Для осуществления в двигателях рабочих циклов, непрерывно следующих один за другим, необходимо в определенные моменты подавать в рабочий цилиндр свежий заряд и удалять из него отработавшие газы.

Эти функции выполняют органы газораспределения. В четырехтактных двигателях газораспре­деление состоит из клапанов (впуск­ных и выпускных), клапанных рыча­гов и толкателей, распределительного вала с сидящими на нем кулачковыми шайбами, передаточных зубчатых колес и промежуточных валов. В боль­шинстве двухтактных двигателей органами газораспределения явля­ются окна в цилиндровой втулке (вы­пускные и продувочные), закрытие и открытие которых производится поршнем. Могут применяться вспо­могательные клапаны, расположен­ные по пути воздуха к каким-либо окнам, или же клапаны в крышке цилиндра, заменяющие собой выпуск­ные окна. При наличии клапана в крышке двухтактный двигатель должен быть снабжен и соответствую­щим клапанным приводом.

Общее понятие о работе клапанов было дано выше. Они работают в условиях периодической ударной нагрузки, а также высоких темпера­тур (особенно выпускные клапаны). Поэтому обычно клапаны отковыва­ются из высококачественной жаро­упорной стали (хромоникелевой, вольфрамовой, ванадиевой и др.).

На фиг. 96 представлен впускной клапан в собранном виде, вставленный в цилиндровую крышку. Он состоит из корпуса 11 с направляющей втулкой 4, штока 3 с тарел­кой 1, гнезда 13 и пружины 10. При такой конструкции клапан в соб­ранном виде вставляется в отверстие крышки 12 и крепится к ней при помощи фланца и шпилек.

Клапаны открываются внутрь рабочих цилиндров. Этим дости­гается большая плотность клапанов, прижимаемых рабочими газами. Гнезда для возможности замены в случае коробления иногда выполняют отдельно от корпуса клапана. Съемное гнездо прижи­мается корпусом к кольцевому выступу крышки цилиндра.

Особенностью указанного на фиг. 96 клапана является наличие козырька 2, назначение которого для бескомпрессорного дизеля рассматривалось выше. Козырек может быть установлен в наивыгоднейшее положение даже во время работы двигателя следующим образом: отпускается гайка 9, приподнимается рычажок 8 и шток клапана поворачивается ключом за квадрат на его конце. По дости­жении требуемого положения рычажок 8 опускается и прижимается гайкой 9; клапан более не может повернуться, так как рычажок своим хвостом 7 входит в выточку в рычаге 6, открывающем клапан при работе дизеля.

Для облегчения выемки клапанов иногда применяются отжимные винты 5, которые, будучи ввинчены во фланец со сквозным отвер­стием, упираются в верхнее днище крышки и отжимают клапанный корпус.

Выпускной клапан по своей конструкции мало чем обличается от впускного. Высокая температура отработавших газов, с которыми соприкасается выпускной клапан, вызывает коробление тарелки с плоским основанием. Поэтому нижнее основание выхлопного кла­пана выполняется утолщенным посредине с утонением к краям. В маломощных двигателях тарелка клапанов изготовляется заодно со шпинделем. В больших двигателях тарелки клапанов иногда изго­товляют отдельно от шпинделя. Тарелка может, например, навинчи­ваться на шпиндель, после чего последний расклепывается. Для устранения прогорания выпускных клапанов может быть применено водяное охлаждение корпуса, а в некоторых случаях и самих выпу­скных клапанов (фиг. 97).

Обычно в цилиндре устанавливаются два клапана — впускной и выпускной. У быстроходных двигателей устанавливаются для увеличения суммарного проходного сечения обычно по два впускных и выпускных клапана. В некоторых двигателях клапаны попеременно служат для впуска и выпуска. Это хотя и усложняет конструкцию клапанов и их привод, но облегчает условия работы клапанов вслед­ствие периодического охлаждения их засасываемым воздухом; кроме того, обдуваемое гнездо очищается от нагара.

