых двигателей, необходимо познакомиться с несколькими важными понятиями, характеризующими конструкцию и работу одноцилиндрового мотора. А в одной из следующих глав можно будет узнать назначение, устройство и принцип работы системы смазки современного двигателя внутреннего сгорания.

Верхняя мертвая точка (ВМТ) — крайнее верхнее положение поршня, при котором колено коленчатого вала устремлено вертикально вверх и образует одну линию с шатуном. Таким образом, поршень находится на максимальном удалении от оси вращения коленчатого вала.

Нижняя мертвая точка (НМТ) — крайнее нижнее положение поршня, колено коленчатого вала устремлено вертикально вниз и образует одну линию с шатуном. Таким образом, поршень находится на минимальном удалении от оси вращения коленчатого вала.

Расстояние между ВМТ и HMT называется ходом поршня.

Объем над поршнем, расположенным в ВМТ, называется объемом камеры сгорания, обозначается Vc.

Объем над поршнем, расположенным в НМТ, называется полным объемом цилиндра, обозначается Vn.

Если из полного объема вычесть объем камеры сгорания, получим рабочий объем цилиндра (Vp):
Vn — Vc = Vp

Рабочий объем цилиндра — очень важный параметр, от которого зависят многие характеристики двигателя.

Еще одним важным параметром является степень сжатия. Степень сжатия определяется отношением полного объема Vn к объему камеры сгорания Vc.

Степень сжатия современных бензиновых моторов лежит в пределах 9-14, а дизельных — 14-24. Чем выше степень сжатия, тем мощнее и экономичнее двигатель при прочих равных условиях.

Одноцилиндровые двигатели с успехом применяются в мототехнике, а также в средствах малой механизации (газонокосилки, бензопилы и т. д.), но в автомобилях не используются. В серийных современных автомобилях можно встретить моторы с количеством цилиндров от 2 до 12.

Рабочий объем многоцилиндрового двигателя равен сумме рабочих объемов цилиндров.

Расположение цилиндров бывает также разным. В зависимости от этого двигатели бывают рядные, V-образные, VR-образные, W-образные и оппозитные.

Наибольшее распространение получили рядные четырехцилиндровые двигатели. Это не означает, что они являются лучшими, их популярность вызвана относительной простотой и соответственно доступной ценой.

Следует отметить, что в многоцилиндровом двигателе рабочие процессы в разных цилиндрах равномерно распределены.

Для примера рассмотрим очередность тактов по цилиндрам в четырехцилиндровом двигателе.

Как видно из таблицы за два оборота коленчатого вала во всех четырех цилиндрах происходит рабочий процесс, а сдвиг между ними составляет пол оборота.

Теперь давайте с самого начала посмотрим, как работает многоцилиндровый двигатель на примере четырехцилиндрового бензинового двигателя.

Когда водитель поворачивает ключ в замке зажигания в положение «старт», включается электродвигатель стартера и начинает вращать коленчатый вал двигателя за маховик. Поршни начнут двигаться вверх-вниз.

В одном из цилиндров (например, в третьем) поршень окажется в ВМТ такта впуска раньше других.

Кулачки распределительного вала расположены таким образом, что в этот момент в третьем цилиндре откроется впускной клапан, и камера сгорания начнет наполняться топливовоздушной смесью.

В момент, когда поршень третьего цилиндра подойдет к HMT (пол оборота коленчатого вала), к ВМТ такта впуска подойдет поршень четвертого цилиндра.

В третьем цилиндре начинается такт сжатия, а в четвертом — начинается такт впуска. В третьем цилиндре оба клапана закрыты, а в четвертом — открывается впускной.

При достижении поршнем третьего цилиндра очередного ВМТ, в этом цилиндре срабатывает система зажигания, происходит воспламенение смеси с последующим рабочим ходом. В четвертом цилиндре в это время происходит сжатие.

Еще через пол оборота в третьем цилиндре откроется выпускной клапан и начнется выпуск отработавших газов. В четвертом цилиндре в это время будет рабочий ход.

Во втором и первом цилиндрах происходит все то же самое, но с опозданием (относительно третьего цилиндра) на полтора и один оборот соответственно.

Газораспределительный механизм с изменяемыми фазами

В статье приведен обзор и технических анализ газораспределительного механизма с изменяемыми фазами для применения в судовых энергетических установках с дизельными двигателями.

Совершенствование конструкции судовых дизелей направлено на повышение эффективности, экономичности и снижение вредных выбросов в атмосферу. Инженерное решение этих задач в основном направлено на совершенствование рабочего процесса судового дизеля, поэтому разработка и применение современных конструкций газораспределительных механизмов, в частности – газораспределительных механизмов с изменяемыми фазами, является актуальной.

В ходе рабочего процесса двигателя внутреннего сгорания, механизм газораспределения должен обеспечивать оптимальные условия сжигания топлива в рабочей камере цилиндра двигателя за счет наполнения цилиндров порцией свежей горючей смеси (карбюраторные двигатели) или воздуха (дизели) и удаления в атмосферу продуктов сгорания.

Рабочие органы механизма газораспределения в определенный момент времени открывают и закрывают впускные и выпускные отверстия, которые сообщают цилиндры двигателя с впускными и выпускными коллекторами.

Для контроля и регулирования продолжительности открытия впускных и выпускных органов (например клапанов), выражаемой в градусах поворота коленчатого вала, а также их моментов открытия и закрытия, применяют понятие фаз газораспределения. Фазами газораспределения называют моменты открытия и закрытия впускных и выпускных органов относительно угла поворота коленчатого вала.

Открытие и закрытие впускных и выпускных органов происходит при нахождении поршня в верхней и нижней мертвых точках. Для лучшей очистки цилиндров от отработанных газов и заполнения их свежим воздухом или горючей смесью, открытие и закрытие окон не совпадает с положением поршня в мертвых точках.

От степени наполнения цилиндров свежим воздухом или горючей смесью и очистки их от отработанных газов во многом зависит мощность и экономичность двигателя. Для наглядности и понимания происходящих процессов фазы газораспределения изображают в виде таблицы или круговой диаграммы.

В настоящее время в двигателях внутреннего сгорания используются следующие конструкции механизмов газораспределения: клапанные, золотниковые и комбинированные, шайбовые, щелевые.

Газораспределительные механизмы должны обеспечивать хорошую очистку и наполнение цилиндров при достаточной надежности в работе. Совершенство очистки и наполнения цилиндров зависит, главным образом, от величины проходного сечения газораспределительных органов и продолжительности их открытия.

Выбор фаз газораспределения — один из инженерных компромиссов. Для того, чтобы получить максимальную мощность при высокой частоте вращения коленчатого вала, необходимо обеспечить существенное перекрытие клапанов в районе ВМТ, потому что мощность в наибольшей степени зависит от максимально возможного количества горючей смеси, попадающей в цилиндр за короткое время, но чем выше частота вращения коленчатого вала, тем меньше отводимое на это время. С другой стороны, при малых оборотах, когда не требуется максимальная мощность, лучше, когда угол перекрытия близок к нулю.

Традиционные конструкции механизмов газораспределения не обеспечивают, в полной мере, требуемые условия процесса сгорания топлива, особенно при работе двигателя на долевых нагрузках, что негативно сказывается на эффективности и экономичности двигателя. В связи с этим в современном двигателестроении активно разрабатываются и находят применение газораспределительные механизмы с изменяемыми фазами.

В современных автомобильных двигателях внутреннего сгорания нашли применение следующие конструкции систем газораспределения с изменяемыми фазами: Valvetronic, VTEC, VVT-i и другие [1, 2].

Система Valvetronic — устройство, позволяющее изменять ход клапана в зависимости от числа оборотов коленвала. Благодаря этому, на высоких оборотах достигается наилучшая вентиляция цилиндра, наилучшее его заполнение топливовоздушной смесью. При минимальных оборотах ход клапана минимален. При этом уменьшается эффект перекрытия клапанов, благодаря чему расход топлива минимален. С увеличением числа оборотов величина открытия клапанов увеличивается. При этом уменьшается сопротивление газовым потокам внутри цилиндра, скорость продувки и наполнения цилиндра топливовоздушной смесью возрастает.

Кроме того, увеличивается действие т.н. инерционного эффекта. Топливновоздушная смесь внутри цилиндра запирается клапанами при гораздо большем давлении, ее плотность выше, чем при минимальных оборотах. Кулачок, смещающий ось толкателя, имеет электрический привод. Это позволяет задавать угол поворота нелинейным и программировать его индивидуально для каждого двигателя. Испытания показали, что при 15-процентном повышении себестоимости двигатели с новой системой газораспределения, получившей название Valvetronic, дают 18-процентное снижение расхода топлива при работе на холостом ходу и 10-процентное при работе на частичных нагрузках. Проблема соответствия нормам Евро-4 успешно решена.

Привычная цепочка «распредвал — коромысло — клапан» была дополнена эксцентриковым валом и промежуточным рычагом. Эксцентриковый вал вращается приводимый от электродвигателя через червячную передачу. В созданной кинематической цепи электромотор, «руководимый» компьютером, поворачивая эксцентриковый вал, увеличивает или уменьшает плечо промежуточного рычага, задавая необходимую свободу перемещения коромыслу, с одной стороны опирающемуся на гидротолкатель, а с другой воздействующему на впускной клапан. Меняется плечо промежуточного рычага — меняется высота подъема клапанов в соответствии с нагрузкой на двигатель.

Система Valvetronic устанавливается только на впускные клапаны. Изменение хода клапана осуществляется с помощью сложной кинематической схемы (рисунок 1) Эксцентриковый вал 9 приводится в движение от электродвигателя 1 через червячную передачу 2. Вращение эксцентрикового вала 9 изменяет положение промежуточного рычага 10, который, в свою очередь, задает определенное движение коромысла 11 и соответствующее ему перемещение клапана 16. Изменение высоты подъема клапана осуществляется непрерывно в зависимости от режимов работы двигателя. Такая система позволяет отказаться от использования дроссельной заслонки на некоторых режимах работы двигателя.

В системе VTEC два кулачка расположены на внешних сторонах группы и отвечают за действие клапанов на низких оборотах, а средний подключается на высоких оборотах [2]. Внешние кулачки непосредственно контактируют с клапанами: опускают их при помощи коромысел (рокеров). Отдельный средний кулачок до поры до времени вращается и вхолостую нажимает на свое коромысло, которое активируется при достижении определенного высокого числа оборотов коленвала. В дальнейшем эта центральная часть отвечает за открытие и закрытие клапанов, хотя и действует как специальный промежуточный механизм. Когда двигатель работает на малом ходу, пары впускных и выпускных клапанов открываются соответствующими кулачками. Их форма, как и у большинства аналогичных моторов, выполнена в виде эллипса. Однако эти кулачки способны обеспечивать лишь экономичный режим работы двигателя и только на малых оборотах. При достижении высокой скорости вращения распредвала задействуется специальный механизм. «Незанятый» до этого работой средний кулачок вращался и без какого-либо эффекта нажимал на среднее коромысло, никак не связанное с клапанами. Однако во всех трех коромыслах предусмотрены отверстия, в которые под высоким давлением масла загоняется металлический пруток. Таким образом, группа жестко фиксируется и в дальнейшем работает как одно целое. Тут в работу вступает отдыхавший до этого средний кулачок. Он имеет более продолговатую форму и поэтому при его нажатии все три коромысла, а значит и клапана, опускаются гораздо ниже и на больший промежуток времени остаются открытыми. В этом случае двигатель может «дышать» свободнее, развивать и поддерживать высокий крутящий момент и хорошую мощность.

Система VVT-i (Variable Valve Timing intelligent — изменения фаз газораспределения) позволяет плавно изменять фазы газораспределения в соответствии с условиями работы двигателя. Это достигается путем поворота распределительного вала впускных клапанов относительно вала выпускных в диапазоне 40-60° (по углу поворота коленвала). В результате изменяется момент начала открытия впускных клапанов и величина времени «перекрытия» (то есть времени, когда выпускной клапан еще не закрыт, а впускной — уже открыт). Исполнительный механизм VVT-i размещен в шкиве распределительного вала — корпус привода соединен со звездочкой или зубчатым шкивом, ротор — с распредвалом. Масло подводится с одной или другой стороны каждого из лепестков ротора, заставляя его и сам вал поворачиваться. Если двигатель заглушен, то устанавливается максимальный угол задержки (то есть угол, соответствующий наиболее позднему открытию и закрытию впускных клапанов). Чтобы сразу после запуска, когда давление в масляной магистрали еще недостаточно для эффективного управления VVT-i, не возникало ударов в механизме, ротор соединяется с корпусом стопорным штифтом (затем штифт отжимается давлением масла).

Управление VVT-i осуществляется при помощи клапана VVT-i (OCV — Oil Control Valve). По сигналу блока управления электромагнит через плунжер перемещает основной золотник, перепуская масло в том или ином направлении. Когда двигатель заглушен, золотник перемещается пружиной таким образом, чтобы установился максимальный угол задержки.

В последнее время появились разработки систем газораспределения с изменяемыми фазами и для морских дизельных двигателей, например Caterpillar Marine Flexible Camshaft Technology (Морская гибкая технология распредвала фирмы Caterpillar). Эти двигатели отвечают требованиям DNV Clean Design по снижению выбросов оксидов азота в атмосферу, а также имеют уменьшенный расход топлива и низкое содержание CO2 в выхлопных газах. Подобные характеристики обеспечиваются длинным ходом поршня и технологией Flexible Camshaft Technology (FCT). Данная технология объединяет в себе преимущества регулируемых топливных систем и усовершенствованных воздушных систем, а также обеспечивает максимально эффективное использование конструкции современных двигателей. При использовании технологии FCT происходит регулировка фаз газораспределения при неполной нагрузке на двигатель. За счет этого оптимизируется компрессия и достигается более полное сгорание топлива. В результате при любой нагрузке в выхлопных газах двигателя M 43 C практически отсутствует дым, а также обеспечивается более экономичное сгорание тяжелого дизельного топлива.

Приведенный технический анализ газораспределительного механизма с изменяемыми фазами показывает что рабочий цикл двигателя совершенствуется за счет следующих процессов и параметров:

1. Улучшается процесс сгорания топлива, за счет корректирования топливовоздушного отношения при работе двигателя на долевых нагрузках.
2. Повышается экономичность двигателя.
3. Уменьшаются вредные выбросы отработанных газов в атмосферу.

Газораспределительный механизм — группа клапанов

Назначение и виды привода ГРМ:

1.1. Назначение газораспределительного механизма:

Назначение газораспределительного механизма — пропускать свежую топливную смесь в цилиндры двигателя и выпускать выхлопные газы. Газообмен осуществляется через впускные и выпускные отверстия, которые герметично закрываются элементами ремня ГРМ в соответствии с принятым режимом работы двигателя.

1.2. Назначение группы клапанов:

Назначение группы клапанов — герметично закрыть впускные и выпускные отверстия и открыть их в указанное время на указанное время.

1.3. Типы ГРМ:

в зависимости от органов, которыми цилиндры двигателя связаны с окружающей средой, синхронизация клапанная, золотниковая и комбинированная.

1.4. Сравнение типов ГРМ:

ГРМ является наиболее распространенным из-за относительно простой конструкции и надежной работы. Идеальная и надежная герметизация рабочего пространства, достигаемая за счет того, что клапаны остаются неподвижными при высоком давлении в цилиндрах, дает серьезное преимущество перед клапанным или комбинированным ремнем ГРМ.Поэтому все чаще используются фазы газораспределения.

Устройство группы клапанов:

2.1. Устройство клапана:

Клапаны двигателя состоят из штока и головки. Головы чаще всего делают плоскими, выпуклыми или колоколообразными. Головка имеет небольшой цилиндрический ремень (около 2 мм) и уплотнительный скос 45˚ или 30˚. Цилиндрическая лента позволяет, с одной стороны, сохранить основной диаметр клапана при шлифовании уплотнительной фаски, а с другой стороны, увеличить жесткость клапана и тем самым предотвратить деформацию.Наиболее распространены клапаны с плоской головкой и уплотнительной фаской 45˚ (чаще всего это впускные клапаны), а для улучшения наполнения и очистки цилиндров впускной клапан имеет больший диаметр, чем выпускной. Выхлопные клапаны часто изготавливают с куполообразной шаровой головкой.

Это улучшает отвод выхлопных газов из цилиндров, а также увеличивает прочность и жесткость клапана. Для улучшения условий отвода тепла от головки клапана и повышения общей недеформируемости клапана переход между головкой и штоком выполнен под углом 10˚ — 30˚ и с большим радиусом кривизны.На верхнем конце штока клапана выполнены канавки конической, цилиндрической или специальной формы, в зависимости от принятого способа крепления пружины к клапану. Натриевое охлаждение используется в ряде двигателей для снижения термической нагрузки на разрывные клапаны. Для этого клапан делают полым, а образовавшуюся полость наполовину заполняют натрием, температура плавления которого составляет 100 ° С. При работающем двигателе натрий плавится и, перемещаясь в полости клапана, передает тепло от горячая головка к охладителю, а оттуда к приводу клапана.

