Газорозподільний механізм
Газорозподільний механізм забезпечує своєчасне відкривання і закривання клапанів двигуна, завдяки чому циліндри наповнюються свіжим повітрям, а відпрацьовані гази повністю видаляються після згоряння палива.
Призначення газорозподільного механізму
Газорозподільний механізм (ГРМ) є одним із найважливіших механізмів двигуна внутрішнього згоряння. Його основне завдання полягає в тому, щоб у потрібний момент відкривати та закривати впускні й випускні клапани. Завдяки цьому до циліндрів своєчасно надходить свіже повітря, а продукти згоряння ефективно видаляються після завершення робочого ходу.
Робота ГРМ повинна бути точно узгоджена з переміщенням поршнів. Навіть незначне порушення моментів відкривання або закривання клапанів призводить до погіршення наповнення циліндрів, зниження потужності двигуна, збільшення витрати палива та нестійкої роботи.
Основне призначення
Забезпечувати своєчасний впуск свіжого повітря в циліндри та випуск відпрацьованих газів відповідно до робочого циклу двигуна.
Чому це важливо?
Правильна робота газорозподільного механізму забезпечує повне наповнення циліндрів повітрям, якісне очищення їх від відпрацьованих газів, високу потужність, економічність і довговічність двигуна.
Загальна будова газорозподільного механізму
Незважаючи на різноманітність конструкцій сучасних двигунів, принципова будова газорозподільного механізму залишається однаковою. Він складається з деталей, які приводять у рух клапани, а також із самих клапанів, що відкривають і закривають впускні та випускні канали головки блока циліндрів.
Будова газорозподільного механізму
а – схема роботи; б - будова; 1 – клапан; 2 – втулка; 3 – пружини; 4 - коромисло; 5 - регулювальний гвинт; 6 – штанга; 7 – штовхач; 8 – кулачок; 9 - вісь коромисел; 10 – стійка осі; 11 – контргайка; 12 - сухар; 13 – тарілка; 14 - стопорне кільце; 15 – розподільчий вал; 16 – кулачки випускних клапанів; 17 – шийка; 18 – шестерня.
Розподільний вал
За допомогою кулачків керує відкриванням і закриванням клапанів у визначеній послідовності відповідно до порядку роботи циліндрів.
Клапанний механізм
Складається з деталей, які передають зусилля від кулачків розподільного вала до клапанів і забезпечують їх надійне закривання після завершення відкривання.
На більшості тракторних дизелів застосовується верхньоклапанний газорозподільний механізм. У такій конструкції клапани розміщені в головці блока циліндрів, що забезпечує краще наповнення циліндрів повітрям, ефективніше очищення їх від відпрацьованих газів та покращує економічні показники двигуна.
Принцип роботи газорозподільного механізму
Робота газорозподільного механізму тісно пов'язана з робочим циклом двигуна. Під час кожного такту клапани займають певне положення, забезпечуючи надходження повітря до циліндрів або випуск відпрацьованих газів. Для нормальної роботи двигуна відкривання й закривання клапанів повинно відбуватися у строго визначені моменти.
| Такт | Положення клапанів | Що відбувається |
|---|---|---|
| Впуск | Відкритий впускний клапан | Поршень рухається донизу, у циліндр надходить свіже повітря. |
| Стискання | Обидва клапани закриті | Повітря стискується, створюються умови для впорскування палива та його самозаймання. |
| Робочий хід | Обидва клапани закриті | Гази, що утворилися внаслідок згоряння палива, тиснуть на поршень і виконують корисну роботу. |
| Випуск | Відкритий випускний клапан | Поршень рухається вгору, витісняючи відпрацьовані гази з циліндра. |
Після завершення випуску робочий цикл повторюється. Саме завдяки чіткій роботі газорозподільного механізму кожен такт відбувається в потрібній послідовності, а двигун працює рівномірно та розвиває необхідну потужність.
Узгодженість роботи КШМ і ГРМ
Газорозподільний механізм не працює самостійно. Його дія повинна бути повністю узгоджена з роботою кривошипно-шатунного механізму. Положення клапанів у кожний момент визначається положенням поршня в циліндрі та тактом робочого циклу.
Кривошипно-шатунний механізм
Забезпечує переміщення поршня між верхньою та нижньою мертвими точками й перетворює його зворотно-поступальний рух на обертання колінчастого вала.
Газорозподільний механізм
Керує відкриванням і закриванням клапанів відповідно до положення поршня, забезпечуючи правильний перебіг усіх тактів робочого циклу.
| Такт робочого циклу | Стан клапанів |
|---|---|
| Такт впуску | Відкритий впускний клапан |
| Такт стискання | Обидва клапани закриті |
| Робочий хід | Обидва клапани закриті |
| Такт випуску | Відкритий випускний клапан |
Якщо синхронність роботи цих механізмів порушується, двигун починає працювати нестабільно, втрачає потужність, збільшується витрата палива, а в окремих випадках можливе навіть зіткнення клапанів із поршнями.
Чому розподільний вал обертається удвічі повільніше?
Колінчастий вал
За один повний робочий цикл здійснює два повних оберти (720°), забезпечуючи виконання всіх чотирьох тактів двигуна.
