Сили діючі в ГРМ.Основні параметри конструктивних елементів деталей ГРМ та їх визначення.

Газорозподільчий механізм. Призначення і пристрій ГРМ

Газорозподільний механізм (ГРМ) призначений для уприскування палива і випуску відпрацьованих газів в двигунах внутрішнього згоряння. Сам механізм газорозподілу ділиться на ніжнеклапанний, коли розподільний вал знаходиться в блоці циліндрів, і верхньоклапанний. Верхньоклапанний механізм передбачає перебування распредвала в головці блоку циліндрів (ГБЦ). Існують і альтернативні механізми газорозподілу, такі як гільзового система ГРМ, десмодромного система і механізм із змінними фазами.

Для двотактних двигунів механізм газорозподілу здійснюється за допомогою впускних і випускних вікон в циліндрі. Для чотиритактних двигунів найпоширеніша система верхньоклапанна

Пристрій газорозподільного механізму

Газорозподільний механізм складається з наступних елементів:

Розподільчий вал - виготовляється з чавуну або сталі - в завдання якого входить відкривання / закривання клапанів газорозподільного механізму при роботі циліндрів. Він монтується в картері, який перекриває кришка газорозподільного механізму, або в голівці блоку циліндра. При обертанні вала на циліндричних шийках відбувається вплив на клапан. На нього впливають кулачки, розташовані на розподільному валу. На кожен клапан впливає свій кулачок.

Штовхачі, виготовлені також з чавуну або сталі. В їх завдання входить передача зусилля від кулачків на клапани.

Клапани впускні і випускні. В їх завдання входить подача паливно-повітряне суміші в камеру згоряння і видалення відробіткової газів. Клапан вдає із себе стрижень з плоскою головкою. Основною відмінністю впускних і випускних клапанів є діаметр головки. Впускний складається зі сталі з хромованим покриттям, а випускний - з жароміцної сталі. Клапанний стрижень виготовляється у вигляді циліндра з канавкою, необхідної для фіксування пружини. Клапана рухаються тільки у напрямку до втулок. Щоб масло не попадало в камеру згоряння циліндра, виробляють установку ущільнювального ковпачка. Його виготовляють з маслостойкой гуми. На кожен клапан кріпляться внутрішня і зовнішня пружина, для кріплення використовують шайби, тарілки.

Штанги. Вони необхідні для передачі зусилля від штовхачів до коромисла.

Привід газорозподільного механізму.Він передає обертання коленвала на распредвал і тим самим призводить його в руху, причому рухається він зі швидкістю в 2 рази менше, ніж швидкість коленвала. На 2 обертання коленвала распредвал робить 1 обертання - це і називається робочим циклом, при якому відбувається 1 відкриття клапанів.

Схема пристрою ГРМ

Так улаштований ГРМ і загальна схема газорозподільного механізму. Тепер слід розібратися, який принцип роботи газорозподільного механізму.

Робота системи газорозподілу поділена на чотири фази:

Уприскування палива в камеру згоряння циліндра.

Стиснення.

Робочий хід.

Видалення газів з камери згоряння циліндра.

Розглянемо докладніше принцип дії газорозподільного механізму.

Подача палива в камеру згоряння циліндра відбувається за рахунок руху клонували, який передає своє зусилля на поршень і він починає руху з так званої ВМТ (це точка, вище якої поршень не піднімається) в НМТ (це точка, відповідно, нижче якої поршень не опускається). При цьому русі поршня одночасно відкривається впускний клапан і паливно-повітряна суміш заповнює камеру згоряння циліндра. Вприснувши належну кількість паливно-повітряної суміші клапан закривається. При цьому колінвал повертається на 180 градусів від свого початкового положення.

Стиснення. Дійшовши до НМТ поршень продовжує свій рух. Змінюючи свій напрямок в ВМТ, в цей момент в циліндрі і відбувається стиснення паливно-повітряної суміші. При підході поршня до вищої точки фаза стиснення закінчується. Колінчастий вал продовжує своє руху і повертається на 360 градусів. І на цьому фаза стиснення закінчена.

Робочий хід. Повітряно-паливна суміш запалюється свічок запалювання, коли поршень знаходиться в найвищій точці циліндра. При цьому досягається максимальний момент стиснення. Потім поршень починає рухатися до нижньої точки циліндра, так як на поршень роблять величезний тиск гази, що утворилися при горінні повітряно-паливної суміші. Цей рух і є робочий хід. При опусканні поршня до НМТ фаза робочого ходу вважається завершеною.

