План лекции:

1.​Назначение механизма газораспределения дизеля.

 2. Состав механизма газораспределения четырёхтактного дизеля.

3.Круговая диаграмма четырехтактного ди­зеля.

4.Системы продувки двухтактных дизелей.

1.​Назначение механизма газораспределения дизеля.

Механизм газораспределения служит для управления процессами впуска воздуха в цилиндр и выпуска отработавших газов. Состоит из впускных и выпускных органов газораспределения и их приводов.

В четырехтактных дизелях применяют клапанное газораспределение. Клапанный механизм газораспределения состоит (рис. 1, а) из клапанов 1, расположенных в направляющих втулках 2 и удерживаемых в закрытом состоянии пружинами 3, распределительного вала 9, толкателя 8, штанги 7 и клапанного рычага (коромысла). Привод распределительного вала - шестеренный (рис. 1, а).

Механизм газораспределения действует путем вращения коленчатого вала двигателя, на конце которого посажена шестерня 11. Она приводит в движение шестерню 12, а та вращает шестерню 10 распределительного вала. При вращении распределительного вала его кулачок поднимает толкатель 8, который воздействует на штангу 7, поднимающую правое плечо коромысла 4, заставляя его немного повернуться вокруг оси и левым концом открыть клапан 1. Когда выступ кулачка распределительного вала выйдет из-под толкателя, давление на клапан прекращается и он под воздействием пружины 3 становится на место и закрывает отверстие в крышке цилиндра.

Во время работы двигателя клапаны нагреваются и, следовательно, расширяются, т. е. увеличиваются в длину. Для компенсации этого расширения между торцом стержня каждого клапана и коромыслом должен быть некоторый зазор «А»: меньший для впускного клапана и больший для выпускного (более сильно нагревающегося). Требуемую величину зазора устанавливают регулировочным винтом 6, закрепляемым контргайкой 5. При завинчивании винта 6, нижний конец которого упирается в штангу, правое плечо клапанного рычага будет подниматься, а зазор «А» уменьшаться; при вывинчивании — наоборот. Номинальное значение зазора находится в пределах от 0,2 до 0,55 мм.

Для осуществления в двигателях рабочих циклов, непрерывно следующих один за другим, необходимо в определенные моменты подавать в рабочий цилиндр свежий заряд и удалять из него отработавшие газы.

2. Состав механизма газораспределения четырёхтактного дизеля.

Эти функции выполняют органы газораспределения. В четырехтактных двигателях газораспре­деление состоит из клапанов (впуск­ных и выпускных), клапанных рыча­гов и толкателей, распределительного вала с сидящими на нем кулачковыми шайбами, передаточных зубчатых колес и промежуточных валов. Общее понятие о работе клапанов было дано выше. Они работают в условиях периодической ударной нагрузки, а также высоких темпера­тур (особенно выпускные клапаны). Поэтому обычно клапаны отковыва­ются из высококачественной жаро­упорной стали (хромоникелевой, вольфрамовой, ванадиевой и др.).

Впускной клапан в собранном виде, вставленный в цилиндровую крышку. Он состоит из корпуса 11 с направляющей втулкой 4, штока 3 с тарел­кой 1, гнезда 13 и пружины 10. При такой конструкции клапан в соб­ранном виде вставляется в отверстие крышки 12 и крепится к ней при помощи фланца и шпилек.

Клапаны открываются внутрь рабочих цилиндров. Этим дости­гается большая плотность клапанов, прижимаемых рабочими газами. Гнезда для возможности замены в случае коробления иногда выполняют отдельно от корпуса клапана. Съемное гнездо прижи­мается корпусом к кольцевому выступу крышки цилиндра.

