Устройство и работа механизма газораспределения. Фазы газораспределения. «Время – сечение» клапана

Механизм газораспределения предназначен для своевременного впуска в цилиндры воздуха (дизели) или горючей смеси (карбюраторные и газовые двигатели) и выпуска из них отработавших газов. Механизм газораспределения может иметь верхнее расположение клапанов (в головке цилиндров) или нижнее (в блоке цилиндров). В современных автомобильных двигателях применяют механизм газораспределения с верхним расположением клапанов, которое позволяет получить компактную камеру сгорания, обеспечить лучшее наполнение цилиндров горючей смесью и облегчить регулировку тепловых зазоров.

Под фазами газораспределения понимают моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов выпускной клапан должен открываться до достижения поршнем НМТ, а закрываться после ВМТ. С целью лучшего наполнения цилиндров смесью впускной клапан должен открываться до достижения поршнем ВМТ, а закрываться после прохождения НМТ. Период, в течение которого одновременно открыты оба клапана (впускной и выпускной), называют перекрытием клапанов.

Фазы газораспределения подбирают на заводах опытным путем в зависимости от быстроходности двигателя и конструкции его впускной и выпускной систем. При этом стремятся использовать колебательное движение газов во впускной и выпускной системах таким образом, чтобы к концу закрытия впускного клапана перед ним оказалась бы волна давления, а к концу закрытия выпускного клапана за ним была бы волна разрежения. При таком подборе фаз газораспределения удается одновременно улучшить заполнение цилиндров свежей смесью и их очистку от отработавших газов.

Заводы указывают фазы газораспределения для своих двигателей или в виде диаграмм. Диаграмма показывает, что впускной клапан начинает открываться за 10° до ВМТ, а заканчивает закрываться через 46° после НМТ. Выпускной клапан начинает открываться за 66° до НМТ и заканчивает закрываться через 10° после ВМТ. Перекрытие клапанов в этом случае составляет 20°.

Расчёт диаграммы время – сечения клапана.

Расчёт и построение диаграммы время – сечение клапана необходимо, во – первых, для оценки правильности выбора конструктивных параметров клапанов и фаз газораспределения по средним условным скоростям потока газа в проходном сечении клапана и, во – вторых, для определения эффективного проходного сечения клапана в зависимости от угла поворота коленча

того вала, что в свою очередь, необходимо для выполнения уточненного расчёта процессов газообмена двигателя.

По характеру зависимости площади проходного сечения клапанов от величины подъема клапана все перемещение клапана делится на три участка.

Первый участок характеризуется тем, что перпендикуляр из точки А фаски клапана опускается на поверхность конуса седла, что соответствует условию:

Проходное сечение здесь имеет форму боковой поверхности усеченного конуса с образующей, равной длине отрезка АС, величину которого определяют соотношением:

а проходное сечение по – формуле:

Второй участок характеризуется тем, что перпендикуляр из точки А проходит мимо конуса седла, что соответствует условию:

Подъем клапана, соответствующий моменту перехода толкателя с первого участка на второй участок:

Проходным сечением клапана на втором участке считают боковую поверхность усеченного конуса с образующей АВ площадь которого определяют соотношением:

Третий участок начинается с момента, когда проходное сечение клапана достигает величины, равной сечению горловины канала с учетом его загромождения стеблем клапана.

Подъем клапана , соответствующий моменту перехода толкателя от второго к третьему участку, получают из условия f2=f3 и вычисляем по формуле:

Процесс впуска. Общая характеристика процесса. Влияние конструктивных и эксплуатационных условий на процесс. Давление и температура в конце впуска. Влияющие на них факторы и способ расчета.

Процесс впуска условно начинается в точке соответствующей началу открытия впускного клапана до прихода поршня в ВМТ на такте выпуска. Заканчивается впуск при полном закрытии впускного клапана в точке, когда поршень прошел НМТ. Фактически наполнение поршня свежей смесью возможно при движении поршня от ВМТ до НМТ, но в начальный момент в цилиндре расширяются остаточные газы. Давление в цилиндре двигателя в процессе впуска непрерывно меняется, что обусловлено соответствующим изменением проходного сечения клапана и скорости поршня. Среднее давление газов в цилиндре в течении впуска меньше атмосферного; следовательно для реализации процесса в двигателе со свободным впуском затрачивается энергия. В современных высокооборотных двигателях открытие впускного клапана проходит за 10-30° до прихода поршня в ВМТ, а закрытие через 35-85° после ВМТ. Предварительное открытие впускного клапана до прихода поршня в ВМТ создает некоторое проходное сечение, что в конечном счете улучшает наполнение цилиндра, учитывая большую степень открытия в начале всасывающего хода поршня. В двигателе без наддува воздух в цилиндры поступает из атмосферы и при расчете рабочего цикла давление окружающей среды принимается равным r0 = 0,1 Мпа, а температура Т0=293К.Под давление в конце впуска подразумевается среднее значение давление за процесс впуска - Ра. По экспериментальным данным Ра для карбюраторных двигателей 0.07..0.09 Мпа. Дизели имеют более высокое значение Ра. Температура в конце впуска : Та = (Тк+DТ+Yr·Tr)/(1+Yr). Значение Та у современных двигателей варьирует в пределах : карбюраторные - 310..350К, дизельные - 320..400К