2.2. Присоединение клапана к его пружине:

Конструкции этого устройства чрезвычайно разнообразны, но наиболее распространена конструкция с полуконусами. С помощью двух полуконусов, которые входят в каналы, выполненные в штоке клапана, прижимается пластина, удерживающая пружину и не позволяющая разобрать агрегат. Это создает соединение между пружиной и клапаном.

2.3. Расположение седла клапана:

Во всех современных двигателях седла выпускных клапанов изготавливаются отдельно от головки блока цилиндров.Они также используются для присосок, когда головка блока цилиндров изготовлена ​​из алюминиевого сплава. Когда это чугун, в нем делают седла. Конструктивно седло представляет собой кольцо, которое крепится к головке блока цилиндров в специально обработанном посадочном месте. При этом на внешней поверхности седла иногда делают канавки, которые при надавливании на седло заполняются материалом головки блока цилиндров, обеспечивая тем самым их надежное крепление. Помимо зажима, крепление также может производиться поворотом седла.Для обеспечения герметичности рабочего пространства при закрытом клапане рабочая поверхность седла должна быть обработана под таким же углом, что и уплотнительная фаска головки клапана. Для этого седла обрабатываются специальными инструментами с углами заточки не 15 °, 45 ° и 75 °, чтобы получить уплотнительную ленту под углом 45 ° и шириной около 2 мм. Остальные углы сделаны для улучшения обтекания седла.

2.4. Направляющие клапана Расположение:

конструкция направляющих очень разнообразна.Чаще всего используются направляющие с гладкой внешней поверхностью, которые изготавливаются на бесцентровом сантехническом станке. Направляющие с внешним фиксирующим ремнем удобнее застегивать, но сложнее сделать. Для этого целесообразнее вместо ремня сделать в направляющей канал для стопорного кольца. Направляющие выпускных клапанов часто используются для защиты их от окислительного воздействия горячего потока отработавших газов. В этом случае делают более длинные направляющие, остальная часть которых располагается в выпускном канале ГБЦ.По мере уменьшения расстояния между направляющей и головкой клапана отверстие в направляющей на стороне головки клапана сужается или расширяется в области головки клапана.

2,5. Устройство пружин:

В современных двигателях

наиболее распространены цилиндрические пружины с постоянным шагом. Для образования опорных поверхностей концы витков пружины сводятся друг к другу и накладываются друг на друга лбом, в результате чего общее количество витков в два-три раза превышает количество рабочих пружин.Концевые катушки поддерживаются с одной стороны пластины и с другой стороны головки цилиндра или блока. Если есть риск возникновения резонанса, пружины клапанов изготавливаются с переменным шагом. Ступенчатый редуктор изгибается либо от одного конца пружины к другому, либо от середины к обоим концам. При открытии клапана ближайшие друг к другу обмотки соприкасаются, в результате чего количество рабочих обмоток уменьшается, а частота свободных колебаний пружины увеличивается. Это снимает условия для резонанса.С этой же целью иногда используются конические пружины, собственная частота которых варьируется по длине и возникновение резонанса исключено.

2.6. Материалы для изготовления элементов клапанной группы:

• Клапаны — Всасывающие клапаны доступны из хрома (40x), хромоникелевых сталей (40XN) и других легированных сталей. Выпускные клапаны изготавливаются из жаропрочных сталей с высоким содержанием хрома, никеля и других легирующих металлов: 4Х9С2, 4Х10С2М, Х12Н7С, 40СХ10МА.
• Седла клапана — используйте жаропрочные стали, легированный чугун, алюминиевую бронзу или металлокерамику.
• Направляющие клапана сложны в изготовлении и требуют материалов с высокой термической и износостойкостью и хорошей теплопроводностью, таких как серый перлитный чугун и алюминиевая бронза.
• Пружины — изготавливаются путем наматывания проволоки из стомы пружины, например 65G, 60C2A, 50HFA.

Работа группы клапанов:

3.1. Механизм синхронизации:

Механизм синхронизации кинематически связан с коленчатым валом, перемещаясь синхронно с ним. Ремень ГРМ открывает и закрывает впускные и выпускные отверстия отдельных цилиндров в соответствии с принятым порядком работы.Это процесс газообмена в баллонах.

3.2 Действие привода ГРМ:

Привод ГРМ зависит от расположения распределительного вала.
• С нижним валом — сквозные цилиндрические шестерни для более плавной работы выполнены с наклонными зубьями, а для бесшумной работы зубчатое кольцо изготовлено из печатной платы. Паразитная передача или цепь используется для обеспечения движения на большее расстояние.
• С верхним валом — роликовая цепь. Относительно низкий уровень шума, простая конструкция, небольшой вес, но схема будет изнашиваться и растягиваться.С помощью зубчатого ремня на основе неопрена, армированного стальной проволокой и покрытого износостойким нейлоновым слоем. Простой дизайн, бесшумная работа.

3.3. Схема газораспределения:

Общая проточная площадь, предусмотренная для прохождения газов через клапан, зависит от продолжительности его открытия. Как известно, в четырехтактных двигателях для реализации тактов впуска и выпуска предусмотрен один ход поршня, соответствующий повороту коленчатого вала на 180˚. Однако опыт показал, что для лучшего наполнения и очистки цилиндра необходимо, чтобы продолжительность процессов наполнения и опорожнения была больше, чем соответствующие ходы поршня, т.е.е. открытие и закрытие клапанов должно производиться не в мертвых точках хода поршня, а с некоторым обгоном или задержкой.

Время открытия и закрытия клапана выражается в углах поворота коленчатого вала и называется синхронизацией клапана. Для большей надежности эти фазы выполнены в виде круговых диаграмм (рис. 1).
Всасывающий клапан обычно открывается с углом обгона φ1 = 5˚ — 30˚ до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки. Это обеспечивает заданное поперечное сечение клапана в самом начале такта наполнения и, таким образом, улучшает наполнение цилиндра.Закрытие всасывающего клапана происходит с углом задержки φ2 = 30˚ — 90˚ после прохождения поршнем нижней мертвой точки. Задержка закрытия впускного клапана позволяет использовать количество свежего всасываемого топлива для улучшения дозаправки и, следовательно, увеличения мощности двигателя.
Выпускной клапан открывается с углом обгона φ3 = 40˚ — 80˚, т.е. в конце хода, когда давление в газах цилиндра относительно высокое (0,4 — 0,5 МПа). Интенсивный выброс газового баллона, начатый при этом давлении, приводит к быстрому падению давлений и их температуры, что значительно снижает работу вытеснения рабочих газов.Выпускной клапан закрывается с углом задержки φ4 = 5˚ — 45˚. Эта задержка обеспечивает хорошую очистку камеры сгорания от выхлопных газов.

Диагностика, обслуживание, ремонт:

4.1. Диагностика

Диагностические признаки:

• 
  • Пониженная мощность ДВС:
• Уменьшенный клиренс;
• Неполная посадка клапана;
• Заклинившие клапаны.
  • Повышенный расход топлива:
• Уменьшенный зазор между клапанами и подъемниками;
• Неполная посадка клапана;
• Заклинившие клапаны.
  
  • Износ двигателей внутреннего сгорания:
• Износ распределительного вала;
• открытие кулачков распределительных валов;
• Увеличенный зазор между стержнями клапанов и втулками клапанов;
• Большой зазор между клапанами и подъемниками;
• перелом, нарушение упругости пружин клапана.
  • Индикатор низкого давления:
• Седла клапана мягкие;
• Мягкая или сломанная пружина клапана;
• Перегорел клапан;
• сгоревшая или порванная прокладка ГБЦ;
• Нерегулированный тепловой зазор.
  • Индикатор высокого давления.
• Уменьшена высота головы;

Методы временной диагностики:

• Измерение давления в цилиндре в конце такта сжатия. Во время измерения должны быть соблюдены следующие условия: двигатель внутреннего сгорания должен быть нагрет до рабочей температуры; Свечи зажигания необходимо снять; Центральный кабель индукционной катушки должен быть смазан маслом, а дроссельная заслонка и воздушный клапан должны быть открыты. Измерение производится с помощью компрессоров.Разница давлений между отдельными баллонами не должна превышать 5%.

4.2. Регулировка теплового зазора в ремне ГРМ:

Проверка и регулировка теплового зазора осуществляется с помощью пластин манометра в последовательности, соответствующей порядку работы двигателя, начиная с первого цилиндра. Зазор правильно отрегулирован, если толщиномер, соответствующий нормальному зазору, проходит свободно. При регулировке зазора удерживайте регулировочный винт отверткой, ослабьте контргайку, поместите пластину зазора между штоком клапана и муфтой и поверните регулировочный винт, чтобы установить требуемый зазор.Затем стопорная гайка затягивается.

Замена клапанов двигателя автомобиля

4.3. Ремонт клапанной группы:

• Ремонт клапана — основные неисправности — износ конической рабочей поверхности, износ штока и растрескивание. Если головки горят или треснуты, клапаны утилизируются. Изогнутые штоки клапанов выпрямляются на ручном прессе с помощью инструмента. Изношенные штоки клапанов ремонтируются путем хронирования или глажки, а затем шлифуются до их номинального или увеличенного размера. Изношенная рабочая поверхность клапанной головки отшлифована до ремонтного размера.Клапаны притираются к седлам с помощью абразивных паст. Точность притирки проверяют заливкой керосина на откидные вентили, если не протекает, то шлифование хорошее в течение 4-5 минут. Пружины клапанов не восстанавливают, а заменяют на новые.

АНАЛОГИЧНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Обслуживание газораспределительного механизма. Механизм газораспределения. Техническое обслуживание и ремонт

Урок № 27.

Газораспределительный механизм двигателя должен обеспечивать своевременный впуск в цилиндры свежего наддувочного воздуха или горячей смеси и вывод из цилиндров выхлопных газов.При возникновении неисправности в газораспределительном механизме нарушается нормальная работа двигателя, снижается его мощность, хуже КПД.

Основными неисправностями газораспределительного механизма могут быть следующие:

нарушение тепловых зазоров между штоками клапанов и носков по слухам, выжигание рабочих зазоров клапанов и седел, потеря упругости или рессоры автомобиля, повышенный износ толкателей, толкателей, коромысел, втулок направляющих клапанов, опорных шеек, втулок и т. Д. распредвал распредвалов, его упорный фланец и зубья распределительной шестерни.

В автомобиле Опель основными неисправностями газораспределительного механизма являются износ шестерен и распредвалов распредвалов, нарушение зазоров между штоками клапанов и сливов слух, износ толкателей и направляющих втулок, тарелок клапанов и др. их гнезда. Отказ газораспределительного механизма включает в себя поломку зубьев распределительной шестерни и потерю упругости пружин клапана.

В процессе работы двигателя имеющийся тепловой зазор в клапанном механизме обеспечивает плотную посадку клапана на седло и компенсирует тепловое расширение деталей механизма.При нарушении теплового зазора в механизме впускного клапана уменьшается проточное сечение клапана, в результате чего уменьшается цилиндр и уменьшается наполнение воздухом или топливной смесью.

При увеличении теплового зазора в выпускном клапанном механизме ухудшается очистка цилиндра от выхлопных газов, что, в свою очередь, ухудшает процесс сгорания. При этой неисправности происходит повышенный износ штоков клапанов и снижение мощности двигателя. Характерным признаком увеличенного теплового зазора является звонкий резкий стук, который хорошо слышит работу двигателя без нагрузки при малом вращении коленчатого вала.

При уменьшенном тепловом зазоре клапанов нарушается герметичность их посадки в седла, и как следствие уменьшается компрессия в цилиндрах, подгорает фаска клапанов и их седла. Двигатель начинает работать с перебоями, мощность падает.

Характерными особенностями неплотного закрытия клапанов являются периодические хлопки во впускном или выпускном трубопроводе. В карбюраторных двигателях при уменьшенных тепловых зазорах впускных клапанов вата возникает в карбюраторе, а на выпускных клапанах — в глушителе.Причины этой неисправности также могут быть отложены на седлах клапанов, повреждении пружин клапанов, подгорании клапанов и рабочих поверхностей седла. Зазоры между штоками клапана и носками колесных дисков следует систематически проверять и при необходимости регулировать.

Шум в крышке распределительной шестерни и стуки распределительной шестерни сливаются с общим шумом, но они слышны крышкой распределительной шестерни в зоне зацепления зубьев.

Выявленная при проверке технического состояния неисправность, вызванная повышенным износом деталей газораспределительного механизма, устраняется при ремонте двигателя.Небольшие повреждения, предварительно сняв сетку, убирают шлифовкой. Седла клапанов не должны иметь раковин, повреждений и следов коррозии. Перед ремонтом седла проверьте износ клапанной втулки. Если он изношен, его поменяли, значит, отремонтировали седло. Ремонт производится на специальных станках или с помощью специального приспособления, состоящего из стержня и сменного резца. Для восстановления клапанов и их седел используются другие комплекты инструментов отечественного и зарубежного производства.

Головки цилиндров после обработки седла необходимо продуть сжатым воздухом.Один из самых частых дефектов направляющих втулок — повышенный износ внутренней поверхности. Обычно это вызвано длительной работой двигателя после 150 тысяч километров пробега автомобиля.

Состояние направляющих втулок клапанов в основном определяет зазор между ними и штоками клапанов. Чтобы определить зазор, нужно измерить диаметр стержневого клапана и диаметр отверстия его направляющей втулки, а затем сначала вычесть из второго значения.Один из методов измерения зазора без снятия головки блока цилиндров следующий. К клапану, установленному в направляющей втулке, прикладывают часовой индикатор стопы и устанавливают его на ноль. Затем смещают шток клапана в сторону индикатора и по его показаниям определяется зазор между штоком и направляющей втулкой. Зазор не должен превышать 0,20-0,25 мм. При замере штока клапана необходимо перемешивать в направлении, параллельном коромыслу, так как в этом направлении, как правило, происходит наибольший износ направляющей втулки.

Зазор между направляющей втулкой и клапаном можно проверить следующим образом. Головка блока цилиндров снимается, клапаны и направляющие втулки очищаются от отложений, клапаны вставляются в втулку и устанавливаются указатель часового типа на поверхности цилиндра (рис. 1).

Рисунок 1. Измерение зазора между штоком клапана и направляющей втулкой с головкой блока цилиндров

Затем пластина клапана перемещается в радиальном направлении и определяется зазор.Для впускного клапана он не должен превышать 1,0 мм, а для выпускного — 1,3 мм. Восстановить необходимый диаметр гильзы можно с помощью набора специальных твердосплавных ножей. С помощью таких ножей колеса выдавливают спиральную канавку внутри клапанной втулки, что уменьшает ее внутренний диаметр из-за деформации металла. В результате экструзии получаются спиральные канавки, которые являются своеобразным уплотнением и удерживают масло. Далее при помощи сканирования гильза обрабатывается под диаметр клапана.Если после замены клапана не устранить слишком большой зазор между направляющей втулкой и клапаном и развернуть втулку под ремонтный размер клапана, втулку заменяют.

Замена ремня привода газораспределительного механизма (ГРМ) на двигателях ВАЗ-2110

Порядок оформления заказа

Снимите ремень привода генератора.

Ключом «на 10» повернуть болты передней крышки: два боковых и один по центру.

Снимите крышку привода ГРМ.

Снимите правое колесо и пластиковый щиток моторного отсека.

Головкой «На 19» повернуть коленчатый вал по часовой стрелке за болт крепления шкива до совмещения метки на шестерне шкива распределительного вала с крепежным усом на задней крышке привода ГРМ (В).

После снятия резиновой заглушки в верхней части картера сцепления убеждаемся, что риск на маховике находится напротив паза картера сцепления. Таким образом, существует опасность повреждения маховика двигателя при снятии коробки передач и головки блока цилиндров.

Зафиксирую коленвал от проворачивания, вставив через отверстие в картере сцепления отвертку между зубьями маховика.

Откручиваем болт крепления шкива привода генератора.

Снимите шкив привода генератора.

Ключ «на 17» ослабляющий гайку крепления натяжного ролика.

Поверните натяжной ролик в такое положение, при котором ремень будет максимально ослаблен.

Снимите ремень ГРМ.

При замене натяжного ролика откручиваем гайку его крепления и снимаем ролик со шпильками.

Под роликом установлена ​​выносная шайба.

Устанавливаем ремень ГРМ в обратной последовательности.Надеть ремень на шкив коленчатого вала. Затем, потянув за заднюю ветвь, надеть ремень на шкив насоса охлаждающей жидкости и запустить натяжной ролик. Надеваем ремень на шкив распредвала.

Вставив отвертку между двумя винтами или стержнями диаметром 4 мм, установленными в отверстии натяжного ролика, и повернув ролик против часовой стрелки, натяните ремень.

Затяните гайку гайки натяжного ролика.

Следите за болтом крепления шкива привода генератора и головкой «на 19» проверните коленчатый вал через болт на два оборота по часовой стрелке.

Проверяем совпадение установочных меток коленчатого и распределительного валов.

Когда шкив привода генератора снят, положение коленчатого вала удобно контролировать, совмещая метки на шкиве коленчатого вала и крышке масляного насоса.