Выпускной клапан по своей конструкции мало чем обличается от впускного. Высокая температура отработавших газов, с которыми соприкасается выпускной клапан, вызывает коробление тарелки с плоским основанием. Поэтому нижнее основание выхлопного кла­пана выполняется утолщенным посредине с утонением к краям. Обычно в цилиндре устанавливаются два клапана — впускной и выпускной. У быстроходных двигателей устанавливаются для увеличения суммарного проходного сечения обычно по два впускных и выпускных клапана. В некоторых двигателях клапаны попеременно служат для впуска и выпуска. Это хотя и усложняет конструкцию клапанов и их привод, но облегчает условия работы клапанов вслед­ствие периодического охлаждения их засасываемым воздухом; кроме того, обдуваемое гнездо очищается от нагара.

3.Круговая диаграмма четырехтактного ди­зеля.

Для нормальной работы дви­гателя моменты открытия и за­крытия клапанов, окон, дей­ствия приборов зажигания или топливо подач и, иначе — фазы газораспределения, устанавливают таким образом, чтобы обеспечить наилучшую очистку цилиндра от продуктов сгорания и наиболее полное за­полнение его свежим зарядом. Взаимосвязь между фазами (мо­ментами) газораспределения обычно для наглядности изображается спирально построенной круговой диаграммой. Она представляет собой графи­ческое изображение пути оси шейки мотыля с показом тех положений радиуса мотыля, ко­торыми характеризуются фазы газораспределения. Отсчет уг­лов поворота мотыля производят от или до ближайшей мертвой точки.

На фиг. 99 дана круговая диаграмма четырехтактного ди­зеля.

а) Открытие впускного кла­пана (О. вп.) устанавливают с опережением, т. е. до прихода поршня в в.м.т. Это делается для того, чтобы к началу хода поршня вниз клапан был уже достаточно открыт и не создавал боль­шого сопротивления проходу всасываемого воздуха. На круговой диаграмме видно, что начало впуска воздуха совпадает с концом выпуска отработавших газов, при котором, как говорилось, эти газы своей инерцией создают некоторое разрежение над поршнем. Поэтому начавший открываться еще до прихода поршня в в. м. т. впускной клапан создает условие для частичного подсоса воздуха, который несколько продувает пространство над поршнем, умень­шая количество остаточных газов, а следовательно, обеспечивая луч­шее наполнение цилиндра свежим воздухом.

Опережение впуска устанавливается от 5 до 30° пово­рота мотыля до в. м. т. (угол а на диаграмме).

б) Закрытие впускного клапана (3. вп.) делается с запаздыванием, т. е. после прохода поршнем н. м. т. Нужно это для того, чтобы к концу всасывающего хода поршня кла­пан был достаточно открыт и не создавал большого сопротивления проходу воздуха в цилиндр. По­мимо этого, к концу хода всасы­вания и в начале хода сжатия дав­ление в цилиндре продолжает быть меньше атмосферного, почему за­полнение цилиндра воздухом про­должается и тогда, когда поршень начнет уже двигаться вверх. Таким образом, при запаздывании закрытия впускного клапана в цилиндр может поступать дополни­тельная порция воздуха, чему также способствует инерция воздуха во всасывающей трубе. Угол запаздывания ? впускного клапана составляет 18—50° после н. м. т.

в) Подача форсункой распыленного топлива в цилиндр двигателя (О. Ф.) производится с опережением, т.е. дов.м.т., с учетом периода задержки воспламенения. Предварение начала впрыскивания регулируется с таким расчетом, чтобы сгорание развивалось к моменту прохода поршнем в.м.т. Слишком большое предварение впрыска может вызвать начало интенсивного сгорания ранее прихода поршня в в.м.т., что вызовет преждевременное резкое повышение давления, а чрезмерно малое предварение впрыска может вызвать слишком позднее начало сгорания, что снизит эффективность рабочего хода. Угол опережения впрыска ? топлива подбирается опытным путем и находится примерно в пределах 15—30° до в. м. т.