Розподільний вал
За цей самий час здійснює лише один оберт (360°), що забезпечує одноразове відкривання кожного впускного та випускного клапана протягом робочого циклу.
Таке співвідношення швидкостей обертання забезпечується передачею між колінчастим і розподільним валами. У більшості тракторних двигунів застосовується шестеренчастий привід, у якому шестерня розподільного вала має приблизно удвічі більше зубців, ніж шестерня колінчастого вала.
Фази газорозподілу
На перший погляд може здатися, що впускний клапан повинен відкриватися точно тоді, коли поршень починає рухатися вниз, а випускний — лише після завершення робочого ходу. Насправді це не так. Через значну швидкість руху повітря та відпрацьованих газів клапани відкриваються і закриваються трохи раніше або пізніше проходження поршнем мертвих точок.
Кути повороту колінчастого вала, що визначають моменти відкривання та закривання клапанів, називають фазами газорозподілу. Вони підбираються конструкторами таким чином, щоб забезпечити найкраще наповнення циліндрів свіжим повітрям і максимально повне очищення їх від відпрацьованих газів.
Діаграма фаз газорозподілу
Діаграма фаз газорозподілу показує, у які моменти повороту колінчастого вала відкриваються і закриваються впускний та випускний клапани.
Основні параметри діаграми позначені грецькими літерами:
- α — кут випередження відкриття впускного клапана до приходу поршня у верхню мертву точку;
- β — кут запізнення закриття впускного клапана після проходження поршнем нижньої мертвої точки;
- δ — кут випередження відкриття випускного клапана до досягнення поршнем нижньої мертвої точки;
- γ — кут запізнення закриття випускного клапана після проходження поршнем верхньої мертвої точки;
- θ — кут випередження впорскування палива форсункою до досягнення поршнем верхньої мертвої точки в кінці стиснення.
Значення кутів α, β, γ, δ і θ можуть відрізнятися залежно від моделі двигуна. Для кожного двигуна їх установлює завод-виробник під час проєктування газорозподільного механізму.
Раннє відкривання
Клапан починає відкриватися ще до досягнення поршнем мертвої точки. Це дає змогу потоку повітря або відпрацьованих газів розпочати рух без затримки.
Пізнє закривання
Після проходження поршнем мертвої точки потік газів ще має значну швидкість. Тому клапан закривається із запізненням, використовуючи інерцію потоку для покращення наповнення або очищення циліндра.
| Фаза | Призначення |
|---|---|
| Раннє відкривання впускного клапана | Забезпечує своєчасний початок надходження повітря до циліндра. |
| Пізнє закривання впускного клапана | Покращує наповнення циліндра за рахунок інерції потоку повітря. |
| Раннє відкривання випускного клапана | Дає змогу розпочати випуск газів ще до завершення робочого ходу та зменшує тиск у циліндрі. |
| Пізнє закривання випускного клапана | Забезпечує більш повне очищення циліндра від відпрацьованих газів. |
Перекриття клапанів
Наприкінці такту випуску і на початку такту впуску існує короткий проміжок часу, коли одночасно відкриті впускний і випускний клапани (α + γ). Це явище називають перекриттям клапанів.
Навіщо потрібне перекриття?
Потік відпрацьованих газів, який залишає циліндр, допомагає втягувати свіже повітря через відкритий впускний клапан. Завдяки цьому покращується очищення та наповнення циліндра.
Результат
Підвищується коефіцієнт наповнення, збільшується потужність двигуна, зменшується кількість залишкових газів і покращується економічність його роботи.
Запам'ятайте
| Основні висновки |
|---|
| Газорозподільний механізм працює не за геометричними положеннями поршня, а відповідно до оптимальних фаз газорозподілу. Саме завдяки ранньому відкриванню, запізненому закриванню клапанів і їх перекриттю двигун досягає високої потужності, економічності та повнішого очищення циліндрів. |
Навчальні відео
Будова та принцип роботи ГРМ
Перегляньте відео, щоб закріпити знання про будову газорозподільного механізму.
Робота ГРМ
Перегляньте відео, щоб побачити роботу клапанів клапанного механізму.
Інтерактивний тест для самоперевірки
Перевірте, наскільки добре ви засвоїли матеріал про призначення, загальну будову та принцип роботи газорозподільного механізму.
Реєстрація користувача
1. Яке основне призначення газорозподільного механізму?
2. Які клапани використовуються в газорозподільному механізмі більшості тракторних дизелів?
3. Скільки обертів колінчастого вала припадає на один робочий цикл чотиритактного двигуна?
4. Чому розподільний вал обертається удвічі повільніше за колінчастий?
5. Що називають фазами газорозподілу?
6. Для чого застосовують перекриття клапанів?
7. Які клапани закриті під час такту стискання?
8. Що забезпечує привід газорозподільного механізму?
9. Чому впускний клапан закривається після проходження поршнем НМТ?
10. До чого може призвести порушення фаз газорозподілу?
Студент: —
Заклад: —
Група: —
Результати тестування
Тема. Газорозподільний механізм
Правильних відповідей: 0 з 10