Схема привода распределительного вала

1 — шкив коленвала зубчатый

2 — шкив шестерни насоса охлаждающей жидкости

3 — Натяжной ролик

4 — Задняя защитная крышка

5 — шкив переключателя распределительного вала

6 — зубчатый ремень

A — установка протектора на заднюю защитную крышку

B — табличка на шкиве распределительного вала

C — табличка на крышке масляного насоса

D — табличка на шкиве коленвала

Если метки не совпадают, повторите операцию по установке ремня.

Чтобы отрегулировать натяжение ремня, поверните коленчатый вал против часовой стрелки так, чтобы метка на шкиве распределительного вала сместилась вниз с задней крышки задней крышки на два зубца.

При нормальном натяжении ремня его переднюю ветвь большим и указательным пальцами закручивать на 90 ° с усилием 15-20 Н (1,5-2,0 кгс). Натяжение ремня объёма сокращает срок его службы, так же как подшипник насоса охлаждающей жидкости и натяжной ролик.

Регулировка тепловых зазоров в клапанном механизме двигателя ВАЗ-2110

Измерение и регулировка зазоров производятся на холодном двигателе.

Порядок оформления заказа

Выводим наконечник троса привода дроссельной заслонки от кронштейна.

Ключ «на 10» переворачивает две гайки крепления кронштейна кронштейна привода дроссельной заслонки к ресиверу (только для двигателя ВАЗ-2111 и снимите его.

Проводя отвертку ослабляя хомут крепления двух, снимаем шланги вентиляции картерных газов и снимаем шланги с штуцеров крышки клапана.

Проводя отвертку ослабляя хомут крепления хомута шланга вентиляции картера, снимаем шланг.

Ключом «на 10» повернуть две гайки крепления клапанных крышек.

Снимите крышку клапана.

В отверстия крышки клапана устанавливаются резиновые уплотнительные втулки.

Снять прокладку клапанной крышки.

Снимите переднюю крышку ремня ГРМ).

Проверить и отрегулировать зазоры в приводном механизме клапана

Порядок оформления заказа

Далее следует процедура проверки и регулировки зазоров в механизме привода клапана.

Поверните коленчатый вал по часовой стрелке до совмещения установочных меток на шестерне распределительного вала и задней крышке ремня газораспределительного механизма.

Затем провернуть коленчатый вал еще на 40-50 ° (2,5-3 зуба на шкиве распределительного вала). В этом положении валов проверьте комплекты датчиков зазора на первом и третьем распределительных валах распределительных валов.

Зазор между распредвалами распределительных валов и регулировочными шайбами ​​должен составлять 0,20 мм для впускных клапанов и 0,35 мм для градуировки. Допуск на зазоры для всех кулачков составляет ± 0,05 мм.

Если зазор отличается от нормы, то на шпильки кожухов подшипников распредвала устанавливают устройство регулировки клапана.

Вводим «клык» устройства между кулачком и толкателем.

Разверните толкатель так, чтобы паз в его верхней части был повернут вперед (вдоль автомобиля).

Нажимая на рычаг приборов, сводим толкатель «клык» и устанавливаем между кромкой толкателя и распределительным валом, удерживающим толкатель в нижнем положении.

Очистка толкателей клапана при замене регулировочной шайбы

1 — Устройство

2 — толкатель

Фиксация толкателей клапана при замене регулировочной шайбы

1 — Замок

2 — Шайба регулировочная

Поднимите рычаг в верхнее положение.

Pinzeta Через прорезь используем и снимаем регулировочную шайбу.

При отсутствии приспособления для регулировки клапанов можно использовать две отвертки.

Мощной отверткой, опираясь на кулачок, прижать толкатель вниз. Вставив острие другой отвертки (имеющей ширину не менее 10 мм) между краем толкателя и распределительным валом, зафиксируйте толкатель.

Берем пинцетом регулировочную шайбу.

Зазор путем выбора толщины регулировочных шайб.Для этого микрометром измерили толщину шайбы. Толщина новой регулировочной шайбы определяется по формуле:

H = B + (A — C), мм, где а — застывший зазор; Б — толщина снимаемой шайбы; C — номинальный зазор; N — толщина новой шайбы.

Толщина шайбы маркируется на ее поверхности электроникой.

Установить новую шайбу на толкатель маркировки вниз и снять фиксатор

Еще раз проверьте зазор.При правильной регулировке щуп толщиной 0,20 или 0,35 мм следует включать в зазор с небольшим защемлением.

Последовательно проворачивая коленчатый вал на полу оборот, отрегулируйте зазоры остальных клапанов в последовательности, указанной в таблице:

Угол поворота коленвала от положения совмещения меток, град.

Снятие распредвала двигателей ВАЗ-2110.

Порядок оформления заказа

Снимите клапан крышки головки блока цилиндров.

На двигателе ВАЗ-2111 ключом «на 10» переворачиваем две гайки крепления «массовых» проводов к шпилькам заглушек ГБЦ и снимаем провода со шпильками.

Ключ «на 10» переворачивает две гайки и один болт, фиксирующий втулку.

Снимите заглушку и ее уплотнительное кольцо.

На двигателе ВАЗ-2110 снять корпус вспомогательных агрегатов.

Снимите зубчатый шкив распределительного вала. Выворачиваем верхнюю гайку крепления задней крышки ремня ГРМ.

Ключ «на 13» даже в нескольких приемах (перед снятием давления пружин клапанов) отворачиваем десять гаек крепления подшипников распредвала.

Снимите передний и задний кожухи подшипников распределительного вала.

Взяв немного с головки ГБЦ заднюю крышку ремня ГРМ, снимаем распредвал.

Снять сальник распредвала.

Порядок оформления заказа

Устанавливаем распредвал в следующей последовательности.

Очистить сопрягаемые поверхности головки блока цилиндров и корпусов подшипников от старого герметика и масла.

Смажьте моторным маслом шейки матки и распределительные валы. Вставляем вал в опорную головку цилиндров таким образом, чтобы кулачки первого цилиндра были направлены вверх.

На поверхность ГБЦ, сопряженную с подшипниками в районе крайних опор, наносим тонкий слой силиконового герметика.

Установить корпуса подшипников и затянуть гайки их крепления в два приема.

Предварительно затяните гайки в последовательности, указанной на рисунке, так, чтобы поверхности подшипников прилегали к головке блока цилиндров. При этом необходимо следить за тем, чтобы установленные втулки корпуса беспрепятственно входили в свои гнезда.

Наконец, затяните гайки с моментом 21,6 нм (2,2 кгс.м) в той же последовательности.

После затяжки гаек осторожно удалить остатки герметика, выдавившиеся из зазоров.Проверить зазоры в клапанном механизме. Пропишем новый сальник распредвала (см. Замену сальника распредвала ВАЗ-2110, -2111).

Замена маслоотражающих колпачков двигателей ВАЗ-2110

Порядок оформления заказа

Снимите распределительный вал. Устанавливаем коленвал в положение НМТ поршней 1-го и 4-го цилиндров. В таком положении вала меняем маслоотражающие колпачки клапанов 1-го и 4-го цилиндров.

Вытаскиваем толкатель с регулировочной шайбой из домкрата ГБЦ.

Замочить свечу зажигания 1-го цилиндра.

Через свечное отверстие вставить стержни из мягкого металла (диаметром около 8 мм) между днищем поршня и тарелкой клапана, на котором происходит замена колпачка.

Установить предохранительный клапан. Просеиватель отклонителя желает тарелку клапана, а зацепной рычаг достаем за гайку, навинченную на планку крепления подшипников распределительного вала.

Сожмите пружины и пинцетом удалите сухари.

Вытаскиваем тарельчатые пружины и сами пружины.

Специальными клещами снимите крышку маслоприемника с направляющей канализационного клапана.

Смазав новый колпачок моторным маслом, прижимаем его оправкой к направляющей втулке.

Собираем клапанный механизм 1-го цилиндра в обратной последовательности. Затем повторите эти работы для 4-го цилиндра. После этого, подтянув коленвал на 180 ° (поршни НМТ 2-го и 3-го цилиндров) аналогичным образом меняем маслоотражающие колпачки клапанов 2-го и 3-го цилиндров.

Собираем механизмы в обратном порядке.

Распределительный вал двигателя ВАЗ-2110 Самостоятельная замена

Порядок оформления заказа

Снимите ремень ГРМ.

Ключ «на 17» переворачивает болт шкива шестерни распредвала. Чтобы вал не проворачивался, пропускаем головку «на 10» через отверстие в шкиве с удлинителем и надеваем винт задней крышки ремня ГРМ.

Применяем отвертку шкив распредвала и снимаем его.

Чтобы не потерять шпонку шкива, выньте ее из паза распределительного вала.

Смотрим отверткой сальник и снимаем.

Смазав моторным маслом рабочую кромку нового сальника, подходящим срезом трубы прижимаем.

Сборка производится в обратной последовательности.

Инструменты для обслуживания и сборки, используемые на столбах, должны быть исправными. Не допускается использование ключей с изношенными гранями и несоответствующих размеров, использование рычагов для увеличения плеча ключей гаечных ключей, а также использование долота и молотка для перетаскивания гаек.Ручки отверток, напильников, ножовок и так далее должны быть из пластика или дерева, иметь гладкую гладко очищаемую поверхность. Деревянные ручки во избежание раскалывания должны иметь металлические кольца.

Увеличивать втулки, подшипники и другие детали следует с помощью прессов и специальных пленок. Надрезы должны быть плотно закреплены и закреплены на деталях в месте приложения усилия.

Смотровые канавы должны иметь направляющие предохранительные щитки и содержаться в чистоте. Неиспользуемые смотровые канавы необходимо ограждать или закрывать.Машины должны заезжать в канаву, когда нет людей.

Когда автомобиль ставится на пост ТО или ремонта, нужно на руле повесить табличку: «Двигатель не пускать — люди работают!». Автомобиль следует затормозить ручным тормозом и включить первую передачу в коробке передач.

При обслуживании автомобиля, установленного на подъемнике, необходимо усилить знак с надписью на приводном механизме: «Не трогать — под машиной работают люди!».Во избежание самопроизвольного опускания гидроподъемника после подъема автомобиля откиньте назад страховочные стойки или вставьте штифты в отверстия предохранительных трубок, которые перемещаются вместе с плунжерами.

Перед началом работ на автомобильном самосвале с поднятым кузовом необходимо установить упорную штангу, предотвращающую опускание кузова.

При обслуживании и ремонте автомобиля со снятыми колесами, поставленными на домкраты, тали и краны, разрешается приступать к работе только после установки автомобиля на подставки (козлы), при этом упоры необходимо ставить под неустойчивые колеса.Подставки должны быть прочными и надежными (только металлические).

При приближении и транспортировке агрегатов нельзя находиться под приподнятыми частями автомобиля. Запрещается снимать, устанавливать и транспортировать агрегаты при их разворачивании с помощью троса и канатов без специальных заеданий. Грузовые автомобили для перевозки должны иметь стойки и упоры, предохраняющие агрегаты от падения и перемещения по тележке.

Для осмотра автомобиля используются переносные безопасные электролампы напряжением до 36 вольт с защитными сетками, при работе в смотровых каналах напряжение не должно превышать 12 вольт.Ручной электроинструмент (дрели, гаечный ключ) необходимо подключать к сети только через розетки с заземляющим контактом. Провода электроинструментов необходимо проглотить, не позволяя им касаться пола.

Прием автомобиля на ходу и проверка тормозов производить вне помещения; Запускать двигатель и касаться с места разрешается только при получении сигнала от рабочей регулировки.

Управление автомобилем на территории автодрома, в том числе тестирование автомобилей после ремонта и регулировки, разрешено только лицам, имеющим водительские права.Скорость движения не должна превышать: на подъездных путях и проездах — 10 км / ч, в производственных помещениях — 5 км / ч. Обгон одной машины на другую на территории автомобильного запрещен.

Техника безопасности При проведении ремонтных работ гараж или бокс, где проводятся ремонтные работы, должен хорошо проветриваться, дверь легко открывается как изнутри, так и снаружи. Проход к двери всегда держите свободным. При работающем двигателе (особенно на пусковых режимах) выделяется окись углерода (окись углерода) — ядовитый газ без цвета и запаха.Опасная концентрация оксида углерода может образоваться даже в открытом гараже, поэтому перед запуском двигателя обеспечьте принудительный отсос выхлопных газов за пределы гаража. При отсутствии принудительного выхлопа можно на короткое время запустить двигатель, надев на выхлопную трубу отрезок шланга и прогнав его. В этом случае система выпуска и ее соединение со шлангом должны быть герметизированы.

При ремонте систем питания инжекторных двигателей необходимо отсоединить «минусовую» клемму АКБ от «массы» и сбросить давление в системе.

На время сварки запасся огнетушителем (лучше карбонатным). Отсоедините провода от всех выводов генератора и аккумуляторной батареи, отключите все электронные блоки управления от бортовой сети автомобиля и прикоснитесь к «массе» сварочной проволоки как можно ближе к месту сварки. Следите за тем, чтобы электрический ток не проходил через подвижные (подшипники, шаровые опоры) или резьбовые соединения — иначе они могут выйти из строя.

При ремонте цепей электрооборудования или при опасности повреждения (сварка, снятие изоляции с жгутов проводов) отсоединить «-» клемму аккумуляторной батареи.

Для защиты рук от порезов и ушибов при «силовых» операциях надевайте перчатки (лучше кожаные). Для защиты глаз надевайте очки (лучше специальные, с боковыми щитками).

При работе с электролитом необходимы стаканы

По возможности используйте взамен ромбические или гидравлические домкраты — они более устойчивы и надежны. Не используйте неисправный инструмент: рожковые ключи с «снятыми с производства» зевами или мятыми губками, отвертки с закругленным, скрученным или неправильно заточенным пазом, проходные с плохо закрепленными пластиковыми ручками, молотки с незакрепленной ручкой и т. Д.

При подвешивании автомобиля (на домкрате или подъемнике) ни в коем случае не под ним. Предварительно убедитесь, что соответствующие элементы кузова (напольные усилители, пороги) достаточно прочны. Используйте для подъема автомобиля только штатные опоры. Запрещается вешать автомобиль на два и более домкрата — используйте подстаканники промышленного производства. Запрещается загружать или разгружать автомобиль, стоя на домкрате (садясь в него, стрелять или устанавливать двигатель). При ремонте автомобиля со снятым двигателем (силовым агрегатом) учитывайте, что говорение по осям изменилось: при подвешивании на домкрате такая машина может упасть.Работайте только на ровном нескользящем участке, под неразвитые колеса ставьте упоры.

Масла для выхлопных газов способствуют возникновению рака кожи. Если масло попало на руки, протрите их тряпкой, а затем протрите специальным «чистящим средством для рукоделия» (или подсолнечным маслом) и смойте теплой водой с мылом (нельзя мыть руки горячей водой, а вредные вещества легко проникают в кожу!).

Если бензин попал на руки, протрите их чистой тряпкой, а затем вымойте с мылом.

Охлаждающая жидкость системы охлаждения двигателя (антифриз) содержит этиленгликоль, который отравляет при попадании в кузов и в меньшей степени при попадании на кожу. При отравлении антифризом необходимо сразу вызвать рвоту, промыть желудок, а в сложных случаях принять солевое слабительное (например, соль Селубера) и обратиться к врачу. При попадании на кожу — смыть большим количеством воды. То же и при отравлении тормозной жидкостью. Электролит при попадании на кожу вызывает жжение, покраснение.Если электролит попал ему в руки или глаза, сначала промойте его большим количеством холодной воды. Не мойте руки с мылом! Затем руки можно вымыть раствором питьевой соды или нашатырного спирта (из автомобильной аптечки). Помните, что серная кислота даже в малых концентрациях разрушает органические волокна — берегите одежду! Поэтому при работе с аккумулятором (на его поверхности почти всегда присутствует электролит) надевайте очки и защитную одежду (желательно резиновые перчатки).

Бензин, масло, тормозная жидкость практически не обрабатываются естественным путем. Тормозная жидкость содержит ядовитые эфиры гликоля, масла — отработанные минеральные и органические добавки, внешние загрязнения, продукты износа. Свинцовые батареи, помимо свинца, содержат сурьму и другие элементы, которые образуют высокотоксичные человеческие связи для человеческого организма, которые надолго остаются в почве. Резиновые изделия и пластмассы также практически не разлагаются in vivo, а при горении образуют токсичные, в том числе канцерогенные, соединения.

Охрана природы и рациональное использование природных ресурсов — одна из важнейших экономических и социальных задач государства.

С 1974 г. в перспективных и текущих планах социально-экономического развития страны есть раздел «Охрана природы». Национальная служба наблюдения и контроля за уровнем загрязнения природной среды контролирует загрязнение атмосферного воздуха более чем в 450 городах страны, качество поверхностных вод, суши более 4 тысяч точек, 1200 водных объектов.

В стране предусмотрена широкая программа развития и серийного освоения высокопроизводительного газопыльного оборудования, систем очистки промышленных и городских сточных вод биологическими и физико-химическими методами. Ведутся большие работы по рекультивации земель, занятых отвалами пустой породы в шахтах и ​​карьерах. Во всех крупных размерах взамен происходит посадка в лес. Размеры затопляемых земель при строительстве гидротехнических сооружений и земельных участков ограничиваются защитными дамбами, пашня резко сокращается для промышленного и гражданского строительства.Не допускается ввод промышленных объектов до строительства очистных сооружений и пылеулавливающих сооружений.

