✅ Нижнеклапанный двигатель принцип работы – tractoramtz.ru

Распределительный вал газораспределительного механизма или «распредвал» отвечает за открытие и закрытие клапанов в четырехтактных двигателях внутреннего

Распределительный вал двигателя

Для стабильной работы двигателя внутреннего сгорания каждая его деталь играет важную функцию. Среди них – распределительный вал. Рассмотрим, какова его функция, какие неисправности встречаются, и в каких случаях он нуждается в замене.

Как это устроено

В тандеме с ГРМ работает пара валов: коленчатый и распределительный. Они должны двигаться синхронно, что гарантирует своевременное открытие и закрытие т.н. впускных и выпускных клапанов на некоторый промежуток времени. Нет смысла рассматривать работу механизма, не изучив рабочий цикл двигателя. Вот как это реализовано технически:

  • Посредством привода крутящий момент передается от коленчатого вала к распределительному;
  • Кулачок распределительного вала входит в контакт с толкателем и нажимает на него;
  • Одновременно с этим клапан начинает свое перемещение внутрь камеры сгорания, давая топливовоздушной смеси проникнуть внутрь или же выйти отработавшим газам;
  • Кулачок прекращает нажимать на толкатель и пружина возвращает клапан на место.

На протяжении одного рабочего цикла происходит попеременное открытие клапанов в каждом из цилиндров. Порядок открытия зависит от схемы работы и типа двигателя. К примеру, если реализована схема 1-3-4-2, то одновременно будут открыты впускные клапаны в первом цилиндре, а в четвертом только выпускные, тем временем как во втором и третьем клапаны продолжать перекрывать цилиндры.

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. ehlementy-grm.jpg

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.

Как устроены двигатели?

Нижневальный двигатель. Распределительный вал расположен внизу блока цилиндров, и связан с коленчатым валом двумя шестернями. Соотношение тут такое же, как и у верхневальных, 1:2, поэтому распределительный вал вращается со скоростью в два раза меньшей, чем коленчатый. Распределительный вал двигает штанги толкателей клапанов, а те в свою очередь двигают клапаны.
Верхневальный двигатель. Распределительный вал расположен сверху, в головке блока цилиндров. Приводится в действие цепью или ремнем. Распределительный вал напрямую двигает толкатели клапанов. При использовании двух распределительных валов каждый цилиндр получает не два, а четыре клапана, что увеличивает скорость наполнения и освобождения цилиндров, а значит, уменьшает потери мощности. Толкатели клапанов легче, поэтому могут работать на более высоких скоростях, что так же увеличивает мощность двигателя.

Принцип действия газораспределительного механизма

Весь рабочий процесс газораспределительного механизма основан на синхронном движении двух валов – коленчатого и распределительного. При этом синхронность движений обеспечивает своевременное открывание клапанов впуска/выпуска на моторных цилиндрах.

При совершении вращательных движений распредвала кулачки наступают на рычаги, которые в свою очередь воздействуют на клапанные стержни, что способствует открытию нужных клапанов.

На следующем повороте распредвала кулачки отталкиваются от рычагов, которые занимают исходные позиции, тем самым закрывая клапаны.

Функции распредвала

Распредвал – элемент ГРМ (газораспределительного механизма). Он определяет порядок тактов мотора и синхронизирует открывание/закрывание клапанов, которые подают в цилиндры воздушно-топливную смесь и отводят отработанные газы.

Газораспределительный механизм работает по следующему принципу. В момент запуска двигателя стартер проворачивает коленчаты й вал . Распредвал приводится в движение при помощи цепи или ремня, посаженного на шкив коленвала. В цилиндре открывается впускной клапан, и в камеру сгорания поступает смесь бензина и воздуха. В этот же момент датчик коленвала подает импульс на катушку зажигания. В ней генерируется разряд, который идет на свечу зажигания .

К моменту, когда появляется искра, оба клапана в цилиндре закрыты, а топливная смесь сжата. Во время возгорания образуется энергия, и поршень перемещается вниз. Так коленвал проворачивается и приводит в движение распределительный вал. В этот момент он открывает выпускной клапан, через который выходят отработанные в процессе горения газы.

Распредвал всегда открывает нужный клапан на конкретный промежуток времени и на стандартную высоту. Благодаря своей форме этот элемент обеспечивает стабильный цикл смены тактов в моторе.

Подробно о фазах открытия и закрытия клапанов, а также об их настройках, показано в данном видео:

В зависимости от модификации двигателя в нем может стоять один или несколько распредвалов. В большинстве автомобилей эта деталь размещена в головке блока цилиндров. Она приводится в движение за счет вращения коленчатого вала. Эти два элемента соединяются при помощи ремня или цепи ГРМ.

Чаще всего одним распредвалом оснащены двс с рядным расположением цилиндров. Большинство таких двигателей имеет по два клапана на цилиндр (один впускной, а другой выпускной). Встречаются также модификации с тремя клапанами на цилиндр (два на впуск, один на выпуск). Двумя валами чаще комплектуются двигатели, в которых на один цилиндр приходится по 4 клапана. В оппозитных двс и с V-образной формой тоже устанавливается два распределительных вала.

Моторы с одним валом ГРМ имеют простую конструкцию, что приводит к снижению стоимости агрегата в процессе изготовления. Такие модификации легче обслуживать. Их всегда устанавливают на бюджетные автомобили.

На более дорогих модификациях двигателей некоторые производители устанавливают второй вал для снятия нагрузки на вал и в некоторых моделях ДВС для обеспечения сдвига фаз распределения газов. Чаще всего такая система встречается в автомобилях, которые должны отличаться спортивными характеристиками.

Распредвал всегда открывает клапан на конкретный промежуток времени. Чтобы улучшить эффективность мотора на повышенных оборотах, необходимо изменить этот интервал (двигателю нужно больше воздуха). Но при стандартной настройке газораспределительного механизма при повышенных оборотах коленвала впускной клапан закрывается раньше, чем в камеру поступит нужный объем воздуха.

В то же время, если установить спортивный распредвал (кулачки на дольше открывают впускные клапаны), на низких оборотах двигателя есть большая вероятность, что впускной клапан откроется еще до того, как закроется выпускной. Из-за этого часть смеси попадет в выхлопную систему. Как результат – потеря мощности на низких скоростях и повышение токсичности выхлопов.

Самая простая схема для достижения такого эффекта – установить распредвал с функцией проворачивания на определенный угол относительно коленвала. Этот механизм позволяет осуществить раннее и позднее закрытие/открытие впускных и выпускных клапанов. На оборотах до 3500 он будет находиться в одном положении, а когда этот порог преодолевается, вал немного проворачивается.

На сегодняшний день с целью повышения производительности силовых агрегатов разрабатываются электромагнитные и пневматические бескулачковые системы газораспределения. Пока такие модификации очень дорогие в производстве и обслуживании, поэтому их еще не устанавливают на серийные автомобили.

Помимо распределения тактов двигателя данная деталь приводит в движение дополнительное оборудование (зависит от модификации мотора), например, масляный и топливный насосы, а также вал трамблера.

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.

За что отвечает датчик распредвала

В двигателях с карбюратором к распредвалу подсоединяется трамблер, который определяет, какая фаза выполняется в первом цилиндре – впуск или выпуск.

В инжекторных ДВС трамблера нет, поэтому за определение фаз первого цилиндра отвечает датчик положения распредвала. Его задача не идентична функционалу датчика коленвала. За один полный оборот вала ГРМ коленвал провернется вокруг оси дважды.

ДПКВ фиксирует ВМТ поршня первого цилиндра и подает импульс на формирование разряда для свечи зажигания. ДПРВ подает сигнал на ЭБУ, в какой момент нужно подать топливо и искру в первый цилиндр. Циклы в остальных цилиндрах происходят поочередно в зависимости от конструкции двигателя.

Датчик распредвала состоит из магнита и полупроводника. На валу ГРМ в районе установки датчика имеется репер (небольшой металлический зуб). Во время вращения этот элемент проходит мимо датчика, благодаря чему магнитное поле в нем замыкается и образуется импульс, идущий на ЭБУ.

Электронный блок управления фиксирует скорость импульсов. По ним он ориентируется, когда в первом цилиндре выполнить подачу и воспламенение топливной смеси. В случае установки двух валов (один на такт впуска, а другой – выпуска), будут установлены по датчику на каждом из них.

Что произойдет, если датчик выйдет из строя? Этому вопросу посвящено данное видео:

Если мотор оснащен системой смещения фаз газораспределения, то от частоты импульсов ЭБУ определяет, в какой момент нужно выполнить задержку открытия/закрытия клапанов. В этом случае двигатель будет оснащен дополнительным устройством – фазовращателем (или гидроуправляемой муфтой), которое проворачивает распредвал для изменения времени открытия. Если датчик Холла (или распредвала) неисправен, то фазы газораспределения не будут меняться.

Принцип работы ДПРВ в дизелях отличается от применения в бензиновых аналогах. В этом случае он фиксирует положение всех поршней в верхней мертвой точке в момент сжатия топливной смеси. Это позволяет точнее определить положение распредвала относительно коленвалу, что стабилизирует работу дизеля и облегчает его запуск.

В конструкцию таких датчиков добавлены дополнительные реперы, положение которых на задающем диске соответствует наклону конкретного клапана в отдельном цилиндре. Устройство таких элементов может отличаться в зависимости от фирменных разработок разных производителей.

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.
zamena-remnya-grm.jpg
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.
natyazhenie-remnya-grm.jpg
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.

Нижнеклапанный. дизель?!

Пояснение: автор не является профессиональным мотористом, но автор есмь системотехник-самоучка, то есть
приучился смотреть на проблему в комплексе, а не изучать глубоко отдельные аспекты, подобно тем слепцам из
притчи про слона
.

Для начала ролик, в котором мой ровесник (1965 года) дизелёк Ruston 1WB весело качает воду:

[ Кому стало интересно — прошу под спойлер ]
Да, одна из родовых болезней ГРМ с нижним расположением клапанов — очень трудно получить высокую степень сжатия.
Ибо делаем больше клапана — растёт объём камеры сгорания и падает та самая СС.
Делаем клапана меньше диаметром — ужимается сечение каналов газообмена, соответственно падает мощность.
Можно ещё сделать двигатель очень длинноходным — получим увеличение нагрузки на детали КШМ и в лучшем случае рост
механических потерь. И вес совсем уже неприлично вырастет.
Из известных мне классических SV (sidevalve) двигателей самый «зажатый» — это D-motor LF26 с геометрической СС 8:1 и
объёмом 2,7 литра. Несмотря на внушительный объём установочная масса движка без учёта жидкости и батарейки, но с генератором и стартёром составляет всего 58 кг! Очень и очень недурно.

Но это же не дизель!
Угу. Для работы на тяжёлом топливе его надо зверски наддуть (атмосферы 2 минимум).
Или ставить свечу накаливания — получится недурной полудизель.

Где нижнеклапанный дизель, трах-тибидох!? — возопит выведенный из себя велеречивостью автора читатель.

Одноклапанный и нижнеклапанный дизель от фирмы Averican Diesel!
644181_original.jpg

Оно же схематично и с пояснениями:
644411_original.jpg

Ну и вид сверху схематично:
644629_original.jpg
Кроме American Diesel одноклапанными конструкциями тогда баловались многие, даже авиамоторы были с одним клапаном,
правда почему-то с верхним.
Естественно с внутренним смесеобразованием, дабы не раскидывать топливо мимо цилиндров.
С дизелем Packard DR-980 в 1931 году самолётик Bellanca CH-300 Pacemaker продержался в воздухе без дозаправки 84 часа
33 минуты. Рекорд был побит только в 1986 году «Вояджером» Берта Рутана. Имеется ввиду рекорд продолжительности,
а не дальности полёта.

Плюшки у этой конструкции следующие:
1. Деталей ГРМ вдвое меньше.
2. Клапану работается легче, его воздухом на впуске охлаждает, а не только выхлопом жарит.
3. Можно устроить нижнеклапанный дизель 🙂

Минусы одноклапанников:
1. Прикрутить к нему глушитель с трудом ещё можно, а вот турбину уже нет.
2. Приводной нагнетатель тоже не поставишь.
3. Ну не в тренде это нынче! Сейчас в моде миниатюрные истеричные жужжалки, а не почтенные надёжные низкооборотные
моторы.

А как с малого объёма мощу снять? Правильно! 4 клапана на цилиндр, верхние распредвалы (инерцию снизить, обороты задрать) и турбонаддув вкрячить.
Получаем аццки перефорсированные капризные моторчики, что и требуется произвредителю.
Главное чтоб гарантийный срок отбегали, а там чем раньше подохнут — тем лучше.

(автор ностальгически рыдает, вспоминая гениальный тойотовский дизель 1HZ, один из последних настоящих моторов)

Что радует: в России нашлась умная голова и налог берут с мощности, а не с объёма. Спасибо тебе, неизвестный чиновник!

Одно из преимуществ «плоскоголовых» (flathead) движков — малое лобовое сечение даже при оппозитной или звездообразной
компоновке.
Но кому оно надо? Только в малой авиации, однако товарищи авиастроители будут и дальше покупать импортные движки по
негуманным ценам, поскольку отбить затраты на разработку и производственную оснастку при наших объёмах строительства
мелких летательных аппаратов нереально.

Эх, недурно смотрелся бы нижнеодноклапанный дизель на мотодельте или двух-трёхместном самолётике!
Особенно если задавить в разработчиках гнусную гидру перфекционизма, которая вездессуща и многогадяща еси.
Присутствует тварь практически в любой отечественной конструкторской деятельности, а уж если изобретатель затесался.
Насмотрелся я в своё время на такое. И не только насмотрелся, но и наборолся.
Теперь очень хорошо понимаю, почему некоторых товарищей с излишне буйной фантазией в своё время к стенке прислонили.

Да, скоро будут ещё истории про поршневые моторы не совсем обычных конструкций.

Типы размещения распредвала в двигателе

В зависимости от типа двигателя в нем может находиться один, два и даже четыре вала газораспределительного механизма. Чтобы легче было определить тип ГРМ, на крышку головки блока цилиндров наносится следующая маркировка:

  • SOHC. Это будет рядный или V-образный мотор с двумя или тремя клапанами на один цилиндр. В нем распредвал будет один на ряд. На его стержне имеются кулачки, управляющие фазой впуска, а немного смещенные – отвечающие за фазу выпуска. В случае моторов, выполненных в форме V, таких валов будет два (по одному на ряд цилиндров) или один (помещается в развал между рядами).
  • DOHC. Эта система отличается от предыдущей наличием двух распредвалов на один ряд цилиндров. В этом случае каждый из них будет отвечать за отдельную фазу: один – за впуск, а другой – за выпуск. На однорядных моторах валов ГРМ будет два, а на V-образных – четыре. Такая технология позволяет уменьшить нагрузку на вал, что увеличивает его ресурс.

Газораспределительные механизмы также отличаются по размещению валов:

  • Боковое (или нижнее). Это старая технология, которая использовалась в карбюраторных моторах. Среди преимуществ такого типа – простота смазки движущихся элементов (размещается прямо в картере двигателя). Основной недостаток – сложность обслуживания и замены. В этом случае кулачки давят на толкатели коромысла, а те передают движение на сам клапан.
  • Верхнее. Такая конструкция ГРМ используется в современных моторах. Этот узел легче обслуживать и ремонтировать. Один из недостатков – сложная система смазки. Масляный насос должен создавать стабильное давление, поэтому необходимо пристально следить за интервалами замены масла и фильтра (о том, на что ориентироваться, определяя регламент таких работ, рассказывается здесь ). Такое устройство позволяет использовать меньше дополнительных деталей. В этом случае кулачки воздействуют непосредственно на толкатели клапанов.

Другие статьи

#Бачок ГЦС

Бачок ГЦС: надежная работа гидропривода сцепления

14.10.2020 | Статьи о запасных частях

Многие современные автомобили, особенно грузовые, оснащаются гидравлическим приводом выключения сцепления. Достаточный запас жидкости для работы главного цилиндра сцепления хранится в специальном бачке. Все о бачках ГЦС, их типах и конструкции, а также о выборе и замене этих деталей читайте в статье.

Добавить в

Без категории (16) Купить оптом (23) Для МихМихалыча (123)

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...