Мотоциклы - Жигарев Федор Михайлович

3. Клапанное газораспределение четырехтактного двигателя

Во время работы четырехтактного двигателя впуск горючей смеси в цилиндр двигателя обеспечивается открытием впускного клапана, сообщающего рабочую полость цилиндра с карбюратором. По окончании впуска, который заканчивается обычно после нижней мертвой точки, начинается сжатие рабочей смеси в цилиндре двигателя. При этом оба клапана — как впускной, так и выпускной — должны быть полностью закрыты. Клапаны должны быть закрыты и после того, как поршень достигнет верхней мертвой точки, начнется такт расширения и поршень пойдет к нижней мертвой точке.

При подходе поршня к нижней мертвой точке открывается выпускной клапан и начинается выпуск отработавших газов из цилиндра. Поршень при своем дальнейшем перемещении от нижней мертвой точки к верхней будет выталкивать отработавшие газы во внешнюю среду. Когда поршень подойдет к верхней мертвой точке, выпускной клапан закроется и вновь начнет открываться впускной клапан.

Таким образом, впускной и выпускной клапаны должны быть открыты во время соответствующего такта. Поскольку такты четырехтактного двигателя повторяются через два оборота коленчатого вала, то и клапаны открываются один раз за два оборота коленчатого вала. Открытие и закрытие клапанов должны соответствовать определенным положениям поршня в цилиндре согласно фазам, принятым для данного двигателя.

Клапаны открываются при помощи толкателей, и закрываются пружинами, которые, действуя на стержень клапана, прижимают клапан к гнезду.

Клапанное газораспределение мотоциклетных двигателей разделяется по расположению кулачков на нижнее и верхнее. Кроме того, по расположению клапанов различается газораспределение с боковым, или нижним, расположением клапанов и газораспределение с подвесными клапанами, или верхним расположением клапанов.

Нижним называется такое газораспределение, при котором кулачки расположены в коробке газораспределения, находящейся сбоку картера двигателя и часто выполненной за одно целое с картером. Обычно привод к кулачкам осуществляется шестернями непосредственно от коленчатого вала. Нижнее газораспределение может быть выполнено как с боковым (нижним) расположением клапанов, так и с подвесными клапанами (верхним расположением клапанов).

Боковыми (или нижними) называются клапаны, расположенные сбоку цилиндра и направленные своими тарелками в сторону головки цилиндра.

На рис. 39 показано нижнее газораспределение с боковыми (или нижними) клапанами.

Рис. 39. Нижнее газораспределение с боковым расположением клапанов.

На конце коленчатого вала двигателя расположена ведущая шестерня газораспределения, которая входит в зацепление с двумя ведомыми шестернями. Ведомые шестерни жестко сидят на валиках, на которых выполнены кулачки. Над каждым кулачком расположен толкатель, нижним концом упирающийся в кулачок. Над толкателями расположены клапаны. Стержни клапанов, ходят в направляющих втулках. Нижние концы стержней связаны с помощью замков через тарелку клапана с пружиной. Верхний конец пружины опирается через опорную шайбу на тело цилиндра.

Нижнее газораспределение с боковыми (нижними) клапанами отличается простотой устройства. Кроме того, поступательно-движущиеся детали распределения (толкатель и клапан) имеют небольшой вес и поэтому допускают работу двигателя на больших оборотах.

Недостатком нижнего газораспределения с боковыми клапанами является недостаточное наполнение цилиндра двигателя горючей смесью, так как горючая смесь, перетекая из-под тарелки клапана в цилиндр, резко меняет направление своего движения.

Подвесными (или верхними) называются клапаны, расположенные в головке цилиндра и направленные своими тарелками в сторону поршня.

На рис. 40 представлено нижнее газораспределение с подвесными (верхними) клапанами.

Рис. 40. Нижнее газораспределение с подвесными клапанами.

В этом случае усилие от кулачков к клапанам передается через толкатели, штанги и коромысла. Валики коромысел вращаются в подшипниках, расположенных на головке цилиндра. Газораспределение с подвесными клапанами обеспечивает наилучшее наполнение цилиндров двигателя горючей смесью, так как горючая смесь, перетекая сверху из-под тарелки клапана в цилиндр, не меняет своего направления. Детали такого механизма газораспределения достаточно просты в производстве.

Недостатком газораспределения с подвесными клапанами является большой вес возвратно-поступательно движущихся деталей газораспределения, в котором основную величину составляет вес штанги. Эти детали обладают большой массой. Для уменьшения массы возвратно-поступательно движущихся деталей иногда в нижнем газораспределении применяют высоко, расположенные кулачки (рис. 41).

Рис. 41. Нижнее газораспределение с высоко расположенными кулачками и подвесными клапанами.

В этом случае усилие к кулачкам от коленчатого вала передается через систему шестерен. Следовательно, длина и масса штанги значительно уменьшаются.

Для того, чтобы свести к минимуму массу возвратно-поступательно движущихся деталей газораспределения и обеспечить хорошее наполнение цилиндра двигателя горючей смесью, применяют верхнее газораспределение.

Верхним называется такое газораспределение, при котором кулачки расположены над головкой цилиндра и воздействуют на клапаны через коромысла или (в редких случаях) непосредственно.

На рис. 42 показано верхнее газораспределение.

Рис. 42. Верхнее газораспределение.

Привод к клапанам осуществляется от коленчатого вала через нижнюю пару конических шестерен, вертикальный валик, верхнюю пару конических шестерен, кулачковый валик и коромысла.

Клапаны. Клапаны служат для открытия и закрытия впускных и выпускных окон цилиндра. Они являются наиболее ответственными деталями двигателя, так как условия их работы, особенно выпускного клапана, чрезвычайно тяжелы.

Во время сгорания рабочей смеси в цилиндре тарелки клапанов соприкасаются с горячими газами, температура которых доходит до 2000–2200 °C. Кроме того, выпускной клапан во время выпуска омывается отработавшими газами, средняя температура которых колеблется от 1000 до 1100 °C. Впускной клапан работает в более легких условиях, так как в период заполнения цилиндров он омывается холодной горючей смесью, которая отнимает от клапана значительное количество тепла, и температура впускных клапанов редко достигает 350–400 °C.

Кроме высоких тепловых нагрузок, клапаны подвержены значительным механическим нагрузкам от пружин, обеспечивающих плотную посадку клапана в гнездо, и от сил инерции.

В связи с тяжелыми условиями работы клапанов мотоциклетных двигателей к ним предъявляются следующие требования:

1) Высокая механическая прочность, сохраняемая при многократном нагреве (до 900 °C) и охлаждении.

2) Высокая противокоррозийная при высокой температуре в присутствии продуктов сгорания.

3) Большая жесткость клапана и его седла, обеспечивающая постоянную плотную посадку.

4) Отсутствие коробления клапана при перегревах.

5) Хороший отвод тепла от клапана.

Клапаны могут быть с плоской тарелкой и тюльпанообразные.

Клапаны с плоской тарелкой имеют головку плоской или несколько выпуклой формы (рис. 43, а).