Видалення газів з камери згоряння циліндра.Поршень рухається до вищої точки циліндра, все це відбувається при зусиллі, яке надає колінчастий вал газорозподільного механізму двигуна. При цьому відкривається випускний клапан і поршень починає рятувати камеру згоряння циліндра від газів, які утворилися після згоряння паливно-повітряної суміші в камері згоряння циліндра. Після досягнення вищої точки і звільнення її від газів. Поршень починає свій рух в низ. Коли поршень доходить да НМТ, то робоча фаза видалення газів з камери згоряння циліндра вважається закінченою, а колінчастий вал обертається на 720 градусів від свого початкового положення.

Сили, що діють в клапанному механізмі

На деталі клапанного механізму в процесі роботи двигуна впливають сили тиску газів Рг, інерції Рj, упру- гості пружини Р пр і тертя (рис. 9.26). Останніми при попереднього попередження розрахунках МГР нехтують. При визначенні сил, що діють в МГР, прийнято наступне правило знаків: сили, напрямок яких збігається з напрямком дії сил уп- ругості пружини, вважаються позитивними.

Найбільші сили тиску газів Рг діють в МГР зі сторо- ни випускного клапана в момент початку його відкриття в точці рь:

Надалі (у міру відкриття) він навантажується тільки силами інерції Pj та пружності пружини Р пр.

При закритих впускних клапанах газові сили, що виникають в результаті різниці тисків в трубопроводі і в циліндрі, прагнуть їх відкрити. Мінімальна сила пружності пружини Р0 повинна бути достатньою для утримання їх в закритому стані.

У двигунах з наддувом сумарна сила РГ.ВП. від тиску газів у впускному трубопроводі рк і тиску в циліндрі РR

під час такту випуску може відкритись впускний клапан. Для протидії цьому мінімальна сила пружності пружини Р0 повинна бути більше

В двигуні з іскровим запалюванням на холостому ходу при прикритої дросельної заслінки сила, пропорційна різниці тисків у циліндрі ра і в випускному трубопроводі РТР,

на такті впуску прагне відкритись випускний клапан. Тому величина Р0 повинна забезпечувати виконання нерівності

Ро> -

Для розрахунку інерційних сил, що діють на елементи МГР, необхідно крім знання Законів руху штовхача і клапана, розглянутих раніше, мати відомості про маси рухомих деталей. Зазвичай для розрахунків використовується маса МГР, приведена до клапану (рис. 9.27). У загальному випадку маса клапанного механізму, приведена до клапану,

де - маси клапана, тарілки, замкового пристрою, стакана; - пружини, коромисла (важеля), штанги і штовхача, наведені до клапану.

Наведену масу визначають, виходячи з рівності кінетичних енергій реального МГР і еквівалентної моделі.

Для коромисла ця умова записується у вигляді З урахуванням того щоде - кутова швидкість коромисла; Jxap - момент інерції коромисла щодо осі його обертання. У першому наближенні для розрахунку приведеної маси коромисла можна використовувати такий вираз:, а для важеля Наведена маса штанги визначається зі співвідношення

а так як то

Аналогічним чином отримаємо приведену до клапану масу штовхача:

Наведена маса пружини визначається виходячи з таких припущень: ● маса пружини рівномірно розподілена по її довжині l; ● швидкість руху елемента пружини пропорційна його віддалі х від нижнього нерухомого її торця (рис. 9.28). Тоді маса елемента пружини визначиться як, а швидкість елемента пружини, розташованого на відстані х, - як Vx = Vкл (x / l).

Підставивши в умову рівності кінетичних енергій для вираження і зробивши необхідні перетворення, остаточно а на підставі вищевикладеного в результаті отримаємо

На початковому етапі проектування для завдання мас деталей МГР використовуються статистичні дані по конструктивним масам. Конструктивна маса клапанного механізму визначається як маса відповідного елемента, що припадає на одиницю

площі горловини впускного клапана:. Для МГР з безпосереднім приводом вона дорівнює 200 ... 300 кг / м2, а з приводом через штовхач, штангу і коромисло - 400 ... 500 кг / м2.

Сила інерції, приведена до клапану, і сила, що діє в МГР і приведена до клапану, дорівнює

При симетричному профілі кулачка для повного аналізу досить розглянути сили, що діють в МГР тільки на половині робочого кута.

Опрацюйте теорію та дайте відповіді на питання.

1.Де діють найбільші сили газів в механізмі газоразподілу?

2.Назвіть сили що діють в клапанном механізмі.

3.Скільки обертань робить распредвал за один оборот коленвала?

4. Під час такту випуску може відкритись впускний клапан. Для протидії цьому мінімальна сила пружності ------------------- повинна бути більше-------------------?