Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания
Valvetrain
Механизм газораспределения ДВС: управление впускными и выпускными клапанами. Конструкции: нижнеклапанный и верхнеклапанный двигатели. Устройство и принцип работы.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Механическая система в двигателе внутреннего сгорания
Mechanical system in an internal combustion engine
Газораспределительный механизм – это механическая система, управляющая работой впускных и выпускных клапанов в двигателе внутреннего сгорания. Впускные клапаны контролируют поступление воздушно-топливной смеси (или только воздуха для двигателей с непосредственным впрыском) в камеру сгорания, а выпускные клапаны – отвод отработавших газов из камеры сгорания после завершения процесса сгорания.
A valvetrain or valve train is a mechanical system that controls the operation of the intake and exhaust valves in an internal combustion engine. The intake valves control the flow of air/fuel mixture (or air alone for direct injected engines) into the combustion chamber, while the exhaust valves control the flow of spent exhaust gasses out of the combustion chamber once combustion is completed.
Планировка
Расположение газораспределительного механизма во многом зависит от расположения распределительного вала. Распространенные конфигурации газораспределительного механизма для поршневых двигателей, в порядке от старейшей к новейшей, следующие:
Двигатель с нижнеклапанным расположением: распределительный вал и клапаны расположены в блоке двигателя ниже камеры сгорания. Двигатель с верхнеклапанным расположением: распределительный вал остается в блоке, однако клапаны расположены в головке цилиндра над камерой сгорания. Двигатель с верхним расположением распределительного вала: клапаны и распределительный вал (распределительные валы) находятся в головке цилиндра над камерой сгорания.
The valvetrain layout is largely dependent on the location of the camshaft. The common valvetrain configurations for piston engines in order from oldest to newest are:
Flathead engine: The camshaft and the valves are located in the engine block below the combustion chamber. Overhead valve engine: The camshaft remains in the block, however the valves are located in the cylinder head above the combustion chamber. Overhead camshaft engine: The valves and camshaft(s) are in the cylinder head above the combustion chamber.
Компоненты
Газораспределительный механизм состоит из всех компонентов, отвечающих за передачу вращательного движения распределительного вала в открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Типичные компоненты перечислены ниже в порядке от коленчатого вала к клапанам.
The valvetrain consists of all the components responsible for transferring the rotational movement of the camshaft into the opening and closing of the intake and exhaust valves. Typical components are listed below in order from the crankshaft to the valves.
Крамсовая ось
Время и профиль подъема клапанов контролируются распределительным валом (camshaft) посредством кулачка специальной формы, установленного на вращающемся валу. Распределительный вал приводится в движение коленчатым валом и, в случае четырехтактного двигателя, вращается с половинной скоростью коленчатого вала. Передача движения от коленчатого вала к распределительному валу обычно осуществляется с помощью резинового ремня, металлической цепи или зубчатой передачи.
The timing and lift profile of the valve opening events are controlled by the camshaft(s), through use of a carefully shaped lobe on a rotating shaft. The camshaft is driven by the crankshaft and— in the case of a four stroke engine— rotates at half the speed of the crankshaft. Motion is transferred from the crankshaft to the camshaft most commonly by a rubber timing belt, a metallic timing chain or a set of gears.
Пушрод
Подвижные штанги — длинные тонкие металлические стержни, используемые в двигателях с верхним расположением клапанов для передачи движения от распределительного вала (расположенного в блоке двигателя) к клапанам (расположенным в головке блока цилиндров). Нижний конец подвижной штанги оснащен толкателем, на который воздействует кулачок распределительного вала. Кулачок распределительного вала поднимает толкатель вверх, что приводит в движение подвижную штангу. Верхний конец подвижной штанги давит на коромысло, которое открывает клапан.
Pushrods are long, slender metal rods that are used in overhead valve engines to transfer motion from the camshaft (located in the engine block) to the valves (located in the cylinder head). The bottom end of a pushrod is fitted with a lifter, upon which the camshaft makes contact. The camshaft lobe moves the lifter upwards, which moves the pushrod. The top end of the pushrod pushes on the rocker arm, which opens the valve.
Рука рокера / пальцы / ковёр
В зависимости от конструкции, клапаны приводятся в действие с помощью коромысла, пальцевого толкателя или ковшкового толкателя. В двигателях с верхним расположением клапанов используются коромысла, которые приводятся в действие снизу косвенно (через штанги толкателей) кулачками распределительного вала. В двигателях с верхним расположением распределительного вала используются пальцевые или ковшковые толкатели, которые приводятся в действие сверху непосредственно кулачками распределительного вала.
Depending on the design used, the valves are actuated by a rocker arm, finger or bucket tappet. Overhead valve engines use rocker arms, which are actuated from below indirectly (through the pushrods) by the cam lobes. Overhead camshaft engines use fingers or bucket tappets, which are actuated from above directly by the cam lobes.
Клапан
Большинство современных двигателей используют тарельчатые клапаны, хотя в разное время применялись также рукавные, золотниковые и роторные клапаны. Тарельчатые клапаны обычно открываются кулачком распределительного вала или коромыслом, а закрываются спиральной пружиной, называемой клапанной пружиной. Потеря контакта клапана с кулачком (или "поплавление клапана") возникает, когда клапанная пружина не может справиться с инерцией газораспределительного механизма на высоких оборотах двигателя (RPM).
Most modern engines use poppet valves, although sleeve valves, slide valves and rotary valves have also been used at times. Poppet valves are typically opened by the camshaft lobe or rocker arm, and closed by a coiled spring called a valve spring. Valve float occurs when the valve spring is unable to control the inertia of the valvetrain at high engine speeds (RPM).