У некоторых двухтактных двигателей требуется установка кла­пана, регулирующего подачу продувочного воздуха. Это автомати­чески действующий пластинчатый клапан (фиг. 98), состоящий из чугунного корпуса, который крепится шпильками к цилиндру в ресивере 1, чугунных или бронзовых фигурных коробок 2, стянутых двумя крышками 3 и болтами. На фиг. 98 справа показана нижняя часть клапана. Каждая коробка имеет пластинчатый диск 4. Действие клапана основано па разности давлении в цилиндре и ресивере. Когда давление в цилиндре меньше, чем в ресивере, пластинчатые диски приподымаются; когда же давление в цилиндре превзойдет давление продувочного воздуха или когда поршень закроет про­дувочные окна, диски опустятся на свои гнезда фигурных коро­бок и ресивер будет разобщен от цилиндра.

Для нормальной работы дви­гателя моменты открытия и за­крытия клапанов, окон, дей­ствия приборов зажигания или топливо подач и, иначе — фазы газораспределения, устанавливают таким образом, чтобы обеспечить наилучшую очистку цилиндра от продуктов сгорания и наиболее полное за­полнение его свежим зарядом. Взаимосвязь между фазами (мо­ментами) газораспределения обычно для наглядности изображается спирально построенной круговой диаграммой. Она представляет собой графи­ческое изображение пути оси шейки мотыля с показом тех положений радиуса мотыля, ко­торыми характеризуются фазы газораспределения. Отсчет уг­лов поворота мотыля производят от или до ближайшей мертвой точки.

На фиг. 99 дана круговая диаграмма четырехтактного ди­зеля.

а) Открытие впускного кла­пана (О. вп.) устанавливают с опережением, т. е. до прихода поршня в в.м.т. Это делается для того, чтобы к началу хода поршня вниз клапан был уже достаточно открыт и не создавал боль­шого сопротивления проходу всасываемого воздуха. На круговой диаграмме видно, что начало впуска воздуха совпадает с концом выпуска отработавших газов, при котором, как говорилось, эти газы своей инерцией создают некоторое разрежение над поршнем. Поэтому начавший открываться еще до прихода поршня в в. м. т. впускной клапан создает условие для частичного подсоса воздуха, который несколько продувает пространство над поршнем, умень­шая количество остаточных газов, а следовательно, обеспечивая луч­шее наполнение цилиндра свежим воздухом.

Опережение впуска устанавливается от 5 до 30° пово­рота мотыля до в. м. т. (угол а на диаграмме).

б) Закрытие впускного клапана (3. вп.) делается с запаздыванием, т. е. после прохода поршнем н. м. т. Нужно это для того, чтобы к концу всасывающего хода поршня кла­пан был достаточно открыт и не создавал большого сопротивления проходу воздуха в цилиндр. По­мимо этого, к концу хода всасы­вания и в начале хода сжатия дав­ление в цилиндре продолжает быть меньше атмосферного, почему за­полнение цилиндра воздухом про­должается и тогда, когда поршень начнет уже двигаться вверх. Таким образом, при запаздывании закрытия впускного клапана в цилиндр может поступать дополни­тельная порция воздуха, чему также способствует инерция воздуха во всасывающей трубе. Угол запаздывания ? впускного клапана составляет 18—50° после н. м. т.

в)  Подача форсункой распыленного топлива в цилиндр двигателя (О. Ф.) производится с опережением, т.е. до в.м.т., с учетом периода задержки воспламенения. Предварение начала впрыскивания регулируется с таким расчетом, чтобы сгорание развивалось к моменту прохода поршнем в.м.т. Слишком большое предварение впрыска может вызвать начало интенсивного сгорания ранее прихода поршня в в.м.т., что вызовет преждевременное резкое повышение давления, а чрезмерно малое предварение впрыска может вызвать слишком позднее начало сгорания, что снизит эффективность рабочего хода. Угол опережения впрыска ? топлива подбирается опытным путем и находится примерно в пределах 15—30° до в. м. т.

