Все четырехтактные карбюраторные двигатели и дизели имеют клапанные газораспределительные механизмы. У этих двигателей впуск горючей смеси или воздуха происходит через впускные клапаны, а выпуск отработавших газов — через выпускные клапаны.
У двухтактных двигателей роль клапанов выполняют три окна: выпускное, впускное и продувочное. Процесс газораспределения у двухтактных двигателей реализуется с помощью кривошипно-шатунного механизма, который при возвратно-поступательном движении поочередно открывает и закрывает окна, осуществляя впуск в цилиндр горючей смеси или выпуск отработавших газов, а также сжатие рабочей смеси и рабочий ход.
Газораспределительные механизмы мотут иметь нижнее или верхнее расположение клапанов.
Газораспределительные механизмы с нижним расположением клапанов и распределительного вала (рис. 4.1, а). В настоящее время они встречаются редко (двигатели автомобилей ЗИЛ-157КД и ГАЗ-52-04). Распределительный вал в этом случае расположен в блоке цилиндров 19, и на его кулачки 10 непосредственно опираются толкатели 9, в которые ввернуты регулировочные болты 7 с контргайками 8. Гнездо клапана 2 запрессовано в блок цилиндров, а сам клапан помещен в направляющей втулке 5. Закрывается клапан пружиной 4, одним концом упирающейся в блок цилиндров, а другим — в тарелку пружины 6. Тарелка пружины удерживается на нижнем конце стержня клапана при помощи сухарей 5, вставленных в кольцевую проточку. Преимуществом такого механизма является простота устройства, небольшое количество деталей и низкая стоимость. К недостаткам относят сложность регулировки тепловых зазоров между стержнем клапана и регулировочным болтом толкателя. Наполнение цилиндров при нижнем расположении клапанов недостаточное, так как горючей смеси для поступления в цилиндр нужно проделать сложный путь, проходя горизонтальные участки и подъемы.
Рис. 4.1. Газораспределительный механизм: а - с нижним расположением клапанов и распределительного вала; б - с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала; в - с верхним расположением клапанов и распределительного вала; 1 - седло клапана; 2 - клапан; 3 - направляющая втулка; 4 - пружина; 5 - сухарь; 6 - тарелка пружины клапана; 7 - регулировочный болт; 8 - контргайка; 9 - толкатель; 10 - кулачок распределительного вала; 11 - свеча зажигания; 12 - опорная шайба; 13 - маслоотражательный колпачок клапана; 14 - крышка головки блока; 15 - коромысло; 16 - регулировочный винт; 17 - ось коромысла; 18 - штанга; 19 - блок цилиндров; 20 - наконечник; 21 - внешняя пружина; 22 - внутренняя пружина
Газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала (рис. 4.1, б). Такие механизмы имеют более сложное устройство и применяются на двигателях автомобилей ЗИЛ-433100, -5301, «ГАЗель», «Волга», ГАЗ-3307. У этих двигателей распределительный вал 10расположен в блоке цилиндров 19. На кулачки вала опираются толкатели 9, которые при помощи штанг 18 через регулировочные винты 16 передают усилие на коромысло /5, а с него на стержень клапана 2. Седло клапана 1 запрессовано в головку блока цилиндров. Механизм более сложный и дорогой по сравнению с механизмом с нижним расположением клапанов, но процесс регулировки тепловых зазоров намного проще, так как подготовительная работа заключается в снятии крышки головки блока 14. При таком механизме улучшается наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом, а также очистка цилиндров от отработавших газов.
Механизм газораспределения с верхним расположением клапанов и распределительного вала (рис. 4.1, в). Он проще по устройству, так как у него отсутствуют толкатели и штанги. Коромысла 75 устанавливаются на осях коромысел 17 и одним концом опираются на кулачки распределительного вала 10. В другой конец ввернут регулировочный винт 16, который и передает усилия на стержень клапана 2. Недостатком этого механизма является более сложное устройство привода распределительного вала. Распределительный вал имеет цепной (ИЖ-2126) или ременный (ВАЗ-2110, -2111, -2112, -1111, -11113) привод. Ремни или цепи при эксплуатации растягиваются, поэтому нужно иметь специальные регулировочные устройства. Верхнее расположение распределительного вала применяют в быстроходных двигателях, так как в этом случае движение передается от кулачка распределительного вала через коромысло на клапан и можно отказаться от промежуточных деталей механизма газораспределения (толкателей и штанг), имеющих возвратно-поступательное движение и большую инерцию.
Во время сжатия и рабочего хода клапаны неподвижны и пружинами плотно прижаты к гнездам, закрывая впускные и выпускные каналы. При вращении коленчатого вала вращение через шестерни передается на распределительный вал, который, вращаясь, кулачками набегает на толкатели и поднимает их вместе со штангами. Штанга поворачивает на оси коромысло, которое бойком нажимает на стержень клапана и опускает его, открывая впускной или выпускной трубопроводы. При дальнейшем вращении распределительного вала кулачок выходит из-под толкателя, освобождая толкатель и коромысло, и клапанный механизм под действием пружин возвращается в первоначальное положение. Затем весь процесс повторяется.