Фазы газораспределения.
Для повышения надежности выпускных клапанов применяют механизмы для их вращения. При этом устраняется возможность образования нагара на рабочей фаске выпускного клапана. Во время работы выпускной клапан принудительно поворачивается специальным механизмом (рис. 43), корпус которого расположен в головке блока. В корпусе 2 по окружности расположено пять наклонных углублений для шариков 3 с возвратными пружинами 10. На верхнюю часть корпуса надеты с зазором дисковая пружина 9 и опорная шайба 4. Пружина б клапана одним концом опирается на тарелку 7, а другим — на опорную шайбу 4. Если клапан закрыт, то усилие пружины через шайбу передается дисковой пружине 9 и шарикам З. Внутренней кромкой дисковая пружина опирается на заплечики корпуса, а на е наружную кромку действует пружина б клапана через опорную шайбу 4.
При открытии клапана пружина б сжимается, и сила, передаваемая дисковой пружине 9, возрастает. Пружина 9 распрямляется, и между е внутренней кромкой и заплечиками корпуса проявляется зазор. После выпрямления дисковой пружины на шарики передается усилие двух пружин. Шарики, перекатываясь по наклонным углублениям корпуса, сжимают возвратные пружины 10, поворачивая (вследствие трения) дисковую пружину вместе с опорной шайбой, которая, в свою очередь, вызывает поворот пружины б одновременно с клапаном. Во время закрытия клапана пружина б распрямляется, давление уменьшается и прогиб дисковой пружины 9 возрастает. Дисковая пружина 9 внутренней кромкой снова опирается на заплечики корпуса и освобождает шарики, возвращающиеся в исходное положение под действием возвратных пружин 10.
При рассмотрении рабочих циклов двигателей условно было принято, что открытие и закрытие клапанов происходит в момент нахождения поршня соответственно в ВМТ или в НМТ. В действительности моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положением поршней в мертвых точках. Клапаны открываются и закрываются с некоторым, иногда очень значительным, опережением или запаздыванием, что необходимо для улучшения наполнения цилиндров чистым воздухом (дизели) или горючей смесью (карбюраторные двигатели) и лучшей очистки их от отработавших газов. Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала по отношению к соответствующим мертвым точкам, называют фазами газораспределения и изображают в виде круговых диаграмм (рис. 44).
Рис. 44 - Диаграммы фаз газораспределения:
а — общая четырехтактного двигателя; б — двигателя автомобиля ЗИЛ-l30; в — дизеля КамАЗ-740; 1-2 — фаза впуска; 3-4 — фаза выпуска; О — центр вращения вала.
Рассмотрим общую диаграмму фаз газораспределения четырехтактного двигателя (рис. 44, а). Впускной клапан открывается (точка 1) с опережением (угол а), т.е. до прихода кривошипа коленчатого вала и поршня в ВМТ. Вследствие этого в начале движения поршня вниз впускной клапан будет уже открыт на значительную величину, и наполнение цилиндра (вследствие разрежения) воздухом или горючей смесью улучшается. Закрывается впускной клапан (точка 2) с запаздыванием (угол о), т.е. кривошип вала и поршень проходят НМТ, поднимаются верх, совершая такт сжатия, а клапан в это время еще открыт, и горючая смесь или воздух по инерции заполняют цилиндр.
Выпускной клапан открывается (точка 3) до прихода кривошипа коленчатого вала и поршня в НМТ, т.е. с опережением (угол у). Поршень движется вниз, а отработавшие газы уже начинают выходить из цилиндра, так как давление в нем больше атмосферного. Поэтому при движении поршня верх, во время такта выпуска, меньше затрачивается работы на удаление отработавших газов из цилиндра двигателя. Закрытие выпускного клапана (точка 4) происходит с запаздыванием (угол ~) — после перехода кривошипом вала и поршнем ВМТ. В этом случае используется отсасывающее действие потока газов в выпускном трубопроводе.
Таким образом, в результате открытия выпускного клапана с опережением и закрытия его с запаздыванием улучшается очистка цилиндра от отработавших газов. Анализируя диаграмму, видим, что в течение некоторого времени, за которое коленчатый вал поворачивается на угол, равный суме углов, открыты оба клапана — впускной и выпускной. Этот период называют перекрытием клапанов.
Для правильной установки фаз газораспределения распределительные зубчатые колеса двигателя необходимо точно соединять по меткам.
Фазы газораспределения некоторых отечественных двигателей приведены в табл. 6. Указанные фазы газораспределения являются расчетными и действительны при соответствующих зазорах между стержнем клапана и бойком коромысла или между стержнем клапана и регулировочным болтом толкателя. Для двигателя автомобиля Г АЗ-53А этот зазор равен 0,35 м, а для автомобиля ЗИЛ-1ЗО он составляет 0,30 м.
Таблица 6. Фазы газораспределения некоторых отечественных двигателей.
С увеличением частоты вращения коленчатого вала (быстроходные двигатели) фазы газораспределения расширяются, так как поршни перемещаются быстрее и остается меньше времени на наполнение цилиндров чистым воздухом или горючей смесью.