Распределительный механизм своевременно открывает и закрывает отверстия для впуска в цилиндры воздуха или горючей смеси и выпуска отработавших газов. Он состоит из клапанов с деталями крепления, распределительного вала с шестернями и передаточного механизма. В зависимости от расположения клапанов механизмы распределения могут быть с подвесными клапанами, расположенными в головке, и со стоячими клапанами, расположенными в блоке. Механизмы со стоячими клапанами проще по устройству, двигатели с такими механизмами имеют меньшую высоту, так как у них отсутствует ряд передаточных деталей, размещенных на головке. Однако у дизельных двигателей ввиду очень малого объема надпоршневой части камеры расположение клапанов в блоке осуществить невозможно.
От устройства и работы распределительного механизма зависит качество очистки цилиндров от отработавших газов и степень наполнения их воздухом. Эти процессы происходят тем лучше, чем больше диаметр тарелки клапана, выше скорость движения клапана в моменты открытия и закрытия, значительнее высота подъема и продолжительнее открытие. У двигателей с подвесными клапанами увеличение диаметра тарелки ограничено размерами цилиндра. Диаметры тарелок впускного и выпускного клапанов в сумме составляют обычно 85—95% диаметра цилиндра. Продолжительность открытого состояния клапанов (фаз впуска и выпуска) зависит от моментов открытия и закрытия клапанов, которые однотипны для всех тракторных дизелей.
Открывается впускной клапан до ВМТ. Величина опережения ограничивается главным образом тем, что клапан, опускаясь, может удариться о движущийся вверх поршень.
Закрывается впускной клапан после НМТ в тот момент, когда поступление в цилиндр воздуха, происходящее после НМТ по инерции, прекращается.
Выпускной клапан открывается до НМТ, когда газы в цилиндре уже не могут произвести значительной полезной работы. Закрытие выпускного клапана происходит после ВМТ с таким расчетом, чтобы сохранить достаточное проходное сечение клапана в конце выпуска, не препятствовать продолжающемуся по инерции движению газов и обеспечить продувку камеры сгорания чистым воздухом, который подсасывается через открывающийся впускной клапан. Опережение открытия клапанов относительно мертвых точек и запаздывание закрытия увеличивают продолжительность фаз распределения и тем самым улучшают очистку и наполнение цилиндров.
Тарелки впускного и выпускного клапанов могут быть различными или одинаковыми по диаметру. В первом случае тарелку впускного клапана несколько увеличивают за счет уменьшения тарелки выпускного, это способствует лучшему наполнению цилиндра. Однако при этом увеличивается вес впускного клапана, а с ним и сила инерции, возникающая при его движении, кроме того, клапан больших размеров сильнее нагревается, легче подвергается короблению. Все это вызывает более быстрый износ и даже возможность обрыва впускного клапана.
Для максимального наполнения цилиндров нужно, чтобы клапан открывался и закрывался очень быстро и дольше оставался открытым на полную величину. Скорость движения клапанов выбирают такой, чтобы возникающие при этом силы инерции не превысили допустимой величины. Этими же соображениями определяется и выбор максимального подъема клапана. Наивыгоднейшая скорость движения клапана и подъем обеспечиваются выбором соответствующей формы кулачка распределительного вала.
Клапаны при работе двигателя подвергаются сильному нагреванию, действию ударной нагрузки, химическому воздействию газов и истиранию. Температура впускных клапанов составляет в среднем 300 -400°, выпускных— 600—800°. Впускной клапан изготовляют из прочной хромоникелевой стали (40ХН) или хромокремнистой стали (38ХС), выпускной — из жаростойкой хромокремнистой стали (Х9С2).
Для повышения прочности и твердости клапанов осуществляют их объемную закалку. Тарелка клапана имеет коническую фаску с углом при основании 45°. Это создаст хорошее прилегание и центрирование клапана в гнезде головки. Для большей плотности фаска притирается к гнезду. Стержень клапана имеет плавный переход к тарелке, что увеличивает прочность клапана в этом месте, обеспечивает хорошую обтекаемость в интенсивный отвод тепла от тарелки. В верхней части стержня клапана сделала выточка под сухарики, закрепляющие на конце стержня тарелку пружины.
Направляющая втулка клапана изготовляется из антифрикционного серого чугуна (СЧЦ-2) и запрессовывается в отверстие головки. Большая длина втулки и малый зазор со стержнем клапана (0,05—0,12 мм) придают ему прямолинейное движение. Пружина возвращает клапан в гнездо, удерживает его в закрытом состоянии и воспринимает инерционные усилия, возникающие при движении.
Распределительный (кулачковый) вал изготовляют из хромистой (20Х) или высокоуглеродистой стали (сталь 45), кулачки и шейки вала цементируют и закаливают на глубину 1,5—2 мм или подвергают поверхностной закалке ТВЧ на глубину от 2 до 5 м.ч. То или иное расположение кулачков но окружности вала и профиль их обеспечивают выбранные для двигателя фазы распределения. Кулачок выпускного клапана имеет обычно более тупой профиль, вследствие чего фаза выпуска более продолжительна, чем фаза впуска. Это даст возможность у двигателей с различными по размеру клапанами получать достаточно хорошую очистку цилиндра. Кулачковые валы четырехцилиндровых двигателей устанавливаются на трех опорах; подшипники их изготовлены в виде втулок из чугуна СЧЦ-2 и запрессованы в блок. Двухопорные валы обычно монтируют на шарикоподшипниках.
Распределительные шестерни имеют спиральные зубья с плавным и бесшумным зацеплением. Изготовляются они либо из стали 45 (с закалкой), либо из серого чугуна. Чтобы работа кривошипно-шатунного и распределительного механизмов, а также топливного насоса была согласованной, шестерни их закрепляются на валах в определенном положении, а относительно друг друга при сборке устанавливаются по меткам.
Так как распределительный вал и вал топливного насоса должны вращаться в два раза медленнее, чем коленчатый вал, то шестерни этих валов имеют вдвое большее число зубцов, чем шестерня коленчатого вала.
Передаточный механизм состоит из толкателей, штанг, коромысел, валиков коромысел и стоек. Толкатели изготовляются грибовидной формы или в виде стаканчиков из стали 45 или из стали 20Х, они также закаливаются.
Сферическим углублением внутри донышка толкатель упирается в нижний наконечник трубчатой стальной штанги, которая своим верхним наконечником упирается в регулировочный винт коромысла. Коромысло из углеродистой стали с бронзовыми втулками поворачивается на валике. Плечо коромысла, прилегающее к клапану, длиннее плеча, прилегающего к штанге. Это позволяет опустить клапан на нужную величину при небольшом подъеме толкателя. Силы инерции, возникающие при движении толкателя и штанги, при этом уменьшаются. Сверление в плечах коромысла и полость пустотелого валика коромысел служат маслопроводами для подвода масла к втулкам коромысел и наконечникам штанг. [Дизельные колесные тракторы. Гельман Б.М. и др. 1959 г.]
Статьи по теме: газораспределительный механизм; особенности механизма распределения двигателя Д-14; распределительный механизм двигателя Д-36; ТО КШМ и ГРМ двигателя трактора