Осуществляются новые мероприятия по рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов. Необходимо усилить охрану природы, земли, ее источников, атмосферного воздуха, водоемов, животного и растительного мира.

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного забора в цилиндры двигателя горючей смеси и выпуска отработавших газов.

Газораспределительный механизм (см. Рис.10) состоит из:

распредвал,

клапаны впускные и выпускные с пружинами,

впускных и контурных каналов.

Распределительный вал расположен в верхней части головки блока цилиндров. Неотъемлемой частью вала являются его кулачки, количество которых соответствует количеству впускных и выпускных клапанов двигателя. Другими словами, над каждым клапаном находится личный кулачок. Именно эти кулачки при вращении распределительного вала обеспечивают своевременное, согласованное с движением поршней в цилиндрах открытие и закрытие клапанов.Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала двигателя с помощью цепной передачи или зубчатого ремня. Натяжение приводной цепи регулируется специальным натяжителем, а ремень представляет собой натяжной ролик.

При вращении распределительного вала кулачок ударяется о рычаг, который, в свою очередь, прижимает шток соответствующего клапана (впускного или выпускного) и открывает его (рис. 12а). Продолжая вращаться, кулачок вырывается из рычага, и под действием сильной пружины клапан закрывается (рис.12б). Ну, а потом знаете — поршень, через открытый впускной или выпускной клапан, соответственно всасывает горючую смесь или выталкивает отработанные газы. Когда оба клапана в одном цилиндре закрыты — происходит такт сжатия или рабочий ход поршня.

Основные неисправности газораспределительного механизма двигателя.

Стуки в газораспределительном механизме появляются из-за увеличенных зазоров в клапанном механизме, износа подшипников распредвалов или распредвалов, рычагов, а также из-за повреждения пружин клапанов.Для устранения стуков необходимо отрегулировать тепловой зазор, а изношенные детали и узлы заменить. Повышенный шум приводной цепи распределительного вала появляется из-за износа шарнирных соединений звеньев цепи и ее удлинения. Необходимо отрегулировать натяжение цепи, а при ее чрезмерном износе — заменить на новую. Падение мощности двигателя и повышенное задымление выхлопных газов происходит при нарушении теплового зазора в клапанном механизме, неплотном закрытии клапанов, износе крышек маслосборника.Следует отрегулировать зазор, поменять изношенные колпачки, а клапаны «вытащить» на седла.

Работа газораспределительного механизма двигателя.

Обратите внимание на тепловой зазор между рычагом и кулачками распределительного вала. Немного знаний физики и можно понять, что этот зазор должен быть строго определенного размера. Ведь при нагревании расширяются все части двигателя, в том числе детали газораспределительного механизма. Если тепловой зазор меньше нормы, клапан откроется больше, чем предполагается, и не успеет вовремя закрываться.А это нарушит рабочий цикл двигателя и плюс ко всему скоро придется менять «сгоревшие» клапана.

Если зазор между рычагом распредвала и распредвалом будет очень большим, клапан не сможет открыться полностью, что, естественно, не лучшим образом отражается на процессе заполнения цилиндров горючей смесью или выхлопными газами. При неправильной установке теплового зазора наблюдается целая череда неприятностей. Двигатель начинает нестабильно работать, заклинивать и преподносить другие «сюрпризы», описанные в неисправностях газораспределительного механизма.Используя инструкцию по эксплуатации своего личного автомобиля, необходимо периодически контролировать правильность «зазора в клапанах». Однако речь идет о десятых долях миллиметра! Например, для двигателей ВАЗ в зависимости от модели тепловой зазор должен быть в пределах 0,15 — 0,35 мм. Если у вас есть соответствующие инструменты и вы определитесь с «залезть в двигатель», то после нескольких попыток вы сможете научиться «регулировать клапан». Если вы не собирались осваивать профессию автомеханика, то при подозрении на «наклонную арматуру» следует обратиться к специалистам.

При эксплуатации двигателя необходимо следить за натяжением цепи или ремня привода распределительного вала и при необходимости регулировать его.

В начале дороги не советую включать музыку сразу после запуска двигателя. Проехав несколько километров, прислушайтесь, нет ли посторонних звуков из-под капота. Они могут быть самые разные, но любой из них скажет, что не все в порядке. Обратитесь к механикам — на любой автостоянке или в гаражах работает много мастеров.Найдите тот, которому вы отказываетесь со своей машиной. Обычно это недорого, и, как правило, качественно. Определив причину посторонних шумов, конечно, необходимо отремонтировать узел, заявивший о своей «болезни». Никакая неисправность не появляется без предварительного предупреждения о ней. Если во время движения вы ничего не слышите из-под капота своей машины (не слышите или не умеете слышать), то позвольте мне проехать на вашей машине знающий человек. Проблемы начинающих водителей заключаются в том, что зачастую они не знают — как должна себя вести исправная машина, какие шумы нормальные, а какие «говорят» о предстоящих финансовых затратах.И это важно знать, так как многие ездят на автомобилях с аварийными узлами, думая, что так и должно быть.

1. Анхин В.А. Отечественные автомобили М: Машиностроение, 1977.

2. Ильин Н.М. Электрооборудование автомобилей. М .: Транспорт, 1978.

.

3. Инструкция по охране труда механиков по ремонту автомобилей, двигателей и топливной аппаратуры на автоцентрах и станциях АвтоВАЗТЕХОБС службы №37.101.7072-85 Вместо 37.101.7072-78.

4. Михайловский Э.Серебряков В.Б. Тур Е.Я. Устройство автомобиля М: Машиностроение, 1990.

5. Молоков В.А., Зеленин С.Ф., Учебное пособие по устройству автомобиля, М. 1987

6. Ремонтная служба Эксплуатация ВАЗ 2110, 2111, 2112 (Жигули) // http://www.autoprospect.ru/Vaz/2110-Zhiguli/2-tekhnika-bezopasnosti.html

7. Тур Е.Я. Серебряков К.Б. Устройство автомобиля М: Машиностроение 1990 г.

8. Чумаченко Ю. Т., Герасименко А.И., Реарменов Б.Б. Каровель. Устройство, обслуживание и ремонт автомобилей, 2006 г. — 544 С

Письменный экзамен.

Тема: «Техническое обслуживание и ремонт газораспределительного механизма двигателя

».

ЗМЗ — 53 «.

Выполнила: студентка

Консультант:

Рецензент:

г. Чехов Московской области.

Рабочий план.

1. Введение.

2. Устройство и назначение газораспределительного механизма двигателя ЗМЗ — 53.

3. Техническое обслуживание газораспределительного механизма двигателя ЗМЗ — 53:

3.1. Неисправности, их признаки и причины.

3.2. Способы устранения неисправностей.

3.3. Техническое обслуживание, его виды и сроки. Работы при этом выполнены.

4. Ремонт газораспределительного механизма двигателя ЗМЗ — 53.

4.1. Последовательность разборки механизма. Прикладные инструменты.

4.2. Дефектные детали.

4.3. Незавершенные подробности.

4.4. Восстановление деталей.

4.5. Последовательность сборки механизма.

4.6. Проверить и протестировать работу механизма.

5. Безопасность при ремонте и обслуживании.

6. Использованная литература.

Введение

В настоящее время автомобильный транспорт стал одним из основных средств перевозки грузов и пассажиров. Применяется во всех отраслях народного хозяйства — в промышленности, торговле, сельском хозяйстве. Данная распределительная машина получила благодаря своей маневренности, высокой проходимости, способности работать в различных условиях.

Одной из основных задач автотранспортных предприятий на сегодняшний день является повышение долговечности и экономичности автомобиля, а также снижение его негативного воздействия на окружающую среду.Надлежащая эксплуатация в сочетании со своевременным и качественным обслуживанием (комплекс операций по поддержанию работоспособности или работоспособности при использовании по назначению, стоянке, хранении или транспортировке) и ремонтом (операции по восстановлению здоровья или работоспособности и восстановлению автомобиля или его узлы, агрегаты) Значительно увеличивают эти показатели.

В процессе эксплуатации автомобиля его функциональные свойства постепенно ухудшаются в результате износа, коррозии, повреждения деталей, усталости материала и т. Д.В автомобиле есть неисправности (дефекты), снижающие эффективность его использования. Для предотвращения появления и своевременного устранения неисправностей автомобиль проходит диагностику, обслуживание и ремонт.

Двигатель ЗМЗ-53 выпускается Волжским моторным заводом и устанавливается на грузовые автомобили ГАЗ-53 (сегодня снят с производства) и ГАЗ-3307 (3308). Возможна также установка на пассажирский автобус ПАЗ-3205. Конструкция и высокие характеристики этого двигателя способствовали его широкому применению на автомобильном транспорте.

Двигатель — одна из основных частей автомобиля. Работа его систем и механизмов во многом влияет на экономичность автомобиля в целом. В частности, неудовлетворительная работа газораспределительного механизма может стать причиной повышенного расхода топлива, повышенного содержания продуктов сгорания топлива в выхлопных газах и т. Д. Об устройстве, назначении и способах поддержания исправной работы двигателя ЗМЗ-53 и будет обсуждается ниже.

Устройство и назначение газораспределительного механизма двигателя ЗМЗ — 53.

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного забора в цилиндры горючей смеси (карбюраторные двигатели) или очищенного воздуха (дизельные двигатели) и выхлопных газов. Для этого клапана в определенные моменты открывают и закрывают впускной и выпускной каналы ГБЦ, сообщающие цилиндры двигателя с впускным и выпускным трубопроводами. В двигателе ЗМЗ — 53 использован газораспределительный механизм с верхним положением клапанов и нижним расположением распределительного вала.

Газораспределительный механизм состоит из впускных и выпускных клапанов с пружинами, передаточных частей от распределительного вала к клапанам, распределительного вала и шестерен. Коленчатый вал с помощью распределительных шестерен 15 и 16 вращает распределительный вал 14, установленный в блокировке и являющийся общим для левого и правого рядов цилиндров. Каждый распределительный вал распределительного механизма, идя к толкателю 13, поднимает его вместе со штангой 12. Он поднимает один конец коромысла 7, а другой перемещается вниз и давит на клапан 3, опуская его и сжимая пружины 6 клапана. .При выходе распредвала распредвала из толкателя шток и толкатель опускаются, и клапан под действием пружин, сидящих в седле, плотно закрывает отверстие клапана.

Мощность двигателя во многом зависит от степени наполнения цилиндров свежей порцией горючей смеси и очистки их от выхлопных газов. Чтобы в цилиндрах двигателя было больше топливной смеси, впускные клапаны должны открываться еще до прихода поршня в верхнюю мертвую точку (впереди).Поскольку при большой скорости вращения вала коленчатого вала такт впуска часто повторяется, то во впускной трубе создается разрешение. Воздух поступает в цилиндры двигателя, несмотря на то, что поршень поднимается вверх. Воздух по инерции поступает в цилиндры через открытый клапан и после поршня проходит нижнюю мертвую точку. Впускной клапан закрывается с некоторой задержкой.

Фазы вызова газораспределения с момента открытия клапанов до их закрытия, выраженные в градусах поворота коленчатого вала.Они изображены в виде круговой диаграммы. Расширение воздухозаборника с 180 до 268 ° C В двигателе ЗМЗ — 53 удалось добиться опережающего открытия и запаздывания закрытия крана для чернил.

Выпуск отработавших газов из цилиндра (открытие выпускного клапана) начинается за 50-й угол поворота коленчатого вала до тех пор, пока поршень не достигнет нижней мертвой точки, а клапан закрывается после прохождения поршнем верхней мертвой точки. Таким образом, выпускной клапан открыт на 2520 ° на углу поворота коленчатого вала.

В конце такта впуска и начале выпуска отработавших газов оба клапана на 46 o 4-й угол поворота коленчатого вала открыты одновременно. Такое перекрытие клапанов пропускает в цилиндры свежий воздух, что способствует их лучшей очистке от выхлопных газов.

Моменты закрытия и открытия клапанов зависят от профиля распредвалов распределительных валов, а также от величины зазора между клапанами и коромыслом.

Распредвал.

Распредвал изготавливается из стали или специального чугуна и проходит термическую обработку. Профиль его кулачков как впускных, так и выпускных от двигателя ЗМЗ — 53 выполнен одинаковым.

Ячейки (впускной и выпускной) кулачков расположены в четырехцилиндровом двигателе под углом 90 °, в шестицилиндровом — под углом 60 °, а в восьмеричном цилиндре (ЗМЗ 53) — под углом 45to. При шлифовании кулачки дают небольшую конусность. Взаимодействие сферической поверхности торца толкателей с конической поверхностью кулачков обеспечивает их поворот в процессе работы.Начиная с метки передней опоры диаметр шейки уменьшается, что облегчает установку распредвала в картер двигателя. Количество опорных шеек обычно равно количеству родных подшипников коленчатого вала. Втулки опорных шеек изготовлены из стали, а их внутренняя поверхность покрыта антифрикционным сплавом. На переднем конце распределительного вала расположен эксцентрик, воздействующий на штангу привода топливного насоса, а на его заднем конце — шестерня, приводящая во вращение распределитель зажигания и масляный насос.Между шестерней распределительного вала и его передней опорной шейкой расположено распорное кольцо и упорный фланец, крепление болтами к колодке и удерживающий вал от продольного перемещения. Поскольку толщина распорного кольца больше толщины упорного фланца, обеспечивается осевой зазор («ход») распредвала, который должен находиться в пределах 0,08-0,21 мм.

Привод распределительного вала.

Распределительный вал приводится в действие зубчатой ​​или цепной передачей. В двигателях грузовых автомобилей в основном используются зубчатые передачи.Ведущая шестерня такой трансмиссии устанавливается на переднем конце коленчатого вала, а ведомое колесо — на переднем конце распределительного вала и фиксируется гайкой.

Ведущие колеса должны входить в зацепление между собой при строго определенном положении коленчатого и распределительного валов, обеспечивающем правильность заданных фаз газораспределения и порядок работы двигателя. Поэтому при сборке двигателя шестерни вводят в метки на их зубьях (на впадине между колесами и зубьями шестерни).Для снижения уровня шума зубчатых колес они изготавливаются с косыми зубьями и из различных материалов. На коленчатом валу установлена ​​стальная шестерня, а на распределении — чугунное или текстолитовое колесо.

Детали клапанного механизма.

В газораспределительном механизме с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительных валов клапаны приводятся в движение через передаточные части (толкатели, штоки и коромысла).

Толкатели.

Предназначены для передачи усилий от распредвала через шатуны на коромысло.Двигайтесь из стали или чугуна. Толкатели бывают цилиндрическими и рычажно-роликовыми. Рычаг-ролик установлен на оси под распределительным валом. Ролик толкателя опирается на распределительный вал распределительного вала. Ось ролика вращается на игольчатых подшипниках, поэтому при качении ролика по кулачку трение сменяется трением качения. Рядом с толкателем опирается шток.

Основа нормальной работы двигателя — слаженная работа всех его механизмов и систем.Одним из таких важных компонентов силового агрегата является газораспределительный механизм, который отвечает за подачу воздуха во все цилиндры машины и вывод выхлопных газов.

Назначение и принцип газораспределения

Газораспределительный механизм в двигателе внутреннего сгорания предназначен для своевременной подачи топливовоздушной смеси или воздуха в цилиндры и выпуска из выхлопных газов. Работа механизма осуществляется за счет своевременного открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

Рабочий процесс TRG основан на синхронном движении распределительного вала и коленчатого вала, который вызывает открытие и закрытие клапанов в нужный момент мотоцикла. При вращении распределительного вала кулачки нажимаются на рычаги, а кулачки — на штоки клапанов, открывая их. Следующий оборот распределительного вала поворачивает кулачки, занимая исходное положение и закрывая клапан.

Классификация газораспределительных механизмов

Двигатели на современных автомобилях комплектуются различными газораспределительными механизмами, которые имеют следующую классификацию:

1. В зависимости от расположения распредвала — нижнее или верхнее.
2. В зависимости от количества распредвалов — один или SONC (Single Overhead Camshaft) или два вала — DOHC (Double Overhead Camshaft).
3. В зависимости от количества клапанов — от 2 до 5.
4. Из разновидностей вала привода — шестеренчатый, цепной или с зубчатой ​​ремешком.

Двигатели с верхним расположением вала считаются наиболее производительными и получили широкое распространение. В них клапаны приводятся в движение распредвалом через рычаги толкателей. Это упрощает всю конструкцию, уменьшает массу двигателя и снижает инерционную мощность.В такой схеме вал устанавливается в головке рядом с клапанами. Движение от коленчатого вала передается с помощью роликовой цепи или зубчатого ремня.

При нижнем положении распределительного вала он устанавливается рядом с коленчатым валом в блоке цилиндров. Передача усилия на клапан происходит с помощью толкателей через коромысло. Распределительный вал входит в зацепление с коленчатым валом с помощью шестерни. Такая конструкция двигателя считается сложной, к тому же инерция движущихся частей механизма будет увеличиваться.

Количество распределительных устройств механизма и клапанов для каждого цилиндра зависит от варианта двигателя. Чем больше в нем предусмотрено клапанов, тем лучше цилиндры наполнены воздухом или горючей смесью, очищены от газов. За счет этого двигатель способен развиваться больше. Нечетное количество клапанов означает большее количество воздухозаборников по сравнению с градуировкой.