г) Открытие выпускного клапана (О. вып.) назначается до прихода поршня в н. м. т. Это опережение выпуска составляет ? ? = 40 ? 60° поворота мотыля до н.м.т. Делается это для того, чтобы к началу хода выпуска (с н.м.т.) давление в цилиндре успело почти урав­няться с атмосферным и открытие клапана уже было бы полным. Этим предотвращается создание слишком большого противодавления при выталкивающем ходе поршня. В конечном счете, опережение открытия выпускного клапана имеет целью уменьшить работу, затра­чиваемую па выталкивание отработавших газов из цилиндра.

д) Закрытие выпускного клапана (3. вып.) обычно делают с запаздыванием, т. е. после прохождения поршнем в. м. т. Это осуществляют для того, чтобы в конце выпуска открытие клапана было еще достаточным и не создавало большого сопротивления выпуску. Однако запаздывание закрытия является не столь важным, как опережение открытия выпускного клапана. Объясняется это тем, что к моменту прихода поршня в в. м. т. скорость его быстро замедляется, а газы в выхлопной трубе продолжают по инерции двигаться со столь большой скоростью, что в пространстве над поршнем может полу­читься даже разрежение; таким образом создаются благоприятные условия для очистки цилиндра от отработавших газов.

Угол запаздывания ? берется 0—25° после в.м.т. Закрывать выхлопной клапан ранее прихода поршня в в.м.т. нельзя, так как при этом получится сжатие остатках отработавших газов и они устре­мятся в открывающийся в это время впускной клапан.

Клапаны газораспределения получают движение от привода. Основной частью приводного механизма является распределительный вал, на котором закреплены шайбы с выступами — кулаки. Работа распределительного вала основана на периоди­ческом воздействии на клапаны посредством качающихся рычагов или толкающих штанг.

На рис. 103 дан один из вариантов взаимосвязи распределитель­ного вала с клапаном. При вращении распределительного вала 1 сидящий жестко па нем кулак 2 своим выступом 3 набегает на ролик 4 двуплечего рычага 5; вследствие этого ролик приподнимается, а другой конец рычага опускается на шток клапана и, преодолевая натяжение пружины 6, открывает клапан. При дальнейшем повороте распределительного вала ролик сходит с выступа кулака, правый конец рычага опустится, а левый поднимается, и под действием пру­жины клапан закроется. Ось рычага крепится в кронштейнах крышки цилиндра и смазывается через специальное отверстие.

Кулачки на распределительном валу должны устанавливаться соответственно расположению клапанов. Количество их для четырехтактных двигателей должно быть равным числу клапанов: впускных, выпускных, форсуночных (у компрессорных дизелей) и числу при­водов топливных насосов (у бескомпрессорных дизелей). Кулаки
(фиг. 102, а) на распределительный вал насаживаются на шпонках, а для предотвращения осевого смещения имеют установочные болты. Кулачки отковывают из малоуглеродистой стали и после механиче­ской обработки подвергают поверхностной закалке для повышения износоустойчивости.

В зависимости от расположения распределительного вала и конструкции двигателя передача движения к клапанам может осуществляться от рычагов или, при низком расположении распределитель­ного вала, от рычагов с толкателями (фиг. 103). Рычаги изготовляются из стали или чугуна и в сечении чаще всего имеют двутавровую форму.

Сам распределительный вал при­водится в движение от коленчатого вала различными способами в зави­симости от конструкции двигателя, его мощности, числа оборотов, места расположения распредели­тельного вала и пр. Чаще всего привод распределительного вала осуществляется посредством ше­стеренчатой передачи, размещен­ной в торцовой части двигателя. Недостатком шестеренчатой передачи яв­ляется значительный шум при работе. В крупных тихоходных двигателях при вы­соком расположении распределительного вала иногда применяется бесшумная передача движения роликовыми цепями; при этом для увеличения угла охвата звездочек цепью и натяжения ее при вытяжке требуется на­тяжное устройство.

4.Системы продувки двухтактных дизелей.