г) Открытие выпускного клапана (О. вып.) назначается до прихода поршня в н. м. т. Это опережение выпуска составляет ? ? = 40 ? 60° поворота мотыля до н.м.т. Делается это для того, чтобы к началу хода выпуска (с н.м.т.) давление в цилиндре успело почти урав­няться с атмосферным и открытие клапана уже было бы полным. Этим предотвращается создание слишком большого противодавления при выталкивающем ходе поршня. В конечном счете, опережение открытия выпускного клапана имеет целью уменьшить работу, затра­чиваемую па выталкивание отработавших газов из цилиндра.

д) Закрытие выпускного клапана (3. вып.) обычно делают с запаздыванием, т. е. после прохождения поршнем в. м. т. Это осуществляют для того, чтобы в конце выпуска открытие клапана было еще достаточным и не создавало большого сопротивления выпуску. Однако запаздывание закрытия является не столь важным, как опережение открытия выпускного клапана. Объясняется это тем, что к моменту прихода поршня в в. м. т. скорость его быстро замедляется, а газы в выхлопной трубе продолжают по инерции двигаться со столь большой скоростью, что в пространстве над поршнем может полу­читься даже разрежение; таким образом создаются благоприятные условия для очистки цилиндра от отработавших газов.

Угол запаздывания ? берется 0—25° после в.м.т. Закрывать выхлопной клапан ранее прихода поршня в в.м.т. нельзя, так как при этом получится сжатие остатках отработавших газов и они устре­мятся в открывающийся в это время впускной клапан.

Все фазы газораспределения не могут быть одинаковыми для всех типов двигателей. Они подбираются опытным путем и зависят главным образом от быстроходности двигателей, величины проход­ного сечения клапанов и объема рабочего цилиндра. Все углы опе­режения и запаздывания, открытия и закрытия клапанов, вообще говоря, берутся тем больше, чем быстроходнее двигатель и чем меньше сечение клапанов.

Круговая диаграмма газовых и карбюраторных двигателей (а следовательно, и фазы их газораспределения) в основном сходна с только что рассмотренной. Однако момент начала открытия впу­скного окна может здесь происходить с запаздыванием (за в.м.т.). Объясняется это тем, что при наличии опережения открытия впуск­ного клапана начало его открытия совпадает с движением поршня к в.м.т. В случае ненормального состава смеси, или если двигатель быстроходный, процесс догорания иногда продолжается и в период выпуска; пламя догорания через начавшийся открываться с опере­жением впускной клапан попадает в трубопровод горючего газа, или смесительный клапан, или в кар­бюратор и вызывает взрыв, мо­гущий произвести разрушения.

Кроме этого отличия, в круго­вой диаграмме указанных двига­телей вместо момента начала дей­ствия форсунки будет указан мо­мент зажигания смеси.

Фазы газораспределения двух­тактных двигателей могут также быть изображены на круговой диа­грамме. Они зависят от принятого типа продувки и расположения окон.

На фиг. 100 дана примерная круговая диаграмма двухтактного дизеля без наддува. Здесь начало подачи топлива осуществлено с опережением на 17° поворота мо­тыля до прихода поршня в в. м. т.. За 68° до н. м. т. поршень, дви­гаясь вниз, открывает выпускные окна, и расширившийся отработавший газ начинает выпускаться; продолжающий опускаться поршень на 52° до п. м. т. открывает впускные (продувочные) окна, и происходит продувка с заполне­нием цилиндра свежим воздухом. При движении поршня вверх впускные окна закрываются через 52° после п. м. т., выпускные — через 68° после и. м. т.

Клапаны газораспределения получают движение от привода. Основной частью приводного механизма является распределительный вал, на котором закреплены шайбы с выступами — кулаки. Работа распределительного вала основана на периоди­ческом воздействии на клапаны посредством качающихся рычагов или толкающих штанг.

На фиг. 101 дан один из вариантов взаимосвязи распределитель­ного вала с клапаном. При вращении распределительного вала 1 сидящий жестко па нем кулак 2 своим выступом 3 набегает на ролик 4 двуплечего рычага 5; вследствие этого ролик приподнимается, а другой конец рычага опускается на шток клапана и, преодолевая натяжение пружины 6, открывает клапан. При дальнейшем повороте распределительного вала ролик сходит с выступа кулака, правый конец рычага опустится, а левый поднимается, и под действием пру­жины клапан закроется. Ось рычага крепится в кронштейнах крышки цилиндра и смазывается через специальное отверстие.