Устройство ГРМ

Газораспределительный механизм состоит из следующих основных элементов:

1.Распределительный вал. Открывает клапаны в определенной последовательности, в зависимости от работы цилиндров. Он сделан из чугуна или стали, а рабочие поверхности утоплены с высокой частотой. Его можно установить в головке блока цилиндров или в картере. В многозаходных двигателях используется два распределительных вала, один из которых управляет впускными клапанами, а другой выпускной. Вращение вала происходит на цилиндрических опорных лепешках. Прямое или косвенное воздействие на арматуру осуществляется кулачками, расположенными на валу.Каждому кулаку соответствует один клапан.

2. Привод клапана. Привод клапанов осуществляется по-разному: при нахождении распредвала в картере кулаки передаются на толкатели, штоки и коромысла.

Коромысло (коромысло или роликовый рычаг) выполнено из стали, установлено на полой оси, закрепленной в головках ГБЦ. Одна его сторона упирается в кулачок кулачка, а другая надевается на конец штока клапана. При работающем двигателе клапаны нагреваются и выдвигаются, что грозит им неполной посадкой в ​​седло.Следовательно, тепловой зазор обязательно должен соответствовать клапану и коромыслу.

Также кулаки могут воздействовать на клапан через рычаг или непосредственно на его толкатель. Толкатели могут быть выполнены в механическом (жестком), роликовом исполнении или в виде гидрокомпенсатора. Первый вид из-за шума практически не используется, а второй отличается мягкостью и отсутствием необходимости в регулировках. Роликовые толкатели используются в форсированных и спортивных двигателях.

3. Механизм привода распредвала.Осуществляется с цепной, ременной или зубчатой ​​передачей. Цепь отличается надежностью, сложна в устройстве и дороге, ремень дешевле, но менее надежен, а в случае порыва ремня может повлечь за собой повреждение двигателя за счет ударов клапанов около поршней.

4. Клапаны. Предназначен для открытия и закрытия впускного и выпускного канала. Состоят из стержня и головок, на которых имеется узкая, скошенная под углом фаска, плотно прилегающая к камере седла, за что они взаимно рвутся.Головки впускных клапанов больше деления деления. Но градуировка прочнее нагретой, поэтому они сделаны из жаропрочной стали и внутри залиты натрием для лучшего охлаждения.

Цилиндрический шток клапана сверху заточен для крепления пружины, что не дает ей оторваться от коромысла, который опирается на шайбу на головке, и фиксируется упорной пластиной. Шток помещается в направляющую втулку, запрессованную в головку цилиндров, чтобы масло не попало в камеру сгорания, на нее надевается маслоотражающий колпачок.

Фазы газораспределения

За фазами газораспределения принимается начало открытия и момент закрытия клапана, выраженный в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Наилучшая очистка цилиндра от выхлопных газов достигается при открытом выпускном клапане до дна мертвой точки (НМТ), а закрытие — после НТТ. Заполнение баллонов воздухом или горючей смесью происходит, когда впускной клапан открыт до прохождения НМТ, а закрытие — после НМТ.Период одновременного открытия обоих клапанов называется их перекрытием.

Фазы подбираются на заводе двигателя экспериментальным путем и зависят от его конструкции и частоты вращения. При этом колебание газов используется таким образом, что перед закрытием впускного клапана возникает волна давления, а перед закрытием выпуска — волна вакуума. Такой подбор фаз обеспечивает одновременное улучшение наполнения цилиндров воздухом или смесью, а также их очистку от выхлопных газов.

Установка газораспределительного механизма осуществляется с помощью меток на шестернях. Отклонение от нормы на пару зубцов или звездочек может привести к удару клапана поршня и поломке двигателя. Постоянство фаз сохраняется при наличии теплового зазора в клапанном механизме, нарушение которого вызывает уменьшение или увеличение длительности открытия.

Для каждого двигателя производитель указывает фазы газораспределения в виде диаграммы, где указаны моменты открытия, закрытия и перекрытия клапанов.

Возможные неисправности

Судить о неисправности газораспределительной системы можно по следующим внешним признакам:

Газораспределительный механизм двигателя должен обеспечивать своевременный впуск в цилиндры заряда свежего воздуха или горячей смеси и вывод из цилиндров выхлопные газы. При возникновении неисправности в газораспределительном механизме нарушается нормальная работа двигателя, снижается его мощность, хуже КПД.

Основные неисправности газораспределительного механизма могут быть следующие:

нарушение тепловых зазоров между штоками клапанов и носков по слухам, выжигание рабочих зазоров клапанов и седел, потеря упругости или рессоры автомобиля, повышенный износ толкателей, толкателей, коромысел, втулок направляющих клапанов, опорных шеек, втулок и т. Д. распредвал распредвалов, его упорный фланец и зубья распределительной шестерни.

В автомобиле Опель основными неисправностями газораспределительного механизма являются износ шестерен и распредвалов распредвалов, нарушение зазоров между штоками клапанов и сливов слух, износ толкателей и направляющих втулок, тарелок клапанов и др. их гнезда. Отказ газораспределительного механизма включает в себя поломку зубьев распределительной шестерни и потерю упругости пружин клапана.

В процессе работы двигателя имеющийся тепловой зазор в клапанном механизме обеспечивает плотную посадку клапана на седло и компенсирует тепловое расширение деталей механизма.При нарушении теплового зазора в механизме впускного клапана уменьшается проточное сечение клапана, в результате чего уменьшается цилиндр и уменьшается наполнение воздухом или топливной смесью.

С увеличением теплового зазора Механизм выпускного клапана ухудшает очистку цилиндра от выхлопных газов, что, в свою очередь, ухудшает процесс сгорания. При этой неисправности происходит повышенный износ штоков клапанов и снижение мощности двигателя.Характерным признаком увеличенного теплового зазора является звонкий резкий стук, который хорошо слышит работу двигателя без нагрузки при малом вращении коленчатого вала.

С уменьшенным тепловым зазором Клапаны нарушаются герметичностью их посадки в седлах, как следствие — уменьшается компрессия в цилиндрах, подгорает фаска клапанов и их седла. Двигатель начинает работать с перебоями, мощность падает.

Характеристики Прекрасные запорные клапаны Хлопок периодического действия на приемном или выпускном трубопроводе.В карбюраторных двигателях при уменьшенных тепловых зазорах впускных клапанов вата возникает в карбюраторе, а на выпускных клапанах — в глушителе. Причины этой неисправности также могут быть отложены на седлах клапанов, повреждении пружин клапанов, подгорании клапанов и рабочих поверхностей седла. Зазоры между штоками клапана и носками колесных дисков следует систематически проверять и при необходимости регулировать.

Шум в крышке Распределительные шестерни и ручки распределительных шестерен сливаются с общим шумом, но слышатся крышкой распределительной шестерни в зоне зубьев.

Выявленная при проверке технического состояния неисправность, вызванная повышенным износом деталей газораспределительного механизма, устраняется при ремонте двигателя. Небольшие повреждения, предварительно сняв сетку, убирают шлифовкой. Седла клапанов не должны иметь раковин, повреждений и следов коррозии. Перед ремонтом седла проверьте износ клапанной втулки. Если он изношен, его поменяли, значит, отремонтировали седло. Ремонт производится на специальных станках или с помощью специального приспособления, состоящего из стержня и сменного резца.Для восстановления клапанов и их седел используются другие комплекты инструментов отечественного и зарубежного производства.

Головки цилиндров после обработки седла необходимо продуть сжатым воздухом. Один из самых частых дефектов направляющих втулок — повышенный износ внутренней поверхности. Обычно это вызвано длительной работой двигателя после 150 тысяч километров пробега автомобиля.

Состояние направляющих втулок клапанов в основном определяет зазор между ними и штоками клапанов.Чтобы определить зазор, нужно измерить диаметр стержневого клапана и диаметр отверстия его направляющей втулки, а затем сначала вычесть из второго значения. Один из методов измерения зазора без снятия головки блока цилиндров следующий. К клапану, установленному в направляющей втулке, прикладывают часовой индикатор стопы и устанавливают его на ноль. Затем смещают шток клапана в сторону индикатора и по его показаниям определяется зазор между штоком и направляющей втулкой.Зазор не должен превышать 0,20-0,25 мм. При замере штока клапана необходимо перемешивать в направлении, параллельном коромыслу, так как в этом направлении, как правило, происходит наибольший износ направляющей втулки.

Зазор между направляющей втулкой и клапаном можно проверить следующим образом. Головка блока цилиндров снимается, клапаны и направляющие втулки очищаются от отложений, клапаны вставляются в втулку и устанавливаются указатель часового типа на поверхности цилиндра (рис.1).

Рисунок 1. Измерение зазора между штоком клапана и направляющей втулкой с головкой блока цилиндров

Затем пластина клапана перемещается в радиальном направлении и определяется зазор. Для впускного клапана он не должен превышать 1,0 мм, а для выпускного — 1,3 мм. Восстановить необходимый диаметр гильзы можно с помощью набора специальных твердосплавных ножей. С помощью таких ножей колеса выдавливают спиральную канавку внутри клапанной втулки, что уменьшает ее внутренний диаметр из-за деформации металла.В результате экструзии получаются спиральные канавки, которые являются своеобразным уплотнением и удерживают масло. Далее при помощи сканирования гильза обрабатывается под диаметр клапана. Если после замены клапана не устранить слишком большой зазор между направляющей втулкой и клапаном и развернуть втулку под ремонтный размер клапана, втулку заменяют.

1. Введение 2. Назначение, устройство и принцип действия 3. Конструктивная особенность 4. Неисправности. Причины, способы определения и устранения Заключение ГРМ бывает одно- и двухвинтовой, в зависимости от количества распределительных валов в ГБЦ.В мономиальном трима (SOHC-Single Overhead Camshaft) — один вал. В двухканальном (DOHC — Double Overhead Camshafts) — соответственно два. В частности, это означает, что V-образный или противоположный двигатель имеет два или четыре распредвала. Газораспределительные механизмы отличаются расположением клапанов в двигателе. Они могут быть как верхними (в ГБЦ), так и нижними (в блоке цилиндров) по расположению клапанов. Самый распространенный газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов, облегчающий доступ к клапанам для их обслуживания, позволяет получить компактную камеру сгорания и обеспечить лучшее заполнение ее горючей смесью или воздухом. В состав газораспределительного механизма входят: Распределительный вал ; механизм привода распредвалов; клапанный механизм. Работу газораспределительного механизма рассмотрим на примере двигателя с V-образным расположением цилиндров. Распределительный вал расположен в «развале» блока цилиндров, то есть между его правым и левым рядами цилиндров, и приводится в движение коленчатым валом через распределительную коробку передач.При цепной или ременной передаче вращение распределительного вала осуществляется с помощью цепного или зубчатого ремня. При вращении распредвала кулачок летит на толкатель и поднимает его вместе со штангой. Верхний конец тяги давит на регулировочный винт, установленный во внутреннем плече коромысла. Коромысло, поворачиваясь вокруг своей оси, внешним плечом прижимается к штоку клапана и открывает отверстие впускного или выпускного клапана в головке блока цилиндров строго в соответствии с фазами газораспределения и порядком работы цилиндров. Под фазами газораспределения понимают моменты начала открытия и окончания закрытия клапанов, которые выражаются в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Фазы газораспределения подбираются экспериментальным путем в зависимости от числа оборотов двигателя и конструкции впускных и градуированных зависимостей от частоты вращения двигателя и конструкции впускных и выпускных патрубков. Производители установок указывают фазы распределения газа для своих двигателей в виде таблиц или диаграмм. Установка газораспределительного механизма определяется установочными табличками, которые находятся на распределительной шестерне или ведущем шкиве цилиндров двигателя. Отклонение при установке фаз приводит к выходу из строя клапанов или двигателя в целом. Постоянство фаз газораспределения сохраняется только при соблюдении регулируемого теплового зазора в клапанном механизме данной модели двигателя. Нарушение этого зазора приводит к ускоренному износу клапанного механизма и потере мощности двигателя. Для правильной работы двигателя коленчатый вал коленчатого вала и распредвалы распредвалов должны находиться в строго определенном положении относительно друг друга. Поэтому при сборке двигателя шестерни распределительных валов усиливаются имеющимися на их зубьях метками: одна — на шестерне коленчатого вала, а другая — между двумя зубьями шестерни распределительного вала. На двигателях с блоком распределения передач установка также производится по меткам. Последовательность чередования часов в разных цилиндрах называется порядком работы цилиндров двигателя, который зависит от расположения цилиндров и конструкции коленчатого и распределительных валов. Распределительный вал служит для открытия и закрытия клапанов газораспределительного механизма в определенной последовательности в соответствии с порядком расположения цилиндров двигателя. Распредвалы снимаются со стали с последующим скреплением и закалкой токами высокой частоты. На некоторых движках литые деревья от высокопрочный чугун. В этих случаях поверхность кулачков и шейки валов отбеливается, а затем полируется. Чтобы уменьшить трение между шейкой матки и опорами, в отверстия вдавливают сталь, покрытую антифрикционными слоями, или металлокерамические втулки. Распределительные валы расположены между опорными корками распределительного вала, по два на каждый цилиндр, впускной и градуированный. Кроме того, к валу прикреплена шестерня для привода масляного насоса и прерывателя распределителя, а также имеется эксцентрик для привода топливного насоса. Шестерни распределительных валов изготовлены из чугуна или текстолита, распределительное устройство привода коленчатого вала — из стали. Зубья в шестернях наклонные, что вызывает осевое перемещение вала. Для предотвращения осевого смещения предусмотрен упорный фланец, который закреплен на блоке цилиндров между концом шейки переднего основания и ступицей распределительного механизма. В четырехтактных двигателях рабочий процесс происходит за четыре хода поршня или два оборота коленчатого вала. Это возможно, если распределительный вал совершит за это время вдвое большее количество оборотов. Следовательно, диаметр шестерни, установленной на распределительном валу, вдвое больше диаметра шестерни коленчатого вала. Стук рычага привода клапана. Характерный стук с равномерными интервалами, его частота меньше, чем у любого другого детонации в двигателе.Ввод в двигатель при обрыве одного или нескольких клапанов. Сопровождается деформацией боковой стенки рабочей части рычагов, растрескиванием юбок тарелок клапанов (возможно разрушение тарелки), порезанием упорных башмаков сахара со стороны задней части. Возможно столкновение выпускных клапанов с днищами поршней. Разумный отстой суперзвезд в тарелках клапанов а) самоотдача регулировочных болтов. Крутящий момент контрэлемента, язычок контрэлемента не оседает. Регулировка клапанов. При заграждении замените регулировочные болты. б) самозакладка регулировочных болтов из-за превышения максимально допустимой частоты вращения коленчатого вала двигателя. Последствия ликвидировать по вине виновных. в) Износ распредвалов распредвалов. Работа пары «кулачок-рычаг» без зазора. Некачественная регулировка зазора. С обратной стороны изношенного кулачка радиальная оценка по всей длине обратной части. Заменить распредвал. г) Износ распредвалов распредвалов, на задней части кулачка нет фугов, есть узкая полоса провала на краю противоположной части кулачка — след рычага при пробое. Заменить распредвал, рычаги. д) кулачки не изношены. Детонация при многократной регулировке не устраняется. Отклонение геометрии распредвала распредвала. Заменить распредвал, рычаги. Пониженная мощность двигателя, низкая компрессия одного или нескольких цилиндров а) Покраска заменяемого слоя тарелки клапана («скрип клапана»). Заменить клапаны. К дополнительным факторам, способствующим возникновению неисправности, относятся отсутствие «распредвала — рычага» этого клапана и повышенная температура двигателя. Стук газораспределительного механизма а) завышен зазор «Регулировочная шайба — распредвал распредвал». Отрегулируйте подборку шайб нужного размера. б) завышенный зазор «Наружный диаметр регулировочной шайбы — это диаметр гнезда в толкателе под шайбу». Заменить шайбу, толкатель. в) Износ распределительного вала распредвала и регулировочные шайбы. Заменить распредвал и регулировочные шайбы. г) перебит зазор «Шейный распредвал — подшипник». Заменить головку блока. д) слив регулировочной шайбы по кругу контакта с кулачком (неравномерный износ). Заменить неисправную шайбу. д) нарезные (без циркуляции) толкатели по внешнему диаметру, эллипсности. Заменить толкатели. г) Выгрузка, ослабление крепления привода распредвала. Деформация звездочки крепления звездочки, звездочки и канавок распредвала. Заменить неисправные детали. h) Взаимное касание пружин при работе клапанов. Заменить пружины. и) клапан направляющей втулки износа. Заменить втулки. Отсечной клапан а) Дефект сварки штока выпускного клапана, посторонние включения в материале пневмоострова. Заменить поврежденные детали. б) заклинивание, разрушение подшипника водяного насоса. Срез зубьев или выпадение приводного ремня распределительного вала со шкивов, несовпадение фаз газораспределения, столкновение клапанов с поршнями. Заменить поврежденные детали. в) Обрезка ремня привода распределительного вала. Заменить поврежденные детали. г) ослабление натяжения ремня привода газораспределительного механизма, обрыв фазы газораспределения. Заменить поврежденные детали. Примечание. В случае петли блока цилиндров крыльчатки водяного насоса (износ) при разрушении подшипника замена блока цилиндров не требует, так как водяной насос имеет высокую производительность, при замене только водяного насоса система охлаждения не работает. нарушено.