В двухтактных двигателях периоды выпуска отработавших газов и наполнения цилиндра зарядом свежего воздуха значительно короче (примерно в 3 раза меньше), чем в четырехтактных. Вытеснение отработавших газов из цилиндра потоком продувочного воздуха (а не поршнем, как в четырехтактных двигателях), имеющего высокую скорость, затрудняет качественную очистку и наполнение цилиндра.

Для наиболее полной очистки и наполнения рабочего цилиндра при минимальном расходе продувочного воздуха созданы разнообразные системы продувки. В зависимости от характера движения потоков воздуха в цилиндре применяемые системы продувки подразделяют на контурные и прямоточные.

В контурных системах выпускные 2 и продувочные 1 окна размещаются в нижней части цилиндра (рис. 2, а, б). Поток продувочного воздуха движется по контуру цилиндра сначала снизу вверх до крышки цилиндра, а затем в обратном направлении.

Основным преимуществом контурной системы продувки является относительная простота конструкции двигателя. Так, функции газораспределения выполняет поршень, реверс осуществляется относительно просто, что существенно для судовых двигателей, работающих непосредственно на гребной винт.

Рис. 2. Типы продувок двухтактных дизелей: а - с эксцентричным расположением окон; б - односторонняя петлевая; в - прямоточно-клапанная; г - прямоточная бесклапанная.

При контурной поперечно-щелевой системе продувки оси продувочных окон пересекаются в центре, смещенном от центра пересечений выпускных окон. При этом потоки воздуха, выходящие из крайних окон, создают подпор для струй, выходящих из средних окон, и заставляют продувочный воздух подниматься вверх и хорошо омывать пространство цилиндра возле крышки. Прямоточные системы продувки характеризуются движением газовоздушного потока в одном направлении. Выпускные и впускные устройства располагаются по концам цилиндра (рис. 2, в, г).

Качество очистки цилиндра при прямоточной системе продувки выше, чем при контурной.

В прямоточной клапанно-щелевой системе выпуск продуктов сгорания осуществляется через клапан 2, установленный в крышке цилиндра (см. рис. 2, в). Продувочный воздух поступает через окна 1, расположенные в нижней части по всей окружности цилиндра. При ходе поршня вниз за 70...85° до н.м.т. открывается клапан и начинается выпуск. При дальнейшем движении вниз поршень открывает продувочные окна — начинается продувка. Через 40...45° после н.м.т. выпускной клапан закрывается. Одновременно или несколько позже закрываются продувочные окна.

Для улучшения очистки цилиндра и повышения качества смесеобразования продувочные окна имеют тангенциальное направление (оси окна расположены по касательной к какой-то окружности), в результате чего потоки воздуха в цилиндре движутся по спирали, замещая вытесняемые продукты сгорания. При этом перемешивание продувочного воздуха с продуктами сгорания оказывается незначительным.

Продувочные окна1 имеют тангенциальное направление, что улучшает очистку и зарядку цилиндра. Выпускные окна 2 направлены радиально. Открываются и закрываются окна при движении поршней; при встречном движении их в цилиндре происходит сжатие воздуха, при расхождении — рабочий ход, при приближении к наружным мертвым точкам сначала открываются выпускные окна (происходит выпуск), затем продувочные (начинается продувка).

Фазы газораспределения двух­тактных двигателей могут также быть изображены на круговой диа­грамме. Они зависят от принятого типа продувки и расположения окон.

Контрольные вопросы:

1.​ Пояснить назначение газораспределительного механизма дизеля..

2.​ Пояснить схему клапанного газораспределения с верхним расположением распредвала.

3.​ Пояснить схему клапанного газораспределения с нижним расположением распредвала.

4.Дать понятие о конструкции шестерёнчатого привода распредвала ДВС.

4.​Определить содержание конструкции привода клапанов толкателями в ДВС .

5.Пояснить взаимосвязь фаз газораспределения на круговой диаграмме.

6.Пояснить фазы газораспределения двух­тактных двигателей.