Механизм газораспределения обеспечивает нормальные условия для сгорания топлива – он производит очистку цилиндровых втулок от отработавших газов и наполнение их свежим зарядом воздуха. В четырехтактных двигателях органы газораспределения включают впускные и выпускные клапаны, пружины клапанов, коромысла, штанги, толкатели, распределительный вал с кулачковыми шайбами (см. рис. 20). Каждый клапан открывается внутрь цилиндра под действием коромысла, которое приводится в движение штангой с толкателем, периодически нажимаемым кулачковой шайбой. Клапаны закрываются с помощью пружин, а кулачковые шайбы, закрепленные на распределительном вале, расположены в определённом порядке для обеспечения последовательности открытия и закрытия клапанов согласно порядку вспышек в цилиндрах.
Распределительный вал обычно имеет механический (шестеренный) привод от коленчатого вала и располагается параллельно коленчатому валу в средней части двигателя (сбоку). Такое расположение характерно для малооборотных и среднеоборотных двигателей. В высокооборотных двигателях распределительные валы могут располагаться непосредственно над клапанами, что позволяет исключить использование толкателей и штанг. Например, на двигателе 6ЧСПН 15/18 установлено два распределительных вала (см. рис. 21) — один для впускных, другой для выпускных клапанов. Распределительные валы изготавливают цельными или составными из углеродистой или легированной стали. В малооборотных и среднеоборотных двигателях кулачковые шайбы укрепляют на вале при помощи шпонки и нажимной гайки, что позволяет заменять их без разборки вала. На распределительном вале также располагаются кулачковые шайбы топливных насосов. В реверсивных двигателях распределительный вал имеет два комплекта кулачковых шайб на каждый цилиндр, что обеспечивает смену рабочих цилиндров при изменении направления вращения двигателя. Профиль кулачковой шайбы подбирается для оптимальной продолжительности открытия клапанов.
Клапаны работают в условиях высоких температур и давлений, поэтому их изготавливают из специальных жаропрочных и легированных сталей. Средняя температура тарелок впускных клапанов может достигать 500 °С, а выпускных — до 900 °С. Для установки клапана в крышке цилиндра применяется направляющая втулка (см. рис. 22). Клапаны могут быть цельными или составными со стальным штоком и тарелкой из жаропрочного чугуна, что часто используется в малооборотных двигателях. В некоторых случаях вместо втулки клапан устанавливается в специальном охлаждаемом корпусе (см. рис. 23).
В двухтактных двигателях клапаны применяют только при осуществлении прямоточно-клапанной продувки. Хотя клапаны и их привод в двухтактных и четырехтактных двигателях принципиально не различаются, в двухтактных условиях работы клапанов они работают в более тяжелых условиях. При прямоточно-клапанной продувке газораспределение в двухтактном двигателе осуществляется выпускным клапаном и тронковой частью поршня, которая периодически открывает и закрывает продувочные окна втулки рабочего цилиндра. При этом частота вращения распределительного вала равна частоте вращения коленчатого вала (рабочий ход происходит за один оборот коленчатого вала), а в четырехтактных двигателях — в два раза меньше.
Открытие и закрытие клапанов не совпадает с нахождением поршня в мертвых точках. При наполнении цилиндра свежим зарядом воздуха впускной клапан начинает открываться при приближении поршня к верхней мертвой точке (ВМТ) и закрывается после прохождения ВМТ. Угол опережения открытия впускного клапана (α_вп) и угол запаздывания его закрытия (β_вп) зависят от конструктивных особенностей двигателя. Аналогично определяются углы для выпускного клапана (α_вып и β_вып), которые, как правило, составляют: α_вып = 15–20°, β_вп = 30–40°, α_вып = 30–45°, β_вып = 18–20°. Фазы газораспределения наглядно изображаются на круговой диаграмме (см. рис. 24), где видно, что в конце выпуска и начале наполнения выпускной клапан ещё не закрылся, а впускной клапан уже открыт. Угол поворота кривошипа от начала открытия впускного клапана до момента закрытия выпускного клапана называется периодом перекрытия клапанов (30–40° поворота кривошипа).
Дополнительные знания о механизм газораспределения:
Современные технологии газораспределения продолжают развиваться – применяются системы электронного управления клапанами, позволяющие изменять профили и время открытия клапанов в зависимости от режима работы двигателя. Такие системы повышают топливную эффективность, снижают выбросы и улучшают динамические характеристики двигателя. Некоторые инновационные решения предусматривают использование переменных фаз газораспределения, что позволяет оптимизировать процесс сгорания и увеличить мощность двигателя.
Для получения дополнительной информации о судовых двигателях и морской технике посетите Seamen.es.
Если вы мечтаете об отдыхе на воде после долгих рейсов, изучите предложения по аренде катеров – узнайте подробности на Freewind.es.