Концепция безопасности двигателя

% PDF-1.5 % 2 0 obj > / Метаданные 4 0 R / Контуры 5 0 R / Страницы 6 0 R / StructTreeRoot 7 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 4 0 obj > транслировать

Документация по установке @WinGD

Двухтопливные двигатели 2-S

Концепция безопасности двигателя

application / pdf2021-07-31T01: 54: 19 + 02: 00Microsoft® Word 20162021-07-31T01: 56: 01 + 02: 00Microsoft® Word 2016uuid: e339c645-c5ec-4237-9e37-a98e4205832duuid: 61d8db0e-efb2-47c5- 97ad-58a9f5162155 конечный поток эндобдж 82 0 объект > транслировать х] мона?] SDr ( 8h \ @ [ز, Ԗ | m) A9rvY5Ee! 3rϟ} y ϟ_p G | wO jx’oGh շ lDZc; p | z hn> Y (훧 Oοc ؼ y k: koǶ7 @ ׺ I \ O ~ 5 5o ‘ ‘d`bhŐƺD΃m ~ WBwmfT% * vT | F0or «ɹTШQɰ5RrI 떩 ŏϛ̀S ~ L ~ wwwFoo ݄ Q0H;: Bơ i`C0zuZ> 4oqjl.9 ~ | EmiL- 5kF ئ lz | SLj5) jrK ؁ +] AmA \ CoZzSDc6 Ղ $ 0 nAȶ [m & {ΏqQlS? «

Двигатели на природном газе

Двигатели на природном газе

Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Двигатели, работающие на природном газе, могут варьироваться от небольших двигателей малой мощности до низкооборотных двухтактных судовых двигателей мощностью более 60 МВт.Доминирующим циклом двигателя может быть Отто или Дизель, с использованием нескольких различных методов приготовления смеси и зажигания. Большинство коммерческих и разрабатываемых двигателей, работающих на природном газе, можно разделить на четыре типа технологий: (1) двигатели со стехиометрическим циклом Отто; (2) сжигание обедненной смеси, двигатели с циклом Отто; (3) двухтопливные двигатели со смешанным циклом (комбинация Отто и Дизеля) и (4) дизельные двигатели, работающие на природном газе. Эти технологии демонстрируют различия в тепловом КПД, производительности и требованиях к последующей обработке.

Введение

Низкая стоимость природного газа по сравнению с дизельным топливом и бензином в сочетании с различными регулирующими мерами, связанными с выбросами, продолжает вызывать значительный интерес к природному газу как альтернативному топливу для двигателей внутреннего сгорания. Производители двигателей ответили поставкой новых, специально созданных двигателей, работающих на природном газе, в размерах от небольших легких двигателей мощностью несколько кВт до низкооборотных двухтактных судовых двигателей мощностью более 60 МВт. В 2019 году WinGD заявила, что их двухтопливный двигатель 12X92DF является самым мощным двигателем с циклом Отто с мощностью 63 840 кВт [4829] .Производители оригинального оборудования и поставщики послепродажного обслуживания также предоставляют комплекты для переоборудования, которые позволяют переоборудовать существующие дизельные и бензиновые двигатели для работы на природном газе.

Двигатели, работающие на природном газе, можно разделить на категории по многочисленным параметрам, включая: подготовка смеси (предварительно смешанная или не предварительно смешанная), зажигание (искровое зажигание или пилотный дизель) и преобладающий цикл двигателя (отто или дизель). Одна из распространенных категорий: Рис. 1 [4247] :

• Предварительная смесь, искровое зажигание, только природный газ
• Предварительная смесь, пилотное зажигание дизеля, комбинированное топливо — природный газ / дизельное топливо
• Прямой впрыск природного газа под высоким давлением, пилотное зажигание дизеля, комбинированное топливо природный газ / дизельное топливо

Рисунок 1 .Три категории двигателей, работающих на природном газе

(Источник: Wärtsilä)

В то время как вышеуказанная группа адекватно охватывает коммерческие двигатели объемом примерно до 2,5 л / цилиндр, когда рассматриваются также и более крупные двигатели, это создает некоторые проблемы при представлении общих концепций между некоторыми из различных подходов. В частности, двухтопливные двигатели, работающие на обедненной смеси, с воспламенением от небольшого (<~ 5% топливной энергии) дизельного микропилотного двигателя имеют больше общего с двигателями SI, работающими на обедненной смеси, чем с двухтопливными двигателями, использующими гораздо более крупный пилотный дизельный двигатель (> ~ 15 % топливной энергии).Он также не охватывает некоторые концепции, находящиеся на стадии разработки. Следующая категоризация является более общей и отражает общие концепции различных подходов:

• Стехиометрические двигатели по циклу Отто
• Бедное сжигание, двигатели с циклом Отто
• Двухтопливные двигатели со смешанным циклом (комбинация Отто и Дизеля)
• Дизельные двигатели, работающие на природном газе

В двигателях со стехиометрическим циклом Отто используется предварительно смешанная «почти стехиометрическая» воздушно-топливная смесь, и они воспламеняются свечой зажигания.Важной мотивацией для использования стехиометрических двигателей является тот факт, что они могут использовать трехкомпонентный катализатор (TWC), иногда также называемый катализатором неселективного каталитического восстановления (NSCR), для снижения NOx и окисления CO и углеводородов в выхлопных газах. . Следует отметить, что пиковая эффективность преобразования NOx, CO и HC в TWC с природным газом просто богата стехиометрией, и двигатели, работающие на природном газе, работающие на «стехиометрической» топливовоздушной смеси, обычно калибруются для работы на слегка обогащенной смеси.Это отражено в терминологии, используемой для стационарных двигателей, работающих на природном газе, для которых двигатели, работающие на природном газе, использующие смесь, близкую к стехиометрической, иногда называют двигателями «богатого горения».

В двигателях с циклом Отто с обедненным сжиганием используется обедненная предварительно смешанная воздушно-топливная смесь с несколькими вариантами зажигания. Свеча зажигания или дизельный микропилот — два наиболее распространенных варианта. Свечи накаливания также нашли ограниченное коммерческое применение. Одним из важных преимуществ двигателей с циклом Отто, работающего на обедненной смеси, является их высокий термический КПД тормозов (BTE), который во многих случаях может достигать 50%.Если на двигателях, работающих на обедненной смеси, требуется дополнительная обработка, для контроля NOx можно использовать СКВ мочевины. Катализаторы окисления метана требуют высокой температуры выхлопных газов, чтобы быть эффективными, и полезны только в некоторых стационарных применениях.

В двухтопливных двигателях смешанного цикла используется обедненная предварительно смешанная воздушно-топливная смесь, воспламеняемая значительным пилотным двигателем дизельного топлива, что составляет более ~ 15% от общей энергии топлива. Они упоминаются здесь как двигатели со смешанным циклом, потому что пилотный дизельный двигатель вносит значительный вклад в общее тепловыделение при сгорании предварительно смешанной смеси природного газа и воздуха.Важным преимуществом этого подхода является то, что существующие дизельные двигатели (либо используемые двигатели, либо существующие платформы дизельных двигателей от производителя двигателей) могут быть относительно легко преобразованы для использования природного газа — популярное соображение, когда разница в ценах на дизельное топливо и природный газ составляет большой.

В дизельных двигателях, работающих на природном газе, природный газ предварительно не смешивается с воздухом. Вместо этого природный газ впрыскивается прямо в камеру сгорания под высоким давлением почти так же, как это делается в дизельном двигателе.Однако, в отличие от дизельных двигателей, требуется источник воспламенения. Основным средством зажигания струй природного газа является зажигание небольшого дизельного двигателя непосредственно перед впрыском газа. Этот подход иногда называют прямым впрыском высокого давления (HPDI) или газодизелем. Также исследуются возможности зажигания через свечу накаливания или свечу зажигания с форкамерой. Важным преимуществом этого подхода является то, что достижима более высокая удельная мощность и может использоваться более высокая степень сжатия по сравнению с подходами с предварительным смешиванием.

В таблице 1 суммированы эти подходы с более подробной информацией, представленной ниже. Доступны и другие сводки, аналогичные таблице 1, но в основном они ориентированы только на приложения с тяжелыми условиями эксплуатации [3568] [4323] .

Таблица 1
Сравнение различных систем сгорания для двигателей, работающих на природном газе

		Стехиометрический цикл Отто	Цикл Отто сжигания обедненной смеси	Двухтопливный смешанный цикл	Дизельный цикл
Состояние смеси воздух / топливо		Стехиометрический	Lean
Доминирующий цикл двигателя		Otto		Otto / Diesel	Diesel
Technology	Опции зажигания 78				Открытая камера зажигания Свеча зажигания форкамеры (пассивная или активная) Дизельный микропилот с открытой камерой Дизельный микропилот, форкамера Свеча накаливания, предварительная камера (ограниченное применение)	Пилотный дизель, открытая камера	Пилотный дизель, открытая камера Свеча накаливания, открытая камера (опытная) Свеча зажигания форкамеры (опытная)
	Контроль выбросов из двигателя	NOx: EGR, угол опережения зажигания CH 4 : объемы щелей камеры сгорания, продувочный поток, закрытая вентиляция картера (CCV) ПМ: расход масла	NOx: AFR, угол опережения зажигания CH 4 : объемы щелей камеры сгорания, продувочный поток, CCV, объемные потери при сгорании ПМ: расход масла	NOx: AFR, пилотное дизельное топливо, шт., угол опережения зажигания CH 4 : объемы щелей камеры сгорания, продувочный поток, CCV, объемные потери при сгорании ПМ: пилотное кол-во дизеля, расход масла	NOx: EGR, момент впрыска ПМ: аналог дизельного
	Опции системы дополнительной обработки (ATS)	TWC для NOx, CH 4 , CO PM: ATS не требуется до 2010 США и Euro VI-D	NOx: Мочевина SCR CH 4 : MOC в ограниченных применениях	NOx: Мочевина SCR CH 4 : MOC в ограниченных применениях	NOx: Мочевина SCR CH 4 : обычно не требуется PM: DPF (активная регенерация требует DOC + дизельное топливо)
Основное применение		Легкие, средние и тяжелые условия Стационарный <~ 1 МВт		Модернизация железнодорожных и крупных внедорожных автомобилей с дизельным двигателем	Тяжелые, стационарные и морские
КПД, BTE, без WHR		<40%, коммерческие двигатели; ~ 45% потенциал заушных слуховых аппаратов			Для тяжелых условий эксплуатации: <46%; Потенциал КПД аналогичен дизелю, ~ 50% Морские низкоскоростные двигатели: <48%, коммерческие двигатели
Преимущества		100% замена дизельного топлива Низкие выбросы NOx и CH 4 Простой пассивный АТС Работает с КПГ или СПГ	Высокая эффективность Можно избежать использования свечей зажигания Возможна работа только на дизельном топливе (только на двухтопливном топливе) Работает с КПГ или СПГ 100% дизельная подстанция (кроме дизельной микропилотной) Замена дизельного топлива до> 99% с помощью дизельного микропилота	Высокая эффективность Нет свечей зажигания Возможна работа только на дизельном топливе Возможна модернизация существующих дизельных двигателей Работает с КПГ или СПГ	Высокая удельная мощность Ударопрочный Высокая эффективность Можно избежать использования свечей зажигания Замена дизельного топлива до 95% Низкий CH 4 Выбросы Устойчивость к изменениям в составе топливного газа
Проблемы		Срок службы свечи зажигания Более низкая удельная мощность по сравнению с дизелем Низкий КПД по сравнению с дизелем Работа при высоких нагрузках может быть ограничена детонацией	Срок службы свечи зажигания (только при искровом зажигании) Несгоревшие CH 4 Выбросы Работа при высоких нагрузках на NG может быть ограничена детонацией	Замена дизельного топлива ограничена ~ 50-85% Пропуски воспламенения при малой нагрузке с NG Несгоревшие CH 4 Выбросы Работа при высоких нагрузках на NG может быть ограничена детонацией	Работа только на дизельном топливе невозможна СПГ только для мобильных приложений.Для КПГ требуется компрессор большой мощности с большой занимаемой площадью Высокая стоимость и сложность PM и NOx требуют полного дизельного двигателя ATS (для тяжелых условий эксплуатации)

###

Разработка модели механизма дизельного топлива / природного газа для CFD-моделирования двухтопливного двигателя

Реферат

Дизель / природный газ (NG) может эффективно улучшить производительность и снизить выбросы при воспламенении от сжатия с регулируемой реактивностью (RCCI) двигатель.В данной работе был использован n -гексадекан. для характеристики дизельного топлива и смеси метан / этан / пропан используется для характеристики ПГ, и упрощенный механизм дизель / ПГ, содержащий Установлено 645 реакций и 155 видов. Мы использовали грубую силу анализ чувствительности для оптимизации ключевых динамических параметров механизм и, через ламинарную скорость пламени, концентрацию вещества в реакторах со струйным перемешиванием и задержкой воспламенения в ударной трубе для проверки оптимизированного механизма n -гексадекан / NG и обнаружил, что этот механизм лучше реагирует на дизель / газ.Наконец-то, механизм был связан с вычислительной гидродинамикой (CFD) изучить влияние различных таймингов впрыска дизельного топлива (DIT) на характеристики сгорания двигателей RCCI. Результаты показывают, что по мере развития DIT распределение температуры в цилиндре стал неровным. Также, когда температура была ниже, содержание несгоревший метан в баллоне увеличился. Когда DIT был 45 ° угол поворота коленчатого вала (CA) перед верхней мертвой точкой (BTDC), температура и аналог в цилиндре были распределены более равномерно, чем в цилиндр и содержание несгоревшего метана было ниже и дизельное топливо / ПГ показал лучший эффект горения.Механизм дизель / природный газ модель может быть лучше применена к CFD-моделированию двухтопливного RCCI. двигатели.

1. Введение

In ввиду растущей озабоченности по поводу окружающей среды и сопутствующие нормы выбросов транспортных средств, разработка значительный интерес вызывают чистые альтернативные виды топлива. ¹ Среди альтернативных видов топлива природный газ (ПГ) пользуется широким спросом из-за его богатых запасов, высокого октанового числа и чистое сгорание и считается одной из наиболее потенциальных альтернатив к дизелю. ²⁻⁴

NO _x и сажа основные выбросы дизельных двигателей, и у них есть компромиссные отношения. ⁵ Чтобы решить проблему компромисса между NO _x и сажей обычного дизельного двигателя, исследователи предложили множество усовершенствованных режимов горения, таких как гомогенное воспламенение от сжатия заряда (HCCI), ⁶ с предварительным смешиванием воспламенение от сжатия заряда (PCCI), ^7,8 с частичным предварительным смешиванием воспламенение от сжатия (PPCI), ⁹ и контролируемая реактивность воспламенение от сжатия (RCCI). ^10,11 RCCI контролирует горение скорость, контролируя пропорцию двух видов топлива с разной активностью. Дизель имеет высокое цетановое число и высокую реакционную способность, в то время как ПГ имеет высокое октановое число и низкую реакционную активность. Следовательно, двухтопливная (DF) модель дизель / газ имеет большой потенциал для развития в двигатель внутреннего сгорания RCCI.

Во время такта впуска, НГ впрыскивается во впускной канал, быстро смешивается с воздухом, а затем втягивается в цилиндр. Дизель впрыскивается в цилиндр при приближении поршня к верхней мертвой точке (ВМТ). ¹² Дизель воспламеняется из-за высокая температура и давление в цилиндре, который затем воспламеняется НГ. Дизель самовоспламеняется после первого периода задержки зажигания (ID), и соотношение NG и воздуха определяет второй период ID. ^13,14

Исследователи провели обширные исследования ПГ / дизельного топлива. Двигатели DF. ^15-20 Abdelaal et al. ¹⁵ использовал дизель в качестве пилота топлива и изучили влияние рециркуляции выхлопных газов (EGR) на Выбросы и производительность двигателя DF.Они обнаружили, что EGR может снизить общий выброс углеводородов (THC) при средней нагрузке при улучшении тепловой КПД двигателя. Для уменьшения выбросов несгоревшего ТГК и CO, количество дизельного топлива может быть увеличено для увеличения плотности смеси при низких нагрузках, чтобы улучшить тепловой КПД. ¹⁶ Papagiannakis et al. ¹⁷ указал, что соотношение воздух-топливо будет уменьшаться с увеличением увеличение скорости замещения ПГ, что снизит эффективную термический КПД. Это явление не наблюдалось при высоких нагрузках; однако он был значительным при средних и низких нагрузках.Bari et al. ¹⁸ экспериментально исследовали влияние различных Нормы замещения ПГ при сгорании и выбросах двигателей DF. Они обнаружили, что качество сгорания природного газа определяет производительность. двигателя пеленгатора. Детонация в двигателе возникает, когда скорость замещения NG выше 80%. Когда расход дизельного топлива составляет 60%, экономия Двигатель DF оказался самым высоким. Kalsi et al. ¹⁹ исследовали характеристики выбросов ПГ / дизельного топлива. Двигатели DF с разной скоростью рециркуляции отработавших газов.Результаты показали, что выбросы NO _x двигателя DF значительно снижаются. когда объединены технологии EGR и RCCI, а выбросы CO и THC начинают уменьшаться, когда коэффициент рециркуляции отработавших газов составляет 8%. Эмиссия сажи двигатель немного увеличился с увеличением скорости рециркуляции отработавших газов; тем не мение, его выбросы были все еще ниже, чем у традиционного дизельного двигателя. Исследования, проведенные Lim et al. ²⁰ указано что с увеличением степени замещения ПГ, выбросы CO ₂ и отдельных веществ (ТЧ) уменьшаются, выбросы THC и NO _x постепенно увеличиваются, а выбросы THC значительно выше, чем у оригинального дизельного двигателя.Ван и другие. ²¹ указал, что продвижение впрыска время дизеля может вносить различные изменения в двигателях NG / diesel DF, и самая высокая скорость тепловыделения (HRR) может быть получена, когда время впрыска составляло 42,5 ° C до верхней мертвой точки (ВМТ).