Число оборотов всякого распределительного вала четырехтакт­ных двигателей должно быть вдвое меньше, чем коленчатого, так как цикл осуществляется за два оборота коленчатого вала. У двухтакт­ных двигателей, имеющих выпускные клапаны в крышках цилин­дров, число оборотов распределительного вала должно быть равно числу оборотов коленчатого вала, так как цикл соответствует одному обороту этого вала.

В дизелях распределительный вал приводит также топливные насосы, что значительно увеличивает нагрузку на вал. Для удобства монтажа распределительный вал часто изготовляют разъемным. Материалом обычно служит сталь, идущая на изготовление колен­чатого вала.

Кулачки на распределительном валу должны устанавливаться соответственно расположению клапанов. Количество их для четырехтактных двигателей должно быть равным числу клапанов: впускных, выпускных, форсуночных (у компрессорных дизелей) и числу при­водов топливных насосов (у бескомпрессорных дизелей). Кулаки
(фиг. 102, а) на распределительный вал насаживаются на шпонках, а для предотвращения осевого смещения имеют установочные болты. Кулачки отковывают из малоуглеродистой стали и после механиче­ской обработки подвергают поверхностной закалке для повышения износоустойчивости.

В крупных тихоходных двигателях кулаки изготовляют из отбеленного чугуна. Иногда (у быстроходных дви­гателей) кулаки отковываются вместе с распределительным ва­лом, составляя с ним одно целое.

Профиль выступающей части кулака зависит от необходимых фаз газораспределения, передаточного числа клапанного привода и делается по специальному расчету. Высота выступа кулака должна соответствовать величине хода клапана с учетом соотношения плеч рычага. Чаще всего выступы делаются как одно целое с цилиндри­ческой частью кулака, но иногда, например, для привода форсунки компрессорного дизеля или топливного насоса некоторых бескомпрессорных дизелей, выступы делаются съемными (фиг. 102, б).

В зависимости от расположения распределительного вала и конструкции двигателя передача движения к клапанам может осуществляться от рычагов или, при низком расположении распределитель­ного вала, от рычагов с толкателями (фиг. 103). Рычаги изготовляются из стали или чугуна и в сечении чаще всего имеют двутавровую форму.

В некоторых двигателях с клапанами, открывающимися вверх, толкателями служат штоки, являющиеся продолжением стержня клапана и опирающиеся на кулаки распределительного вала (фиг. 104).

Сам распределительный вал при­водится в движение от коленчатого вала различными способами в зави­симости от конструкции двигателя, его мощности, числа оборотов, места расположения распредели­тельного вала и пр. Чаще всего привод распределительного вала осуществляется посредством ше­стеренчатой передачи, размещен­ной в торцовой части двигателя. Высокая техника обработки зубчатых колес в последнее время позво­лила значительно повысить коэффициент полезного действия зубчатых передач. На фиг. 105 показано расположение приводных шестерен распределительного вала у четырехтактного дизеля. На коленчатом валу жестко сидит шестерня 1, соединенная с большой передаточной шестерней 3, вращающейся на оси 2, закрепленной при помощи фланца к цилиндровому блоку. К этой шестерене бол­тами 4 крепится малая передаточная ше­стерня (на фигуре ее не видно), приводящая в движение шестерню 5 распределительного вала 6 и шестерню 7; последняя соединена болтами с конической шестерней 8, служащей для передачи вращения центробежному регу­лятору. Вся эта передача закрыта общим кожухом.

Недостатком шестеренчатой передачи яв­ляется значительный шум при работе. В крупных тихоходных двигателях при вы­соком расположении распределительного вала иногда применяется бесшумная передача движения роликовыми цепями; при этом для увеличения угла охвата звездочек цепью и натяжения ее при вытяжке требуется на­тяжное устройство.

На фиг. 106 дана схема передачи от ко­ленчатого вала к распределительному с по­мощью промежуточного, часто называемого регуляторным, вала. Число его оборотов обычно равно числу оборотов коленчатого вала, что позволяет его использовать для установки регулятора.