Однако экспериментальные исследования чрезвычайно дороги, и вариации в различных компонентах и ​​концентрациях при сгорании в цилиндрах Процесс нельзя четко понять только с помощью экспериментов. В в последние годы, с популяризацией компьютеров, значительные достижения в исследованиях выбросов и производительности двигателей с использованием численного моделирования.За счет объединения вычислительных программное обеспечение и механизм гидродинамики (CFD), горение и выбросы механизм дизельного двигателя / двигателя NG DF RCCI можно понять в большой деталь.

Aggarwal et al. ²² подержанный закрытый однородный реактор для изучения характеристик воспламенения метана / n -гептана в двигателе HCCI. Механизм Чалмерса, ²³ , содержащий 42 вида и 168 реакций, был используется для моделирования. Результаты показали, что смоделированные значения ID для n -гептан и метан соответствовали тестовые значения.Однако они не предоставили никакой экспериментальной проверки. двигателя NG / дизельный DF HCCI. Ли и др. ²⁴ соединил механизм сокращенного первичного эталонного топлива (PRF) с Инструмент CFD Converge для оценки характеристик сгорания двигателя DF и спрогнозировать распределение метана в цилиндре. Тем не мение, они использовали только n -гептан в качестве заменителя дизельного топлива и метан как суррогат НГ. Poorghasemi et al. ²⁵ использовал детализированный механизм NG / дизель в сочетании с Converge для оценки характеристик сгорания двигателя DF при различных стратегии впрыска дизельного топлива.Однако они не проверили эмиссию. характеристики в разных условиях. Hockett et al. ²⁶ упростил детальный механизм с помощью граф прямой связи (DRG) упростил метод и построил NG / дизель Механизм восстановления DF, содержащий 141 вид и 709 реакций. Кроме того, они объединили упрощенный механизм с Converge для проверки производительность и эмиссионные характеристики при соответствующих условия эксплуатации двигателя. Однако они не подтвердили ламинарная скорость пламени смеси ПГ / воздух и использовали образец n -гептан дизельного топлива.Zhao et al. ¹³ использовал несколько упрощенных методов для создания ПГ / дизельного топлива. Механизм DF, содержащий 61 вид и 199 реакций. Они соединились упрощенный механизм с KIVA-4 для исследования производительности и выбросы двигателей природного газа / дизельного топлива DF в различных условиях. Тем не мение, они не проверяли выбросы метана и использовали только n -гептан в качестве суррогата дизельного топлива и метан в качестве суррогата для природный газ.

Краткий обзор развития дизельных двигателей / двигателей NG DF в последнее время лет.Исследователи рассматривали n -гептан как альтернативное топливо для дизельного топлива; однако макромолекулярные углеводороды с прямой цепью были основными компонентами фактического альтернативные виды топлива. ^27,28 Так как дизельное топливо очень сложное смеси, нереально построить детальный механизм, содержащий все виды. n -гексадекан является важным компонент для измерения цетанового числа топлива и углерода номер n -гексадекан очень похож на настоящий дизель.В режиме горения DF RCCI дизель играет роль воспламенения ПГ, что приводит к низким выбросам сажи. Таким образом, это нет необходимости использовать циклоалкан и ароматические углеводороды для прогнозирования образование прекурсоров сажи. Кроме того, цетановое число равно тесно связаны с характеристиками зажигания, которые играют очень важную роль в расширенном режиме горения (например, HCCI, PCCI и РТПП). Следовательно, используя n -гексадекан для представления дизель оправдан. В составе НГ доля низкомолекулярных углеводороды с прямой цепью составляют более 95%.Следовательно, смесь метан, этан и пропан используются для обозначения ПГ. Расчет эффективность можно значительно повысить, обеспечив точность за счет использование редуцированного механизма. Упрощенный механизм пеленгации связан с программным обеспечением CFD, которое обеспечивает эффективный метод исследования сгорание и выбросы двигателя DF RCCI. Следовательно, это необходимо разработать редукторный механизм дизель / ПГ.

В этом исследование, n -гексадекан был использован для представления дизельное топливо и смесь пропана, этана и метана использовались для представляют НГ.По сравнению с конверсионным дизельным сгоранием, сажа, образующаяся в режиме пеленгации, низкая; ²⁹ следовательно, Эмиссия сажи в этом исследовании не подтверждается. Используемый субмеханизм NG в этом исследовании был сокращенный механизм NG, построенный в предыдущем учиться. ³⁰ n -гексадекан субмеханизм получен за счет упрощения детального механизма Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса (LLNL). Упрощенный механизм n -гексадекан / NG DF был получен объединением два субмеханизма и устранение повторной реакции субмеханизма n -гексадекан.ID, ламинарная скорость пламени, и концентрации видов были дополнительно проверены. Наконец, сокращенный механизм был соединен с Converge для проверки сгорания и выбросов дизельного двигателя / двигателя NG DF RCCI при разном времени впрыска дизельного топлива (DITs) (от -66 до -45 ° угол поворота коленчатого вала (CA) после верхней мертвая точка (ATDC)). Результаты исследования могут служить ссылками на совершенствование механизма природного газа / дизельного топлива и разработка Двигатели RCCI.

2. Конструкция механизма

2.1.Базовый механизм природного газа

A poly оксиметилендиметиловый эфир 3 (PODE ₃ ) / упрощенный механизм NG, который включал 650 реакций и 124 вида, был разработан нашим исследовательской группой и была широко проверена на идентификацию, концентрацию видов, и скорость ламинарного пламени при оптимизации скорости пламени. ²⁶ Результаты показали, что предложенный механизм может точно предсказать характеристики сгорания PODE ₃ и NG. Поскольку упрощенный механизм также включает в себя компоненты и реакции PODE ₃ был получен субмеханизм NG путем удаления компонентов и реакций, связанных с PODE ₃ .В данном исследовании субмеханизм NG был использован в качестве базового механизма.

2.2. Восстановленный субмеханизм

n -гексадекана

В этом исследовании субмеханизм n -гексадекан был приобретены за счет сокращения детального механизма LLNL (2115 видов и 8157 реакций). Чтобы гарантировать точность упрощенного механизма, важно упростить детальный механизм на всеобъемлющем диапазон условий работы: начальное давление 4–12 атм, начальная температура 600–2000 К, эквивалент соотношение было 1.0. Важные промежуточные компоненты n -гексадекана использовали в качестве исходных удерживаемых компонентов. Субмеханизм n -гексадекана был получен с использованием восстановленного методы ориентированного графа отношений с распространением ошибок (DRGEP), метод графа прямой связи (DRG), анализ чувствительности (SA), коэффициент производства (ROP) и изомера ³¹ для восстановления детального механизма n -гексадекан. Объединение изомеров изомерных групп n -гексадекана приведен в таблице 1.Сначала был проведен анализ пути механизма для определения промежуточные компоненты, которые необходимо сохранить. DRG и Затем для удаления компонентов использовались автоматические восстановленные методы DRGEP. и связанные с ними реакции, которые не были тесно связаны с промежуточным продуктом. компоненты. SA и ROP использовались для дальнейшего упрощения механизма. Наконец, реакция изомеров была объединена путем объединения изомеров. Таким образом, конечный упрощенный n -гексадекановый механизм с Было получено 295 реакций и 85 видов.

Таблица 1

С сосредоточенными из n -Гексадекан Изомеры

300 , C ₁₆ OOH ₅ -3O ₂ , C ₁₆ OOH ₇ -9O ₂ , C ₁₆ OOH ₈ -10O _{2 16} KET

представитель компоненты	группа изомеров
C 16 H 33	C 16 H 33 -2, C 16 H 33 -3, C 16 H -5, C 16 H 33 -6, C 16 H 33 -7, C 16 H 33 -8
C 16 H 33 O 2	C 16 H 33 O 2 -3, C 16 H 33 O 2 -5, C 16 H 33 O 2 -7, C 16 H 33 O 2 -8
C 16 OOH	C 16 OOH 3 -1, C 16 OOH 5 -3, C 16 OOH30 -7, C 16 OOH 7 -9, C 16 OOH 8 -10
C 16 OOHO 2	C 16 OOH 12 3	7
C 16 KET 3 -1, C 16 KET 5 -3, C 16 KET 7 -9, C 16 KET 8 -10

представлены основные пути реакции n -гексадекана при давлении 12 бар, соотношении эквивалентности 1 и расход топлива на 20%.Можно заметить, что в низкотемпературной стадия реакции, n -гексадекан подвергся дегидрированию реакция, реакция первичной оксигенации, реакция первичной изомеризации, реакция вторичной оксигенации и реакция вторичной изомеризации. В конце концов кетогидропероксид образовался и распался на мелкие молекулы. На стадии высокотемпературной реакции β-разложение был доминирующим этапом, в конечном итоге производящим CO ₂ .

Основная реакция пути под 20% расходом n -гексадекан.Чернить шрифт 600 Кбайт; синий шрифт, 800 Кбайт; и красный шрифт, 1200 К.

2.3. Формирование восстановленный

n -Гексадекан / Натуральный Газовый механизм

A упрощенный n -гексадекан / NG был получен механизм с 645 элементарными реакциями и 155 компонентами. путем комбинирования субмеханизмов n -гексадекана и NG. В В процессе комбинирования субмеханизм NG использовался как базовый механизм, в результате которого устраняются повторяющиеся компоненты и реакции в субмеханизме n -гексадекан.показывает конкретные этапы процесса слияния.

Строительство процесс n -гексадекан / NG упрощен механизм.

При предварительной поверке идентификатора комбинированного механизма, было обнаружено, что смоделированные значения периода ID для NG равны в хорошем соответствии с предсказанными значениями детального механизма. Однако была значительная разница между смоделированными и экспериментальные данные ID для n -гексадекана. Поэтому механизм комбинирования был оптимизирован.Грубая сила СК n -гексадекана проводили при температурах 600, 800 и 1200 К, давление 12 бар и коэффициент эквивалентности из 1. Коэффициент чувствительности был рассчитан по формуле 1 (32)

1

, где τ _0,5 — ID после константа скорости, деленная на 2, и τ ₂ — это ID после константа скорости умноженная на 2. Отрицательный коэффициент чувствительности представляет собой продвижение реакции, а положительную чувствительность коэффициент представляет собой ингибирование реакции.

представляет нормированные результаты чувствительности коэффициент n -гексадекана к ID при высокой температуре (1200 K), область отрицательного температурного коэффициента (NTC) (800 K) и низкая температура (600 К). За счет оптимизации константы скорости реакции с высокой чувствительностью к температуре (см. Таблицу 2) расчетные данные ИД оптимизированного Было обнаружено, что механизм согласуется с данными испытаний.

Чувствительность коэффициент реакции n -гексадекан при разных температурах при соотношении эквивалентности 1.0 и давление 12 бар.

Таблица 2

Оптимизированная реакция и регулировка предэкспоненциального фактора

E _a C ₁₆ H ₃₃ O ₂ → C ₁₆ OOH 9302 R2

нет	реакция	механизмы	A	n	E a	Н 34 + OH → C 16 H 33 -1 + H 2 O	M-1	1.05 × 10 10	0,97	1,59 × 10 3
M-2	6,05 × 10 10	0,97	1,59 × 10 3	M-1	1,25 × 10 11	0,0	2,085 × 10 4
9,25 × 10 10	0.0	2,085 × 10 4
R227	C 16 KET → OH + C 6 H 13 COCH 2 + NC 7 H 15 CHO	M-1	1,05 × 10 16	0,0	4,16 × 10 4	M-2	1,05 × 10 15	0,0	4,16 × 10 4
		R96	NC 16 H 34 + ОН → C 16 H 33 + H 2 O	M-1	5.64 × 10 8	1,61	–3,5 × 10 1
M-2	7,0 × 10 8			1,61	–3,5 × 10 1	C 16 OOH → C 16 O + OH	M-1	9,375 × 10 9	0,0	7,0 × 10 3
M-2	9,375 × 10 8 3	9,375 × 10 8	7.0 × 10 3

Как показано на рис. Реакция C ₁₆ H ₃₃ O ₂ → C ₁₆ OOH (R208) в ППТ и низкотемпературных регионах; в высокотемпературных области реакции, температура оказала сильное стимулирующее влияние на реакция NC ₁₆ H ₃₄ + OH → C ₁₆ H ₃₃ -1 + H ₂ O (R95), но обладала наибольшим ингибирующим действием влияние на реакцию NC ₁₆ H ₃₄ + OH → C ₁₆ H ₃₃ + H ₂ O (R96).Поэтому там это конкурентные отношения между R95 и R96 при высоких температурах. Кроме того, реакция C ₁₆ OOH → C ₁₆ O + OH (R211) имела коэффициент чувствительности только в низкотемпературной и области NTC, что указывает на то, что R211 встречается только в средней и низкие температуры. Реакция C ₁₆ KET → OH + C ₆ H ₁₃ COCH ₂ + NC ₇ H ₁₅ CHO (R227) имела отрицательный коэффициент чувствительности при низких температурах. и положительный коэффициент чувствительности в области NTC.

Кому резюмируя, оптимизируя константу скорости реакции с большой коэффициент чувствительности, точность механизма для прогнозирование идентификатора было улучшено. В таблице 2 представлены результаты оптимизации. Теплофизический параметры и транспортные параметры детализированного механизма были применяется к редуцированному механизму. n -гексадекан / NG сокращенный механизм можно найти во вспомогательной информации.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Подтверждение зажигания Задержка

ID период — критический параметр зажигания двигателя; следовательно, очень важно проверять идентификатор для работы двигателя.В этом исследовании, период ID был определен как время, необходимое для начальной температуры увеличить на 400 тыс. ³³ Предполагалось что ИД произошла в условиях гомогенизации, постоянная объем и изоляция и рассчитывалась с использованием замкнутого гомогенного код реактора. ³⁴ Результаты моделирования были по сравнению с измеренными значениями.

представляет сравнение между смоделированными значениями и тестовые значения ID для n -гексадекана при давлении значения 4 и 12 бар и коэффициент эквивалентности 1.Как можно заметить, при 4 барах результаты расчетов упрощенного механизма были согласуется с смоделированными данными детального механизма, в то время как при 12 бар расчетные результаты пониженного механизма согласуются с тестовыми значениями. Феномен NTC также может быть воспроизведен точно.

Сравнение экспериментальных значений и смоделированных данных ID для n -гексадекан под давлением 4 ³⁵ и 12 бар. ³⁶ Символы: экспериментальные данные.Пунктирные линии: уменьшенный результат моделирования механизма. Сплошные линии: подробный предсказанный механизмом результат.

обеспечивает сравнение прогнозируемых данных упрощенный механизм и расчетные результаты подробных механизм ³⁷ для НГ при разном давлении и коэффициенты эквивалентности. Значение 70/20/10 представляет 70, 20 и 10% от CH ₄ , C ₂ H ₆ и C ₃ H ₈ соответственно. Отношение 90 / 6,7 / 3,3 представляет 90, 6.7 и 3,3% от CH ₄ , C ₂ H ₆ и C ₃ H ₈ соответственно в NG. Как видно, результаты моделирования упрощенного механизма хорошо согласуются с предсказанными результатами детального механизма. Следовательно упрощенный механизм n -гексадекан / NG может точно предсказать ID n -гексадекана и NG.

Сравнение прогнозируемых значений ID упрощенного механизм и результаты моделирования подробного механизма: (a – f).Пунктирные линии: уменьшенный механизм; сплошные линии: детальный механизм NG (НУИГ). ³⁷

3.2. Проверка концентрации видов

концентрация видов играет решающую роль в прогнозировании промежуточные и конечные продукты. Для оценки точности текущего упрощенный механизм, концентрация видов должна быть проверена. Кривые реагентов, важных промежуточных продуктов и продуктов n -гексадекан при высоких температурах. Ристори и др. ³⁸ в реакторе с струйным перемешиванием (JSR).

Моделирование проводилось с использованием идеально перемешиваемого код реактора (PSR), ³⁴ , и было принято что реакция протекает в гомогенизированных и изотермических условиях. Экспериментальная температура (1000–1250 K), давление ( P = 1 бар), коэффициент эквивалентности (Φ = 1) и время пребывания. время (τ = 70 мс) Ристори и др. ³⁸ использовались в качестве начальных условий для расчета.

обеспечивает сравнение расчетных и тестовых данных видовой концентрации для n -гексадекана.В качестве Как видно из, результаты расчетов хорошо согласуются с измеренными значений, хотя было небольшое отклонение. Это потому, что предсказание концентрации видов было связано с малыми молекулами в механизме. Комбинация субмеханизма NG и субмеханизма n -гексадекана увеличивает количество малых молекул, таким образом влияя на скорость реакции n -гексадекана расщепление на мелкие молекулы. Следовательно, будут некоторые ошибки при расчете видовой концентрации n -гексадекана.Тем не менее, редуцированный механизм может точно предсказать виды концентрация важных промежуточных компонентов, реагентов и производство n -гексадекана.

Сравнение между тест ³⁸ и предсказал значения концентраций компонентов для n -гексадекана. Сплошные линии: уменьшенные результаты моделирования механизма. Символы: контрольные значения.

3.3. Проверка ламинарного пламени Скорость

Скорость ламинарного пламени также является критическим параметром горения, который может представлять химические и физические свойства топлива и окислителя в процессе смешивания.Следовательно, это также было проверено в этом исследовании. Скорость ламинарного пламени рассчитывалась с использованием кода PREMIX. ³⁴

Li et al. ³⁹ получили тестовые значения скорости ламинарного пламени для смеси n -гексадекан / воздух при температуре несгоревшего газа. (443 K), атмосферное давление и широкий диапазон эквивалентности отношения (от 0,8 до 1,4). Скорость ламинарного пламени метана / воздуха была измерена Розенчан и др. ⁴⁰ под несгоревший температура газа 298 К и широкий диапазон давлений (1–20 атм).В диапазоне давлений 10–40 атм. Были испытаны ламинарные скорость пламени смеси CH ₄ / He / O ₂ с использованием O ₂ / He смесь с объемным соотношением 17:83 в качестве окислителя. При давлении 60 атм использовалась смесь O ₂ / He с объемным соотношением 15:85 в качестве окислителя для испытания ламинарного пламени скорость смеси CH ₄ / He / O ₂ . На основе Приведенные выше данные испытаний подтвердили ламинарные скорости пламени смесей n -гексадекан / воздух, NG / воздух и NG / кислород / гелий.

представляет сравнение между испытательной и смоделированной данные скорости ламинарного пламени n -гексадекан / воздух при температуре 443 К и нормальном атмосферном давлении. Сканирование как известно, скорости пламени сначала увеличивались, а затем уменьшались. с увеличением коэффициента эквивалентности. При обедненном ожоге (Φ <1) прогнозные данные редуцированного механизма равны хорошо согласуется с тестовыми значениями. Однако при обильном горении условиях (Φ> 1) было небольшое отклонение между в смоделированные результаты упрощенного механизма и измеренные значения.Это потому, что скорость распространения пламени контролируется реакции между небольшими молекулами. При комбинации n -гексадекана и субмеханизма NG количество C0 – C3 реакции увеличились, что повлияло на константу скорости реакции с метановой ламинарной чувствительной к пламени реакцией. Однако в целом изменение скорости ламинарного пламени n -гексадекан / воздух может быть точно захвачен уменьшенным механизмом.

Сравнение экспериментальных значения ³⁹ и смоделированные данные ламинарного скорости пламени для n -гексадекана.Символы: тест ценности. Сплошные линии: уменьшенный механизм, прогнозируемый полученные результаты.

Сравнение прогнозируемых и экспериментальные данные ламинарного скорость пламени CH ₄ / воздух при температуре несгоревшего газа при 298 К и широком давлении (1–20 атм) показаны условия в . Как можно видеть, скорости пламени уменьшались с увеличением увеличение начального давления, и расчетные результаты приведенный механизм хорошо согласуется с тестовыми значениями при различные давления и коэффициенты эквивалентности.Таким образом, нынешний механизм может точно фиксировать изменение скорости ламинарного пламени в СН ₄ / воздух.

Сравнение измеренных значений ⁴⁰ и смоделированных данных скоростей ламинарного пламени для метана / воздуха смесь. Символы: контрольные значения. Сплошные линии: уменьшенные значения, смоделированные механизмом.

представляет сравнение смоделированных данные и измеренные значения скоростей ламинарного пламени CH ₄ / O ₂ / He в условиях различных окислителей, давление от 10 до 60 атм, температура несгоревшего газа 298 К.Было замечено, что с увеличением отношений эквивалентности ламинарные скорости пламени сначала увеличивалась, а затем уменьшалась, достигая пика, когда эквивалентность коэффициент был 1. В целом, прогнозируемые результаты текущего механизма хорошо согласуются с тестовыми значениями.

Сравнение между экспериментальные и смоделированные значения ⁴⁰ ламинарные скорости пламени для смеси CH ₄ / O ₂ / He с разбавленным гелием. Сплошные линии: уменьшенные результаты, моделируемые механизмом.Символы: экспериментальные значения.

Следовательно, разработанный приведенный механизм позволяет точно захватывать ламинарная скорость пламени n -гексадекан и NG при различных давлениях, соотношениях эквивалентности и условиях окислителя.

3.4. Подтверждение горения и выбросов в Дизель / двигатель NG DF RCCI

При испытании двигателя дизельное впрыскивается в цилиндр, а ПГ впрыскивается порт, а масса закачиваемого природного газа контролировалась электронным блок управления (ЭБУ).Показана подробная экспериментальная установка стенда. дюйм, а параметры двигателя приведены в таблице 3. Физико-химические Свойства тестовых топлив приведены в таблице 4.

Настройка тестового двигателя.

Таблица 3

Основные технические параметры двигателя

параметр	значение
ход (мм)	145
отверстие (мм)	123
степень сжатия (-)	17.5
Длина шатуна (мм)	224
Рабочий объем (L)	10
Диаметр отверстия сопла (мм)	8 × 0,121
EVO ( )	140
IVC (° CA ATDC)	–156

Таблица 4

Физические и химические свойства Дизель и природный газ ⁴¹

свойство	дизельное топливо	природный газ
плотность (кг / м 3 )	814	0.75 (при 0 ° C и 1 атм.)
цетановое число	44
нижняя теплотворная способность (МДж / кг)	44,64	48,15
Соотношение H / C	9157	990 3,907 В данном исследовании коэффициент замещения был определен как в уравнении 2, 42 и формуле расчета HRR двухтопливного двигателя является показано в уравнении 3 (43) 2 , где м дизель и м NG — масса дизеля и ПГ соответственно, и LHV diesel и LHV NG — низкие теплотворные способности. дизеля и ПГ соответственно. 3 где определено V как мгновенный объем цилиндра, γ — удельная теплоемкость, и p — измеренное давление в цилиндре. Для моделирования использовалось программное обеспечение CFD Converge v2.4. 44 Рабочий процесс внутреннего сгорания двигатель включает в себя большое число Рейнольдса и многофазные турбулентные процессы, который включает турбулентный поток, распыление, испарение, перемешивание, горение, теплопередача и генерация выбросов.Модель RNG k — ε, разработанная Han и Reitz 45 , использовалась в качестве модели турбулентности для моделирования. KH – RT модель распылителя 46 была применена для имитации процесс дробления распылением. Когда топливо впрыскивается в цилиндр, необходимо моделировать процесс испарения капель топлива. Чтобы получить изменение радиуса капли за счет испарения, Корреляция Фросслинга 47 использовалась для моделирования падает процесс испарения топлива.Разработана модель No Time Counter по Шмидту и Рутлю 48 был использован для моделирования процесс столкновения между каплями топлива. Через модель SAGE, 49 упрощенный механизм был введен в Сходим к моделированию процесса сгорания дизеля / NG DF RCCI двигатель. Модель прекурсора сажи не была добавлена ​​в текущий механизм поскольку выбросы сажи от дизельного двигателя / двигателя NG DF чрезвычайно низки. 29 Физические модели, используемые в процессе моделирования приведены в таблице 5.Условия эксперимента показаны в Таблице 6. Таблица 5 Подмодели, используемые в Моделирование 9307 модель 9102 9302 химический механизм n -гексадекан / NG уменьшенный механизм турбулентная модель RANS (RNG k- ε) 45 модель спрея модель взаимодействия стен пленка модель стена пленка нет счетчика времени 48 модель испарения корреляция Фросслинга 47 распад модель KH – RT 46 модель drop drag динамическое сопротивление 50 модель горения SAGE Multizone 49 механизм Зельдовича выдвинутый 52 Таблица 6 Опытный Условия параметр значение Время впрыска дизеля (° CA ATDC) –45, −55, −66 Скорость рециркуляции отработавших газов (%) 0 впрыск дизельного топлива давление (МПа) 100 Масса впрыскиваемого дизельного топлива (мг / цикл) 7.2 скорость (об / мин) 1220 степень замещения (%) 90 BMEP (МПа) 1 , как форсунка, у инжектора -восьмая модель использовался для моделирования (см.). Расчет началось с момента закрытия впускного клапана (IVC) (−156 ° CA ATDC) на время открытия выпускного клапана (EVO) (140 ° CA ATDC). Базовая сетка была установлена ​​на 2 мм, а адаптивное уточнение сетки (AMR) Масштаб был установлен на 3, что привело к минимальному размеру сетки 0.25 мм. В подсеточный критерий скорости и температуры был установлен равным 2 м / с и 5 К соответственно. Неподвижная заделка производилась на поршень, гильзу, головка и инжектор. Фиксированная шкала заделки поршня, гильзы и напор равнялся 1, т.е. фиксированный размер сетки заделки составлял 1 мм. Фиксированный масштаб встраивания инжектора был установлен равным 2, что соответствует фиксированный размер сетки заделки 0,5 мм. Расчетные сетки температуры в цилиндрах распространение в ВМТ. представляет сравнение между тестовыми данными и рассчитанные результаты давления закачки (IPs) и HRR при различных Условия DIT.Можно заметить, что смоделированные результаты IP хорошо согласуются с тестовыми значениями; тем не менее, HRR показал некоторое отклонение. С одной стороны, в моделировании HRR равнялась разнице между теплопередачей химического кинетическая модель и теплообмен стенки цилиндра. В эксперименте HRR был получен по среднему давлению, а среднее давление было получено исходя из предположения, что давление в цилиндре и температура были равномерно распределены.Как местный высокотемпературный области в цилиндре не учитывались, экспериментальные значения HRR были ниже прогнозируемых значений текущего механизма. На с другой стороны, есть отклонение между продолжительностью впрыска топлива. и правило впрыска топлива, используемое в моделировании и экспериментальной ценить. Тем не менее, результаты моделирования по-прежнему точно фиксируются. тенденция HRR, показывающая, что построенные уменьшенные модель может быть использована для прогнозирования сгорания в цилиндре фактического дизель / двигатель NG DF RCCI. Сравнение расчетных значений и результатов испытаний данные тепловыделения скорость (час) и давление в цилиндре (IPs): (а) -45, (б) -55, и (c) −66. С продвижением ДИТ, горючая смесь слишком бедная (см.), А реакционная способность уменьшается, что приводит к уменьшению скорости распространения пламени, снижение температуры в цилиндрах (см.) и задержка точки начала сгорания (SOC), которые не способствует постоянному объему сгорания и давлению в цилиндре снижаться. Распределение температуры в цилиндре при разных ДИТ. Изоповерхности отношения эквивалентности и температуры в цилиндр с разными DIT на CA50. выставок распределение температуры в цилиндре с разными ДИТ. показывает распределение несгоревших метан в баллоне с разными ДИТ. Как видно из, НГ присутствует в центре цилиндра был основным источником несгоревших выбросов метана для дизельного двигателя / двигателя NG DF RCCI.Это потому, что более низкая реактивность горючей смеси в центре цилиндра приводит к снижению температура горения (см.), а температура самовоспламенения ПГ была высокой. Следовательно, Не удалось воспламенить НГ в центре цилиндра. Следовательно, это часть ПГ была выброшена из цилиндра с выхлопом газ. Распределение несгоревшего метана в цилиндре с различными ДИТ. показывает изоповерхности соотношения эквивалентности и температуры в цилиндре с разными ДИТ на CA50.Как видно из и, в области с отношением эквивалентности 0,5 хотя температура горения была не самой высокой (см.), это была площадь который потребляет больше всего NG (см.). Следовательно, когда коэффициент эквивалентности находится в пределах 0,5–0,7, активность горючего смесь высшая. Кроме того, с задержкой DIT наибольшая в головной части камеры сгорания появилась температура, указывающая на что NO x легче генерировать в ГБЦ. С задержкой DIT расслоение смеси в цилиндре было очевидно, SOC был продвинут, и горение было близко к постоянный объем горения, который способствует сгоранию ПГ и увеличивает термический КПД. Предоставить ноу-хау механизма распределения газа (только для Японии) — сайт соответствия бизнесу (база данных) TTPP Подробное описание Предоставить ноу-хау механизма распределения газа (только для Японии) и LT; и LT; ОПИСАНИЕ & GT; & GT; Этот запатентованный газораспределительный механизм находит применение в двигателях внутреннего сгорания, в частности, в дизельных двигателях и других поршневых узлах. * О технологии Состоит из впускных и нагнетательных пластин с выточенными в них отверстиями и соединенными со штоками, головкой блока цилиндров с отверстиями в ней, совпадающими с отверстиями подвижной крышки цилиндра, втягивающими пружинами штоков, нажимными пружинами и уплотнительным кольцом. подвижной крышки баллона. В случае изменения габаритных размеров из-за температурного расширения и износа обеспечивается осевое перемещение крышки цилиндра, при этом уплотнительное кольцо обеспечивает герметичность сборки, не допуская утечки жидкости между крышкой и цилиндром. Непрерывно прижимаемая крышка цилиндра и пластина к головке цилиндра с помощью нажимных пружин обеспечивают герметичность сборки, а в закрытом положении жидкости не могут вытекать из впускных и выпускных пластин. * Связь с ноу-хау Изобретение — моя идея, у меня 50% соавторов умерли, у него есть наследники, они тоже хотят продать свою долю в 50%, чтобы покупатель стал владельцем всего патента на 100%. Продан патент с полными правами, описанный в документации.Также в документации есть 2 чертежа, которые являются наиболее важными. Я предоставляю покупателю подробное объяснение своей идеи. * Примеры усыновления Производитель двигателей внутреннего сгорания и др. Основное применение может быть в двигателях внутреннего сгорания, но может использоваться во многих машинах, где используются клапаны или распределительные механизмы. Очень высока вероятность создания двигателей с большим ресурсом природного газа по патенту.Это обеспечит низкую стоимость, низкий уровень загрязнения, длительный переход и другие хорошие показатели. Можно построить двигатель с более высокими оборотами коленчатого вала, больше, чем это возможно в используемых сейчас. Предполагается, что будет построен вариаторный двигатель, двигатели станут очень экономичными. В процессе работы будут выявлены и другие преимущества. Двухтопливные двигатели для бурения Как работает двойное топливо? В двухтопливном режиме природный газ подается во впускную систему двигателя.Затем смесь воздуха и природного газа втягивается в цилиндр, как это было бы в двигателе с искровым зажиганием, но с более бедным соотношением воздуха и топлива. Ближе к концу такта сжатия дизельное топливо впрыскивается и воспламеняется, вызывая сгорание природного газа. Двухтопливный двигатель может работать на 100% дизельном топливе или смеси дизельного и природного газа, обеспечивая такую ​​же удельную мощность, кривую крутящего момента и переходную характеристику, что и базовый дизельный двигатель. Преимущества двухтопливных двигателей На рынке нефти и газа топливо составляет один из самых крупных вкладов в общие эксплуатационные расходы.Двигатели Cummins Dual Fuel позволяют значительно сократить эти расходы. Быстрое расширение и обилие природного газа в некоторых регионах мира дает значительное преимущество в стоимости. Интегрированные элементы управления Cummins Dual Fuel QSK50 оптимизируют скорость замены в зависимости от условий эксплуатации, обеспечивая плавный и автоматический переход между дизельным топливом и двухтопливным режимом. Возможность работать на 100-процентном дизельном топливе или в двухтопливном режиме обеспечивает гибкость в зависимости от наличия природного газа на местном уровне. Общие сведения о скорости замены Критическим параметром для работы на двух видах топлива является коэффициент замещения — доля от общей топливной энергии, обеспечиваемая природным газом. Максимальная степень замещения 70 процентов может быть достигнута с помощью Cummins Dual Fuel для применений с высокими коэффициентами нагрузки. На этом рисунке показана скорость замещения в рабочем диапазоне для типичного приложения для обслуживания скважин. Золотая середина — это место, где достигается самый высокий уровень замещения, обеспечивающий наибольшее снижение затрат на топливо. Топливо и выбросы Существует гибкость в отношении качества газа, используемого оператором. Оператор может работать на более дешевом газе более низкого качества с более низким коэффициентом замещения или использовать более качественное топливо по несколько более высокой цене с более высоким коэффициентом замещения. В Соединенных Штатах двухтопливные двигатели должны соответствовать применимым нормам выбросов с воспламенением от сжатия. No related posts. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт