Клапанный механизм

 

 

 

Клапанный механизм включает в себя следующие детали: клапаны, на­правляющие втулки, седла клапанов, возвратные пружины, опорные тарел­ки, сухари, механизм вращения клапана (двигатель ЗИЛ-508.10).

Клапаны предназначены для герметизации цилиндра при тактах сжатия и рабочего хода и соединения их с трубопроводами впускной или выпускной системы при тактах впуска или выпуска в процессе газообмена.

Условия работы клапанов:

• большие динамические нагрузки;

• высокие скорости перемещения;

• неравномерный нагрев отдельных участков;

• повышенная коррозионно-активная среда.

Материал изготовления клапанов

Клапаны изготовляются из легированных сталей с высоким содержани­ем хрома и никеля.

 

 

Устройство клапана

Притирка клапанов Притирка клапанов обеспечивают лучшую герметичность. Как проводится притирка клапанов и какие приспособления используются для притирки клапанов

Клапан состоит из головки (или тарелки) и стержня. Различают клапа­ны с плоской, выпуклой и тюльпанообразной головками. Головки обычно имеют небольшой (около 2 мм) цилиндрический поясок и уплотнительную фаску, снятую под углом 45 и 30 градусов. Уплотнительные фаски клапанов шли­фуют и притирают к седлам (притирка клапанов), а стержни подвергают термообработке, шли­фовке, полировке и покрывают хромом. Торцы стержней (3—5 мм) закали­вают. На концах стержней имеются цилиндрические, конусные или фасон­ные проточки для крепления клапанных пружин.

Чтобы уменьшить напряженность выпускных клапанов

, возникающую вследствие высоких температур, в ряде двигателей применяют натриевое ох­лаждение. С этой целью клапан выполняют полым с утолщенным стержнем и примерно на 1/3 полости заполняют металлическим натрием, температура плавления которого составляет около 97 К. В рабочем состоянии расплав­ленный натрий, перемещаясь внутри полости при возвратно-поступатель­ном движении клапана, увеличивает интенсивность отвода теплоты от горя­чей головки к более холодному стержню и далее к направляющей втулке.

Направляяющие втулки

Направляющие втулки обеспечивают строго перпендикулярное относи­тельно седла перемещение клапанов. Материалом для изготовления направ­ляющих втулок служат в основном перлитный чугун и металлокерамика, представляющая собой смесь из порошков железа, меди и графита, которые подвергаются прессованию, спеканию в печи и пропитыванию маслом. Отвозможного просачивания в цилиндры масла, стекающего по стержням впускных клапанов, последние снабжаются само подвижными манжетами.

Клапанные пружины

Клапанные пружины обеспечивают плотное прилегание клапанов к сед­лам и своевременное их закрытие после завершения действия кулачков рас­пределительного вала. Характеристику (жесткость) клапанных пружин под­бирают из условий сохранения кинематической связи между деталями меха­низма газораспределения. Клапанные пружины изготовляются из стальной проволоки диаметром 4-6 мм, легированной марганцем и хромом.

Нижним концом пружина опирается на головку блока цилиндров через специальную опорную тарелку, а верхним концом соединяется двумя сухарями с клапаном через верхнюю тарелку. Для этой цели сухари на внут­ренней поверхности имеют выступы, которые входят в проточку клапана, а гладкая наружная поверхность сухарей выполнена в виде усеченного конуса.

Два сухаря установленные на клапан, образуют опорную коническую поверхность, которая сопрягается с опорной поверхностью проточки в верхней тарелке, и это соединение удерживается в замкнутом состоянии за счет предварительного сжатия пружины. Чтобы устранить возможность возникновения опасного для прочности пружин резонанса, на клапаны ставят по две пружины с навивкой витков в противоположные стороны или делают пружины с переменным шагом навивки.

Седла клапанов

Седла клапанов. Наиболее важным сопряжением, определяющим долго­вечность механизма газораспределения, является сопряжение седло — кла­пан, так как оно подвержено ударным нагрузкам при посадке клапана и значительным термическим перегрузкам. Седло клапана, с которым сопри­касается уплотнительная фаска клапана, обрабатывают инструментом с уг­лами заточки 15, 45 и 75 градусов таким образом, чтобы уплотнительный поясок седла имел угол 45 градусов и ширину около 2 мм. По своим размерам поясок дол­жен подходить ближе к меньшему основанию конусной фаски клапана. Фаска клапана имеет меньший угол и соприкасается с седлом только узким пояском у своего большого основания, что обеспечивает хорошее уплотне­ние клапанного отверстия. Вставные седла изготовляются в виде отдельных колец из специального чугуна, легированной стали или металлокерамики.

Механизм вращения клапана

Для поддержания в рабочем состоянии контактных поверхностей уплотнительных фасок выпускных клапанов иногда применяют специальные устройства, позволяющие принудительно поворачивать клапаны в процессе работы.

Механизм вращения клапана состоит из неподвижного корпуса, в наклонных канавках которого расположены пять шариков с возвратными пружинами, дисковой пружины и опорной шайбы с замочным кольцом. Механизм вращения клапана устанавливается в расточке, сделанной в головке блока цилиндров иол опорной шайбой клапанной пружины. При закрытом клапане давление на дисковую пружину невелико, и она вогнута наружным краем вверх, а внутренним краем опира­ется в заплечик корпуса. Шарики отжаты пружинами в исходное положе­ние. В момент открытия клапана усилие со стороны клапанной пружины возрастает, под действием чего дисковая пружина, выпрямляясь, перелает усилие на шарики и вызывает их перемещение в углубление. Когда клапан закрывается, сила, действующая на дисковую пружину, уменьшается, и она, выгибаясь, освобождает шарики. Шарики под действием возвратных пру­жин перемешаются в исходное положение, что приводит к повороту клапа­на на некоторый угол (клапаны совершают 20—40 оборотов в минуту).

В некоторых двигателях применяют менее эффективное, но более про­стое устройство, основанное на использовании способа крепления клапан­ной пружины на стержне клапана. Крепление пружины на клапане состоит из опорной тарелки, втулки и двух сухарей.

Неисправности ГРМ, подробнее

Клапанный механизм

 

 

 

Клапанный механизм включает в себя следующие детали: клапаны, на­правляющие втулки, седла клапанов, возвратные пружины, опорные тарел­ки, сухари, механизм вращения клапана (двигатель ЗИЛ-508.10).

Клапаны предназначены для герметизации цилиндра при тактах сжатия и рабочего хода и соединения их с трубопроводами впускной или выпускной системы при тактах впуска или выпуска в процессе газообмена.

Условия работы клапанов:

• большие динамические нагрузки;

• высокие скорости перемещения;

• неравномерный нагрев отдельных участков;

• повышенная коррозионно-активная среда.

Материал изготовления клапанов

Клапаны изготовляются из легированных сталей с высоким содержани­ем хрома и никеля.

 

 

Устройство клапана

Притирка клапанов Притирка клапанов обеспечивают лучшую герметичность. Как проводится притирка клапанов и какие приспособления используются для притирки клапанов

Клапан состоит из головки (или тарелки) и стержня. Различают клапа­ны с плоской, выпуклой и тюльпанообразной головками. Головки обычно имеют небольшой (около 2 мм) цилиндрический поясок и уплотнительную фаску, снятую под углом 45 и 30 градусов. Уплотнительные фаски клапанов шли­фуют и притирают к седлам (притирка клапанов), а стержни подвергают термообработке, шли­фовке, полировке и покрывают хромом. Торцы стержней (3—5 мм) закали­вают. На концах стержней имеются цилиндрические, конусные или фасон­ные проточки для крепления клапанных пружин.

Чтобы уменьшить напряженность выпускных клапанов, возникающую вследствие высоких температур, в ряде двигателей применяют натриевое ох­лаждение. С этой целью клапан выполняют полым с утолщенным стержнем и примерно на 1/3 полости заполняют металлическим натрием, температура плавления которого составляет около 97 К. В рабочем состоянии расплав­ленный натрий, перемещаясь внутри полости при возвратно-поступатель­ном движении клапана, увеличивает интенсивность отвода теплоты от горя­чей головки к более холодному стержню и далее к направляющей втулке.

Направляяющие втулки

Направляющие втулки обеспечивают строго перпендикулярное относи­тельно седла перемещение клапанов. Материалом для изготовления направ­ляющих втулок служат в основном перлитный чугун и металлокерамика, представляющая собой смесь из порошков железа, меди и графита, которые подвергаются прессованию, спеканию в печи и пропитыванию маслом. Отвозможного просачивания в цилиндры масла, стекающего по стержням впускных клапанов, последние снабжаются само подвижными манжетами.

Клапанные пружины

Клапанные пружины обеспечивают плотное прилегание клапанов к сед­лам и своевременное их закрытие после завершения действия кулачков рас­пределительного вала. Характеристику (жесткость) клапанных пружин под­бирают из условий сохранения кинематической связи между деталями меха­низма газораспределения. Клапанные пружины изготовляются из стальной проволоки диаметром 4-6 мм, легированной марганцем и хромом.

Нижним концом пружина опирается на головку блока цилиндров через специальную опорную тарелку, а верхним концом соединяется двумя сухарями с клапаном через верхнюю тарелку. Для этой цели сухари на внут­ренней поверхности имеют выступы, которые входят в проточку клапана, а гладкая наружная поверхность сухарей выполнена в виде усеченного конуса.

Два сухаря установленные на клапан, образуют опорную коническую поверхность, которая сопрягается с опорной поверхностью проточки в верхней тарелке, и это соединение удерживается в замкнутом состоянии за счет предварительного сжатия пружины. Чтобы устранить возможность возникновения опасного для прочности пружин резонанса, на клапаны ставят по две пружины с навивкой витков в противоположные стороны или делают пружины с переменным шагом навивки.

Седла клапанов

Седла клапанов. Наиболее важным сопряжением, определяющим долго­вечность механизма газораспределения, является сопряжение седло — кла­пан, так как оно подвержено ударным нагрузкам при посадке клапана и значительным термическим перегрузкам. Седло клапана, с которым сопри­касается уплотнительная фаска клапана, обрабатывают инструментом с уг­лами заточки 15, 45 и 75 градусов таким образом, чтобы уплотнительный поясок седла имел угол 45 градусов и ширину около 2 мм. По своим размерам поясок дол­жен подходить ближе к меньшему основанию конусной фаски клапана. Фаска клапана имеет меньший угол и соприкасается с седлом только узким пояском у своего большого основания, что обеспечивает хорошее уплотне­ние клапанного отверстия. Вставные седла изготовляются в виде отдельных колец из специального чугуна, легированной стали или металлокерамики.

Механизм вращения клапана

Для поддержания в рабочем состоянии контактных поверхностей уплотнительных фасок выпускных клапанов иногда применяют специальные устройства, позволяющие принудительно поворачивать клапаны в процессе работы.

Механизм вращения клапана состоит из неподвижного корпуса, в наклонных канавках которого расположены пять шариков с возвратными пружинами, дисковой пружины и опорной шайбы с замочным кольцом. Механизм вращения клапана устанавливается в расточке, сделанной в головке блока цилиндров иол опорной шайбой клапанной пружины. При закрытом клапане давление на дисковую пружину невелико, и она вогнута наружным краем вверх, а внутренним краем опира­ется в заплечик корпуса. Шарики отжаты пружинами в исходное положе­ние. В момент открытия клапана усилие со стороны клапанной пружины возрастает, под действием чего дисковая пружина, выпрямляясь, перелает усилие на шарики и вызывает их перемещение в углубление. Когда клапан закрывается, сила, действующая на дисковую пружину, уменьшается, и она, выгибаясь, освобождает шарики. Шарики под действием возвратных пру­жин перемешаются в исходное положение, что приводит к повороту клапа­на на некоторый угол (клапаны совершают 20—40 оборотов в минуту).

В некоторых двигателях применяют менее эффективное, но более про­стое устройство, основанное на использовании способа крепления клапан­ной пружины на стержне клапана. Крепление пружины на клапане состоит из опорной тарелки, втулки и двух сухарей.

Неисправности ГРМ, подробнее

Механизм вращения клапана, устройство и назначение механизма вращения клапана

На некоторых двигателях применяется механизм вращения клапана, задача которого проворачивать клапан, чем и препятствует образованию нагара на посадочной поверхности тарелки клапана. Применение вращательного механизма обеспечивает  длительную работу клапанов и их равномерное изнашивание. 

Устройство механизма вращения клапана

Механизм вращения клапана состоит из: неподвижного корпуса 2 в наклонных канавках которого расположены пять шариков 3 с возвратными пружинами 10, дисковой пружины 9 и опорной шайбы 4 с замочным кольцом 5. Механизм устанавливается в рас­точке, сделанной в головке цилиндров под опорной шайбой 4 кла­панной пружины 6, закрепляемой на стержне 1 с помощью сухари­ков 8 и тарелки 7. При закрытом клапане давление на дисковую пружину 9 сравнительно невелико, и она выгнута наружным краем вверх, а внутренним краем опирается в заплечик корпуса 2. Шари­ки 3 отжаты пружинами 10 в исходное положение.

 

В момент открытия клапана давление клапанной пружины на опор­ную шайбу 4 возрастает; под действием этого давления дисковая пружина 9, выпрямляясь, передает давление на шарики 3 и вызы­вает их перемещение в конечное положение. Вместе с шариками перемещаются дисковая пружина с опорной шайбой, клапанная пружина и клапан. Когда клапан закрывается, давление на дисковую пружину 9 уменьшается, и она, выгибаясь, вновь касается своим внутренним краем заплечиков корпуса 2, освобож­дая тем самым шарики 3. Шарики под действием возвратных пру­жин перемещаются в исходное положение. Таким образом, при каждом открытии клапана происходит его поворот на некоторый угол. (При номинальном скоростном режиме клапаны совершают 20—40 об/мин.)

 

 

С целью проворачивания клапанов (в том числе и впускных) в ряде двигателей применяют менее эффективное, чем рассмотренное выше, но более простое устройство, основанное на использовании свойств специального способа крепления клапан­ной пружины на стержне клапана. Так, на примере клапанного механизма двигателя ЗМЗ-21, крепление пружины на клапане состоит из опорной тарелки, втулки  и двух сухарей . Контакт между опорной тарелкой и втулкой имеет место только на неболь­шой торцовой поверхности втулки, благодаря чему сила трения между этими деталями сравнительно невелика. Поэтому во время работы двигателя под действием вибраций узла клапан — пружина скручивание пружины при подъеме клапана обеспечивает его про­ворачивание.

Клапанный механизм

16.05.2010

Краткий обзор типов клапанного механизма

Воздух и топливо входят в камеру сгорания, а отработавшие газы покидают ее через порты клапанов. Клапаны, расположенные в портах камеры сгорания, открываются и закрываются, позволяя обеспечивать прохождение воздушно-топливной смеси/отработавших газов или герметизировать камеру сгорания. Для правильной работы двигателя клапаны должны открываться и закрываться в правильные моменты времени. Фазы газораспределения (моменты открывания или закрывания клапанов) задаются распределительным валом, воздействующим на клапанный механизм.

В автомобильных двигателях используются два основных типа клапанного механизма. Это -клапанный механизм с верхним расположением клапанов (OHV) и клапанный механизм с верхним расположением распределительного вала (ОНС). В клапанном механизме OHV используется один распределительный вал, центрально расположенный в блоке цилиндров. Кулачки распределительного вала посредством группы взаимосвязанных механических элементов управляют моментами открывания и закрывания клапанов, расположенных в головке цилиндров. Клапанный механизм ОНС использует один или несколько распределительных валов, установленных прямо на головке цилиндров над клапанами. Моменты открывания и закрывания клапанов задаются кулачками распределительного вала (валов).
 
Клапанный механизм со штангами толкателей (OHV)

Двигатели со штангами толкателей, также известные как двигатели с верхним расположением клапанов (OHV), имеют один распределительный вал, расположенный в блоке цилиндров. Клапаны располагаются в головке цилиндров над камерой сгорания. Клапаны открываются и закрываются в результате воздействия кулачков распределительного вала на толкатели, штанги толкателей и клапанные рычаги («коромысла»).

Основные элементы клапанного механизма OHV — это:
•    Головка цилиндров
•    Клапаны
•    Седла клапанов
•    Направляющие втулки клапанов
•    Клапанные пружины
•    Распределительный вал
•    Штанги толкателей
•    Толкатели
•    Клапанные рычаги
•    Привод распределительного вала
•    Привод клапана с верхним расположением

Двигатели имеют каналы, которые пропускают воздушно-топливную смесь в цилиндры и выпускают отработавшие газы, образующиеся после сгорания смеси. Эти каналы, называемые портами клапанов, очень плотно герметизируются на протяжении четырехтактного цикла. Клапаны должны открывать и закрывать порты в точные моменты времени.

Когда распределительный вал вращается, кулачок воздействует на толкатель. Толкатель нажимает на штангу толкателя, которая толкает вверх один из концов клапанного рычага. Другой конец клапанного рычага надавливает на шток клапана и заставляет клапан преодолевать усилие пружины и открываться. После того как кулачок проходит толкатель, клапанная пружина воздействует на клапан, и далее на клапанный рычаг, штангу толкателя и толкатель. Когда кулачок поворачивается достаточно далеко, клапан плотно закрывается в седле клапана.

Привод распределительного вала

В двигателях ОНС распределительный вал (ы) располагается в головке цилиндров.

Преимущества верхнего распределительного вала заключаются в следующем:

•    Меньшее количество элементов в клапанном механизме
•    Более высокая точность и прямой привод клапанов
•    Уменьшение потерь на трение

Один распределительный вал с верхним расположением (SOHC)

Двигатели SOHC обычно имеют по два клапана на цилиндр. В двигателях SOHC используются толкатели роликового типа, которые располагаются под распределительным валом, или клапанные рычаги, которые находятся над распределительным валом.

Два распределительных вала с верхним расположением (DOHC)

В двигателе DOHC работа по открыванию клапанов распределяется между двумя распределительными валами. В двигателях DOHC обычно имеется по четыре клапана на цилиндр. Большее количество клапанов на цилиндр позволяет более эффективно впускать воздушно-топливную смесь на ходе впуска и выпускать отработавшие газы на ходе выпуска.

В двигателях DOHC для воздействия на клапаны используются или толкатели роликового типа или механические толкатели прямого действия.

Привод распределительного вала

Задача газораспределительного механизма заключается в координации впуска воздушно-топливной смеси и выталкивания отработавших газов при возвратно-поступательном перемещении поршня. Это выполняется посредством синхронизации вращения коленчатого вала с распределительным валом (ами). Т.к. коленчатый вал выполняет два оборота на каждый цикл сгорания, а распределительный вал делает только один оборот, передаточное число всегда должно быть равно 2:1. Моменты открывания и закрывания клапанов обозначаются в градусах поворота коленчатого вала. Имеются различные варианты привода распределительного вала. В качестве привода клапанного механизма (а точнее, распределительного вала) могут использоваться:

•    Зубчатые колеса
•    Цепь
•    Ремень

Головка цилиндров для клапанного механизма со штангами толкателей (OHV)

Головка цилиндров крепится болтами сверху на блоке цилиндров и образует «крышу» камеры сгорания. Головка цилиндров:
•    уплотняет верхние зоны цилиндров.
•    размещает свечи зажигания.
•    размещает седла клапанов, направляющие втулки клапанов и порты для впускных и выпускных клапанов.
•    размещает клапанный механизм.
•    имеет опорные поверхности для установки впускного и выпускного коллекторов.

Как и блок цилиндров, головка цилиндров изготавливается из чугуна или алюминиевого сплава. Впускной и выпускной коллекторы крепятся к головке цилиндров напротив портов клапанов. Большинство двигателей V-6 или V-8 имеют по две головки цилиндров — по одной для каждого ряда цилиндров. Верхняя часть головки цилиндров изготавливается таким образом, чтобы на ней можно было установить клапанные рычаги или другие элементы клапанного механизма.

Прокладка головки цилиндров

Прокладка головки цилиндров обеспечивает газо- и водонепроницаемость стыка между головкой цилиндров и блоком цилиндров. Кроме того, прокладка головки цилиндров компенсирует любые незначительные неровности, имеющиеся на сопрягаемых поверхностях. По этой причине прокладка головки цилиндров должна изготавливаться из достаточно податливого материала.

Болты головки цилиндров

Болты крепления головки цилиндров надежно фиксируют головку цилиндров относительно блока цилиндров. Имеются два типа болтов крепления головки цилиндров: обычные и «с затяжкой до предела текучести». Обычные болты затягиваются поэтапно с использованием динамометрического ключа с постепенным увеличением момента затяжки. Болты с затяжкой до предела текучести также затягиваются с последовательным постепенным увеличением момента затяжки. Однако, заключительная стадия — это затяжка болтов на заданный угол, используя угломер. На этой заключительной стадии резьба слегка деформируется, что способствует созданию большей «несущей способности» болта. Вследствие деформирования резьбы болтов крепления головки цилиндров в процессе затягивания, болты с затяжкой до предела текучести можно повторно использовать только в том случае, когда это разрешено изготовителем автомобиля.

Клапаны

Клапан имеет круглую головку с конической поверхностью (фаской), которая уплотняется в седле в головке цилиндров. Вследствие конструкции клапана, имеющей шток и головку, такой клапан иногда называется тарельчатым клапаном.

Головка клапана — это больший по диаметру конец клапана, который герметизирует порт клапана. Поверхность головки цилиндров, относительно которой клапан обеспечивает уплотнение, называется седлом клапана. Головка клапана имеет механически обработанную поверхность, называемую посадочной фаской или рабочей (уплотняющей) поверхностью клапана. Посадочная фаска клапана — это место контакта между клапаном и седлом клапана. И посадочная фаска клапана и седло клапана должны быть механически обработаны таким образом, чтобы образовать герметичное уплотнение при закрытом положении клапана. Полный контакт между клапаном и седлом клапана необходим для того, чтобы отводить тепло от рабочей поверхности клапана в головку цилиндров. «Стойкость клапана» определяется толщиной головки клапана.

Седло клапана

Седло клапана — это зона контакта головки цилиндров с посадочной фаской клапана, когда клапан находится в закрытом положении. Седла имеются и у впускных и у выпускных клапанов. Зона седла клапана должна быть достаточно твердой, чтобы постоянно противостоять ударам, т.к. клапан открывается и закрывается достаточно быстро. Седло также должно быть способно обеспечивать теплопередачу, чтобы клапан не перегревался и не деформировался. Поскольку отработавшие газы коррозионно агрессивны, седла выпускных клапанов должны быть устойчивыми к воздействию коррозии. Вставное седло клапана запрессовывается в головку цилиндров. Эта вставка изготавливается из материала, отличного от материала головки цилиндров и имеющего необходимую твердость, тепловые и противокоррозионные свойства.

Шток клапана

Шток клапана — это длинная, узкая часть, расположенная над головкой. Шток клапана имеет канавку на конце, которая используется для закрепления клапана в головке цилиндров посредством сухарей. На конце штока клапана устанавливается клапанная пружина. Пружина сжимается в требуемом положении на штоке клапана посредством того, что снизу она опирается на поверхность гнезда пружины в головке цилиндров, а сверху фиксируется в требуемом положении на верхней части штока клапана посредством тарелки и сухарей. Тарелка и сухари удерживаются в требуемом положении постоянным давлением на них со стороны пружины и фиксируются в канавке штока клапана, таким образом обеспечивая постоянное стремление клапана в закрытое положение. Шток клапана проходит через направляющую втулку клапана, которая также удерживает клапан в требуемом положении в головке цилиндров.

Направляющие втулки клапанов

Направляющие втулки клапанов обеспечивают точность посадки клапанов в головке цилиндров. Они позволяют штокам клапанов проходить через камеру сгорания к верхней зоне головки цилиндров, в которой устанавливаются клапанные пружины. Некоторые направляющие втулки клапанов являются неотъемлемой частью отливки головки цилиндров. Другие направляющие втулки клапанов представляют собой вставки из «мягкого» сплава, которые изготавливаются отдельно и затем запрессовываются в головку цилиндров. Радиальный зазор между направляющей втулкой клапана и штоком клапана минимален. Он точно рассчитывается только для обеспечения достаточного пространства для смазки и свободного возвратно-поступательного перемещения штока.

Конструкции, в которых на один цилиндр приходится три или четыре клапана, используются потому, что «многоклапанная» схема более точна и эффективна. В трех клапанной конструкции обычно используются два клапана для впуска и один клапан для выпуска. В четырех-клапанной конструкции используются по два клапана для впуска и выпуска.

Клапанный зазор

Когда клапан перемещается в закрытое положение, он должен плотно сесть в седле клапана. Чтобы выполнить это, не должно быть никакого давления на шток клапана. На некоторых двигателях создается небольшое пространство между кончиком штока клапана и приводом (клапанным рычагом, толкателем, гидравлическим толкателем). Это пространство называется клапанным зазором. Клапанный зазор должен быть точно отрегулирован, чтобы избежать повышенного шума и обеспечить надежную работу. Если клапанный зазор слишком велик, двигатель работает шумно. Если клапанный зазор отсутствует, клапан не способен плотно сесть в седле клапана. Отработавшие газы смогут проходить через седло клапана и в конечном счете прожечь отверстие в клапане в месте протечки. В некоторых двигателях клапанный зазор поддерживается механическими мерами, такими как установка регулировочной прокладки.

Конструкции с механической регулировкой зазора могут требовать периодических регулировок. В некоторых двигателях клапанный зазор поддерживается автоматически посредством гидравлических устройств. Гидравлическое устройство (толкатели различной конструкции) удлиняется под воздействием гидравлического давления масла, что позволяет обеспечить постоянный контакт с кончиком штока клапана. При закрывании клапана давление масла сбрасывается, позволяя клапану плотно сесть в седло клапана (закрыться).

Клапанные пружины

Клапанная пружина отвечает за плотность посадки клапана в седле клапана при закрытии клапана. Пружина устанавливается в верхней зоне головки цилиндров вокруг штока клапана. Верхние и нижние тарелки предотвращают износ пружины и удерживают ее на месте. Сухари клапана, устанавливаемые в верхнюю тарелку пружины, фиксируются в канавке штока клапана и удерживают все перечисленные элементы в требуемом положении.

Усилие пружины

Клапанная пружина должна быть способна создавать усилие, достаточное, чтобы удерживать клапан в седле клапана плотно закрытым. Кроме того, клапанные пружины должны удерживать все элементы клапанного механизма в контакте друг с другом, т.к. двигатель работает с высокой частотой вращения. В то же самое время, клапанная пружина не должна создавать слишком большое усилие, т.к. это вызовет преждевременный износ элементов. Поэтому клапанные пружины рассчитываются на создание вполне определенного усилия, отвечающего конкретной конструкции двигателя.

Рабочая высота пружины

Рабочая высота — это длина пружины, когда она установлена в головку цилиндров, а клапан полностью закрыт.

Распределительный вал

Распределительный вал управляет фазами газораспределения клапанов (моментами открывания и закрывания клапанов).

Распределительный вал приводится в движение коленчатым валом посредством зубчатой передачи, цепного или ременного привода.

Распределительный вал вращается с частотой вращения, равной половине частоты вращения коленчатого вала, что позволяет обеспечивать правильное газораспределение в четырех тактах сгорания. Открывание и закрывание клапанов выполняется кулачками, расположенными на распределительном вале. Каждому клапану двигателя, независимо от конструкции последнего, соответствует свой собственный кулачок на распределительном вале. В зависимости от конструкции двигателя в нем может иметься только один или несколько распределительных валов.

Подъем клапана

Высота подъема клапана — это расстояние, на которое приподнимается клапан над седлом клапана при полном открывании клапана. Высота подъема клапана задается высотой кулачка и конструкцией клапанного механизма. Клапан должен приподниматься настолько, чтобы позволить воздушно-топливной смеси свободно входить в цилиндр, а отработавшим газам свободно вытекать из цилиндра, и при этом клапан не должен сталкиваться с поршнем, а пружина не должна заедать.

Продолжительность открытого состояния клапана

Продолжительность открытого состояния клапана -это отрезок времени, в течение которого кулачок распределительного вала удерживает клапан открытым. Продолжительность измеряется в градусах поворота распределительного вала и задается формой кулачка. Изменение продолжительности воздействует на рабочие характеристики двигателя, определяя, какой крутящий момент и мощность генерируются при данной частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Перекрытие клапанов

Перекрытие клапанов -это состояние, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно.

Перекрытие клапанов обычно имеет место в последней части хода выпуска четырехтактного цикла. Чтобы обеспечить хорошее прохождение воздушного потока в цилиндр на ходе впуска, впускной клапан должен начать открываться раньше, чем закончится ход выпуска.

Перекрытие клапанов задается расположением кулачков на распределительном вале. Перекрытие клапанов измеряется в градусах поворота распределительного вала. Изменение перекрытия клапанов оказывает влияние на рабочие характеристики двигателя.

Клапанный механизм с верхним расположением клапанов

В двигателе OHV, в котором распределительный вал устанавливается ниже клапанов в блоке цилиндров, для приведения в движение цепи газораспределительного механизма, которая вращает звездочку распределительного вала, используется звездочка коленчатого вала.

Штанги толкателей

В двигателе OHV штанги толкателей передают движение на подъем от распределительного вала и толкателей к клапанам. Штанги толкателей изготавливаются из жесткой стальной трубы и имеют на концах чашеобразные или шаровые головки. На некоторых двигателях используются штанги толкателей с изменяющейся длиной, что позволяет обеспечить первичную регулировку зазора с помощью гидравлических толкателей.

Клапанные рычаги

Клапанный рычаг передает движение от штанги толкателя или распределительного вала к клапану, полностью изменяя направление перемещения. Ось для клапанного рычага проходит через сам рычаг (высверливается отверстие для оси), поэтому клапанный рычаг может качаться на оси такого клапанного рычага.

Толкатели клапанов

Толкатели клапанов передают движение подъема от кулачков к штокам клапанов. Толкатель предохраняет шток клапана от бокового давления. Толкатели могут быть жесткими или иметь гидравлический привод. Кроме того, толкатели могут иметь или плоскую контактную поверхность или роликовый механизм, позволяющий уменьшить трение.

Жесткий толкатель клапана

Жесткий толкатель клапана передает движение от кулачка к клапану. Жесткий толкатель — это цельный элемент, не имеющий никаких движущихся частей. Двигатели, оснащенные жесткими толкателями, требуют выполнения периодических регулировок, позволяющих уменьшить износ клапанного механизма и устранить шум.

Гидравлические толкатели клапанов

Гидравлические толкатели не только передают движение, но также могут компенсировать изменения величины клапанного зазора. Гидравлический толкатель — это гидравлический цилиндр, который регулирует величину клапанного зазора, используя давление моторного масла и усилие, создаваемое внутренней пружиной.

Роликовые толкатели и толкатели с плоской рабочей поверхностью

Распределительный вал, воздействуя на плоскую поверхность толкателя, создает трение. Чтобы уменьшить трение, некоторые толкатели имеют ролик, встроенный в зону контактной поверхности толкателя. Распределительный вал контактирует с роликом, а не с плоской поверхностью (причиной трения). Клапанный рычаг с роликом аналогичен клапанному рычагу и имеет то же самое преимущество, что и роликовый толкатель. Один конец клапанного рычага с роликом подпирается толкателем, который управляет регулировкой зазора. Другой конец клапанного рычага с роликом воздействует на клапан по мере того, как распределительный вал «наезжает» на ролик.

Толкатели клапанов при верхнем расположении распределительного вала (ОНС)

Английский термин «cam follower» — это другой термин для обозначения механического толкателя клапана («mechanical lifter»). Обратитесь к гл. «Толкатели клапанов».

Жесткие толкатели клапанов «поршневого типа»

Жесткие толкатели клапанов, так называемого, «поршневого типа», используемые в двигателях ОНС и DOHC, предлагают способ корректировки клапанного зазора. Регулировочные прокладки различной толщины позволяют изменять зазор между распределительным валом и толкателем.

Гидравлические компенсаторы клапанных зазоров при верхнем расположении распределительного вала (ОНС)

Гидравлический компенсатор клапанного зазора -это вариант гидравлического толкателя для двигателя ОНС. На многих двигателях ОНС клапанные зазоры регулируются автоматически гидравлическими компенсаторами клапанных зазоров. Гидравлические компенсаторы клапанных зазоров устраняют потребность в ручной регулировке клапанов. Гидравлический компенсатор клапанного зазора «поршневого типа» располагается между верхушкой штока клапана и распределительным валом. В этой конструкции распределительный вал контактирует непосредственно с верхней поверхностью регулятора зазора.

Гидравлические компенсаоры клапанных зазоров, установленные в клапанных рычагах

Гидравлические компенсаторы клапанных зазоров, установленные в клапанных рычагах, во многом работают подобно гидравлическому компенсатору зазора «поршневого типа», за исключением того, что они находятся в контакте с клапанными рычагами, а не с распределительным валом.

Гидравлический компенсатор зазора, установленный в клапанном рычаге, не имеет корпуса регулятора, но шариковый клапан, плунжер и внутренний корпус работают также, как и в гидравлическом компенсаторе зазора «поршневого типа», что позволяет поддерживать нулевой клапанный зазор.

Привод распределительного вала с верхним расположением

Чтобы приводить в движение распределительный вал (ы), шкив или звездочка на конце коленчатого вала приводит в движение ремень или цепь газораспределительного механизма, который (ая), в свою очередь, приводит во вращение шкив (ы) или звездочку (и) распределительного вала (ов). Шкивы или звездочки распределительных валов, имеющие кинематическую связь с цепью или ремнем, затем приводят во вращение каждый распределительный вал. Шкив зубчатого ремня газораспределительного механизма, расположенный на коленчатом вале, имеет количество зубьев, равное половине количества зубьев на шкивах распределительных валов, поэтому распределительные валы совершают один оборот на каждые два оборота коленчатого вала. Привод распределительного вала типа ОНС также включает в себя натяжной шкив (натяжитель) и пружину натяжителя или гидравлический автоматический натяжитель, которые обеспечивают натяжение цепи или ремня газораспределительного механизма и фазы газораспределения клапанов.

Комбинированный ременно-цепной привод

Другой тип привода DOHC — это комбинация ременного и цепного привода. В этой конструкции ремень газораспределительного механизма приводит в движение впускной распределительный вал, а цепь газораспределительного механизма -выпускной распределительный вал. Главное преимущество этой конструкции заключается в том, что она позволяет клапанам располагаться под более вертикальным углом. Этот угол обеспечивает увеличение эффективности сгорания, улучшение экономии топлива и более низкую токсичность выхлопа.

Комбинированный ременно-зубчатый привод

В этой компоновке с двумя распределительными валами с верхним расположением (DOHC) ремень и шкив используются для привода от коленчатого вала только одного распределительного вала. Второй распределительный вал приводится в движение от первого посредством зубчатой передачи с косыми зубьями. Одно из косозубых зубчатых колес имеет на один зуб больше, чем другое. Зубчатое колесо с дополнительным зубом называется фрикционным зубчатым колесом, потому что оно обеспечивает плотный контакт между зубчатыми колесами. Это заедание уменьшает уровень шума в шестернях и клапанном механизме в процессе работы.

Регулируемое газораспределение

В некоторых двигателях DOHC используется регулируемое газораспределение (VCT). Аналогичная система известна и под аббревиатурой WT. В любой из этих систем гидравлическое исполнительное устройство изменяет фазы газораспределения клапанов, т.е. моменты открывания и закрывания клапанов. Газораспределение изменяется в зависимости от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя и позволяет улучшить характеристики двигателя.

автозапчасти в москве

Четырехтактный двигатель: Клапанный механизм | Мото вики

В принципе, все четырехтактные двигатели похожи, они отличаются только расположением и приводом впускных и выпускных клапанов. Как и многое другое в мотоцикле, стремление достичь высоких скоростей и мощностей привело к существенному усовершенствованию четырехтактного двигателя. Ниже рассмотрены различные схемы, начиная с нижнеклапанной, которая, несмотря не то, что во многом устарела, послужит для демонстрации степени развития современных конструкций с верхним распредвалом.

Нижнеклапанный механизм газораспределения (SV)Править

Конструкция нижнеклапанного механизма

Нижнеклапанный двигатель является относительно простой реализацией четырехтактного цикла, в нем используется минимум деталей для передачи усилия от распредвала к клапану. Привод распредвала осуществляется шестеренчатой или цепной передачей, расположенной рядом с коленчатым валом. Кулачки опираются на толкатели. которые представляют собой короткие штанги, перемещающиеся параллельно оси цилиндра. В этих штангах есть регулировочные винты с контргайками, при помощи которых можно изменять длину для обеспечения требуемого зазора в клапанах между толкателем и стержнем клапана. Такое расположение клапанов означает, что они находятся в выступе камеры сгорания сбоку от цилиндра, а не в головке, как в других четырехтактных двигателях.

Скорее всего, нижнеклапанный двигатель — самый простой и дешевый из четырехтактных двигателей, и большинство английских и американских компаний широко использовали это в свое время, оснащая такими двигателями утилитарные или дешевые модели. Неудачная форма камеры сгорания, продиктованная расположением клапанов, которые находятся с одной стороны цилиндре, ограничивает КПД двигателя. В связи с этим нижнеклапанный двигатель развивает меньшую мощность и потребляет большее количество топлива по сравнению с аналогичным верхнеклапанным двигателем.

Неэффективность стала более явной при росте частот вращения двигателя, и традиционный нижнеклапанный двигатель эволюционировал в одноцилиндровый двигатель большого объема с относительно низкой мощностью. При оснащении его большими маховиками он развивает высокий крутящий момент при низких частотах вращения двигателя, в связи с чем был популярен у приверженцев мотоциклов с колясками. Эти эластичные и простые двигатели былиособенно надежны, кроме того, их было очень легко ремонтировать, если возникали какие-то проблемы.

Упадок нижнеклапанных двигателей пришелся на годы после Второй Мировой войны, с появлением современных материалов и технологий производства. Наряду с более конкурентоспособной конструкцией OHV, нижнеклапанный двигатель исчез из мира мотоциклов, но по прежнему его можно встретить на газонокосилках и подобных машинах, где простота и дешевизна перевешивают любые другие факторы.

Верхнеклапанная конструкция. Механизм газораспределения (OHV)Править

Конструкция механизма OHV

Строго говоря, термин «верхнеклапанный двигатель» охватывает все четырехтактные двигатели, конструкция механизма газораспределения которых отличается от нижнеклапанной. Однако обычно не применяется в отношении двигателей с верхним распределительным валом (SOHC и DОНС), а используется для обозначения верхнеклапанных двигателей с нижним распредвалом и толкателями.

В верхнеклапанном двигателе применяются длинные штанги, проходящие через туннель в блоке и головке цилиндров, расположенный в приливе головки цилиндра невдалеке от стержней клапанов. Толкатели и торцы стержня клапана связаны короткими коромыслами, которые могут вращаться на оси. Регулировка зазора в клапанах производится при помощи как винта и контргайки на одном из плеч коромысла, так и толкателя телескопического типа, длину которого можно изменять. По конструкции верхнеклапанный двигатель очень бпизок к нижнеклапанному, хотя у первого множество преимуществ, главным из них является независимость при проектировании формы камеры сгорания. Во многих отношениях полусферическая камера сгорания является идеальной, и верхнеклапанная конструкция с расположением клапанов под углом к вертикали образует высокоэффективную форму камеры сгорания. Такое расположение клапанов способствует эффективному газообмену и более полному сгоранию топливовоэдушной смеси. Эта основная компоновка двигателя OHV хорошо зарекомендовала себя за несколько десятилетий, но сегодня ее вытеснинили верхневальные конструкции (за исключением нескольких моделей, которые все еще находятся в производстве).

Стремление повысить мощность неизбежно привело к снижению ограничений по конструкции, сначала на спортивных, а позже и на дорожных мотоциклах. При заданной форме камеры сгорания один из способов достижения большей мощности двигателя заключается в повышении скорости его работы, то есть числа оборотов, и, следовательно, количества рабочих ходов в минуту. При повышении частоты вращения двигателя ряд технических ограничений начинает вызывать затруднения, особенно в узлах клапанного механизма. При работе двигателя на высоких частотах вращения прочность толкателей, штанг и коромысел должна быть достаточной для того, чтобы выдержать возросший уровень нагрузки, К сожалению, увеличение прочности неизменно приводит к росту веса, а это уже служит причиной других проблем.

По мере того, как кулачок распредвала поднимает толкатель и штангу, открывая клапан через коромысло,скорость перемещения этих узлов постепенно увеличивается. До достижения определенной скорости проблем не возникает, но как только скорость превышает значение скорости, заданное конструктивными параметрами данного двигателя, вес узлов клапанного механизма становится таким, что они не могут достаточно быстро отслеживать профиль кулачка. В этот момент клапана начинают «зависать», несмотря на усилие возвратных пружин. Мало того, что это ограничивает частоту вращения двигателя, зависание клапанов приводит к риску изгиба или смещения штанг толкателей, а в отдельных случаях — риску выхода впускных и выпускных клапанов в камеру сгорания. Если это происходит, то в следующий момент, когда поршень достигает верхней мертвой точки, он ударяет по клапанам, что приводит к серьезным повреждениям. Одним из решений является установка усиленных клапанных пружин, но это вызывает усиление трения, снижение мощности и приводит к ускоренному износу. Кроме того, это может привести к вибрации (отскоку) клапана. Узлы клапанного механизма можно облегчить, но одновременно с этим происходит их ослабление. Альтернативой может быть использование специальных материалов для производства узлов, но, несмотря на то. что они будут легче и прочнее, их стоимость сильно возрастет.

Из вышеописанного можно сделать вывод, что конструкция нижневального двигателя с толкателями (OHV) эффективна для многих целей, ню там, где необходимо достижение высокой мощности и частоты вращения, она имеют ограниченное применение. Там, где применяется такая схема, например, на прочном и долговечном одноцилиндровом двигателе Honda CG125 или на V-образных двухцилиндровых двигателях Moco-Guzzi, получающаяся в результате машина — простая и надежная «рабочая лошадка*, хотя и не отличающаяся выдающимися характеристиками.

Преимущество использования вышеописанной схемы на V-образном двигателе состоит в том, что используется только один распредвал — деталь, которую относят к числу дорогостоящих. Но поскольку большинство V-образных двухцилиндровых двигателей используется на мотоциклах типа «чёпер» и «турер», скромные характеристики не беда. Во многих отношениях нижневальный двигатель с толкателями (OHV) на данный момент равноценен исчезнувшим нижнеклапанным двигателям.

Конструкция механизма газораспределения с одним верхним распредвалом (SOHC)Править

Чтобы преодолеть затруднения, вызванные увеличением веса узлов клапанного механизма, желательно устранить как можно больше деталей, двигающихся возвратно-поступательно. К ним относятся: толкатель, штанга, коромысло и сам клапан. В отношении толкателя и клапана мало что может быть сделано, кроме понижения их веса за счет тщательного выбора оптимальной конструкции и использования прочных, долговечных, но легких материалов. На спортивных двигателях, где затраты на производство не имеют значения, могут использоваться экзотические материалы типа титана, но для массового производства это неприменимо.

Единственное, что можно сделать, это перенести распредвал в головку цилиндров и избавиться от толкателя, а кулачки заставить работать непосредственно по закаленному подпятнику коромысла (рокера или рычага, как их иногда называют). Сама идея не нова, существует множество примеров довоенных четырехтактных двигателей с верхними распредвалами. В типичном двигателе с вархним распредвалом (SDHC) распредвал размещен в головке цилиндров между впускными и выпускными клапанами.

Клапаны, устройство и назначение клапана

Кла́пан — это устройство, предназначенное для открытия, закрытия, а также регулирования потока горючей смеси, которая попадает в цилиндры двигателя и выпуска отработавших газов.

Для нормальной работы четырехтактного двигателя требуется, как минимум, по два клапана на каждый цилиндр — впускной клапан и выпускной клапан. В данный момент широкое распространение получили клапаны тарельчатого типа со стержнем. Для качественного наполнения цилиндра горючей смесью диаметр тарелки впускного клапана делается немного больше, чем у выпускного.



 

Из чего изготавливают клапана

Седла клапанов изготавливаются из чугуна или стали, затем запрессовываются в головку блока цилиндров. Клапаны во время работы двигателя подвержены значительным механическим и тепловым нагрузкам, поэтому необходимо подбирать специальный сплав для изготовления детали.

Клапана для высокофорсированных двигателей должны хорошо охлаждаться, поэтому в них применяют клапаны с полым стержнем, с наполнением натрия внутри. При достижении рабочей температуры натрий плавится и начинает перетекать от тарелки клапана, к стержню равномерно распределяя тепло. Для равномерности теплопередачи и уменьшения нагара на фасках клапана применяют механизмы вращения клапана.

 

Виды ГРМ


Существуют следующие виды газораспределительных механизмов: нижнеклапанный ГРМ и верхнеклапанный ГРМ. Сегодня, на современных автомобилях, используются только верхнеклапанные ГРМ, когда клапаны располагаются в головке цилиндров.

Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью клапанной пружины, а открывается при нажатии на стержень клапана. Клапанные пружины должны иметь определенную жесткость (оптимальную, чтобы не увеличивать ударную нагрузку на седло клапана) для гарантированного закрытия клапана во время работы.

Чтобы снизить потери на трение в ГРМ применяют ролики, которые установлены на рычагах и толкателях привода клапанов. Применение роликов в клапанном механизме заменяет трение скольжения, на трение качение, что значительно уменьшает потери на привод клапанов.

При открытии впускного клапана проходит топливно-воздушная смесь (или воздух) наполняя цилиндр двигателя. Чем больше площадь проходного сечения, тем полнее заполнится цилиндр, что приводит к повышению выходных показателей цилиндра при рабочем ходе. Для улучшения очистки цилиндров от продуктов сгорания увеличивают диаметр тарелки выпускного клапана. Правда, размеры тарелок клапанов ограничены размером камеры сгорания, выполненной в головке цилиндров. Многое также зависит от регулировки клапанов. 

Применение четырех клапанов на цилиндр началось еще в 1912 г. на двигателе автомобиля PeugeotGranPrix. Широкое использование такой схемы в серийном производстве легковых автомобилях началось только в конце 1970-х гг. Сегодня ГРМ с четырьмя клапанами на цилиндр стали практически стандартными для двигателей европейских и японских легковых автомобилей.

Mercedes выпускает двигатели, которые имеют по три клапана на цилиндр, два впускных и один выпускной, с двумя свечами зажигания (по одной с каждой стороны от выпускного клапана).

Существует практика использования даже 5 клапанов на цилиндр (3 впускных и 2 выпускных). Такой технологией практикует автомобильная группа Volksvagen-Audi, но при этом значительно усложняется привод клапанного механизма.

Детали клапанного механизма газораспределения

Категория:

   Автомобили и трактора

Публикация:

   Детали клапанного механизма газораспределения

Читать далее:



Детали клапанного механизма газораспределения

Клапаны служат для периодического открытия и закрытия отверстий, сообщающих впускной или выпускной трубопровод с цилиндром.

Клапан состоит из головки и стержня. Плавный переход от головки к стержню увеличивает прочность клапана, улучшает отвод тепла и уменьшает сопротивление потоку газа.

Форма головки клапана может быть плоской, выпуклой и тюльпанообразной. При этом головке необходимо обеспечить хорошую сопротивляемость короблению, так как температура выпускных клапанов дости— гает 600—850 °С, а впускных — 300— 400 °С. Головка имеет уплотняющую конусную поверхность (фаску), которая обеспечивает центровку клапана при его посадке в седло. Фаска клапана выполняется под углом 30° или 45°.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Клапан с фаской под углом 45° при одинаковом подъеме имеет меньшие проходные сечения, чем клапан с фаской под углом 30°, однако обеспечивает лучшую центровку в седле и большую жесткость головки; поэтому фаску под углом 30° применяют главным образом для впускных клапанов форсированных двигателей. Фаску клапана шлифуют, а затем притирают к седлу. Нижний конец стержня может быть различной формы в зависимости от способа крепления клапанных пружин. Для уменьшения износа торец стержня закаливают или на него надевают защитный каленый колпачок.

Иногда для лучшего охлаждения в стержне выпускного клапана высверливают канал, который частично заполняется натрием. При нагреве натрий плавится и, испаряясь, отнимает тепло от головки клапана, передавая его через направляющую втулку стенкам головки цилиндров. С целью увеличения срока службы выпускного клапана производят жаростойкую наплавку слоем твердого сплава.

Пружина клапана закрепляется на конце стержня клапана чаще всего посредством двух конических сухариков, для которых на стержне сделана выточка. Применение дополнительной промежуточной детали в креплении опорной шайбы втулки сухариков позволяет клапану при работе поворачиваться от вибрации двигателя и усилия коромысла, что уменьшает износ клапана. Поворот возможен ввиду незначительного трения между торцами втулки и шайбы. Для устранения подсоса масла в цилиндр двигателя через зазор между стержнем клапана и втулкой на стержне клапана помещают колпачок из маслостойкой резины.

Рис. 28. Клапан и формы его головок

Рис. 29. Способы крепления клапанных пружин на клапане

Рис. 30. Выпускной клапан и механизм его вращения двигателя ЗИЛ-130:
а — Механизм вращения клапана; б — выпускной клапан в сборе

Увеличение срока службы и равномерный износ выпускного клапана двигателя ЗИЛ-130 достигается вращением его при работе двигателя. Для этой цели выпускной клапан снабжен специальным механизмом, который состоит из неподвижного корпуса (рис. 30), установленного на площадке в головке блока и на направляющей втулке клапана, пяти шариков с возвратными пружинами, расположенными по дуге в наклонных углублениях в корпусе, конической дисковой пружины, свободно надетой на выступ корпуса, упорной шайбы, нагруженной клапанной пружиной, и замочного кольца, удерживающего весь механизм в сборе.

При закрытом клапане дисковая пружина внутренней кромкой лежит на заплечике корпуса, а на наружную ее кромку опирается упорная шайба; шарики под воздействием пружины свободно лежат в мелкой части канавок корпуса. По мере открытия клапана усилие клапанной пружины, воздействующей на упорную шайбу, возрастает настолько, что дисковая пружина распрямляется и становится плоской; между ее внутренней кромкой и заплечиком корпуса появляется зазор; при этом усилие клапанной пружины передается на шарики; они перекатываются по наклонному дну канавок, увлекая за собой дисковую пружину и упорную шайбу, а вместе с ними поворачивается на некоторый угол и выпускной клапан с клапанной пружиной. Во время закрытия клапана усилие клапанной пружины уменьшается; дисковая пружина, прогибаясь, садится на заплечик корпуса, освобождает шарики и они под действием возвратных пружин занимают свое первоначальное положение, заклиниваясь между шайбой и наклонной’Поверхностью корпуса. Клапан при этом не вращается. Установлено, что за каждые сто оборотов коленчатого вала клапан поворачивается на один оборот.

Материалы, применяемые для изготовления клапанов, должны обладать повышенными механическими характеристиками, высокой устойчивостью против износа и коррозии.

Впускные клапаны, имеющие сравнительно невысокие температуры, изготовляют из хромистой, хромованадиевой или хромоникелевой сталей. Выпускные клапаны изготовляют из легированных жаростойких сталей.

Седло клапана у большинства двигателей выполнено непосредственно в головке цилиндров или блок-картере. Чтобы увеличить срок службы и облегчить ремонт, у некоторых двигателей седла клапанов изготовлены в виде вставных колец, которые запрессовываются в головку цилиндров или блок-картеров. Двигатели, головки которых выполнены из алюминиевых сплавов, имеют вставные седла для всех клапанов.

Клапанные седла изготавливают из серых перлитовых или отбеленных чу-гунов; такие седла хорошо противостоят ударной нагрузке и химическому воздействию газов.

Направляющие втулки клапанов обеспечивают точную посадку клапанов в седла. Они запрессовываются в головку цилиндров или блок-картер. Втулки изготовляют обычно из чугуна, реже из алюминиевой бронзы или металлокерамики.

Клапанные пружины служат для закрытия клапанов и плотной посадки их в седла, а также воспринимают инерционные усилия, возникающие при работе механизма газораспределения. Для предотвращения самопроизвольного отрыва закрытого выпускного клапана от седла при такте впуска пружине (при установке ее на место) сообщают предварительную затяжку. Сила пружины при полностью открытом клапане должна быть достаточной для удержания толкателя прижатым к кулачку распределительного вала, сохраняя этим установленную продолжительность открытия клапана.

В некоторых двигателях (ЯМЭ-236, ЯМЭ-238 и др.) устанавливаются две пружины (одна в другой) с различным направлением их витков; этим предотвращается заклинивание витков внутренней ‘пружины витками внешней. Установка двух пружин уменьшает общую их высоту, устраняет возможность возникновения опасного для прочности пружин резонанса и гарантирует большую надежность в работе, так как при поломке одной из пружин клапан будет удерживаться другой.

Рис. 31. Детали механизма газораспределения

Клапанная пружина одним концом упирается в тело блок-картера или головки цилиндров двигателя, другим — в шайбу , соединенную с концом стержня клапана.

Пружины клапанов изготовляют методом холодной навивки и обычно подвергают дробеструйному наклепу для повышения усталостной прочности. Для изготовления пружин используется проволока из высокоуглеродистой марганцовистой; кремнемарганцовистой и хро-моникелеванадиевой стали диаметром 3—5 мм.

Толкатели служат для передачи усилия от кулачков распределительного вала к стержням клапанов или штангами восприятия боковых усилий, возникающих при вращении кулачка.

Применяются следующие виды толкателей: качающиеся роликовые (рис.31, а), роликовые (рис. 31,6), тарельчатые (рис. 31, г, е) и цилиндрические (рис. 31, д). Качающиеся роликовые толкатели применяются преимущественно на дизельных двигателях. Толкатель представляет собой стальной качающийся рычажок, в отверстие которого запрессована бронзовая втулка. Ролик вращается на оси игольчатого подшипника. Сверху в толкатель запрессована стальная пята со сферической поверхностью, на которую опирается пустотелая штанга, передающая движение кромыслу.

Для более равномерного износа толкатель одновременно с прямолинейным движением совершает вращательное, которое (при плоской опорной поверхности толкателя) достигается смещением его оси относительно оси кулачка распределительного вала (см. рис. 31, г), а при сферической опорной поверхности — применением кулачков распределительного вала, имеющих небольшой наклон (см. рис. 31,5, е).

В случае нижнего расположения клапанов в торец толкателя ввернут регулировочный болт (см. рис. 31, е) с контргайкой. Изменением положения этого болта по высоте можно регулировать зазор между клапаном и толкателем.

Кроме толкателя с регулировочным болтом, применяют толкатели с гидравлическим устройством, обеспечивающим автоматическое устранение зазоров и бесшумность работы клапанного механизма.

Направляющими толкателей чаще всего служат отверстия, расточенные непосредственно в блоке цилиндров. В некоторых случаях в эти отверстия запрессовывают направляющие втулки. Иногда эти направляющие привертываются болтами к блоку цилиндров. Толкатели изготовляют из легированных или углеродистых сталей, чугуна, а направляющие втулки также из чугуна.

Штанги служат для передачи усилия от толкателей к коромыслам при верхнем расположении клапанов. Они должны обладать достаточной продольной жесткостью и иметь минимальную массу. В большинстве случаев штанги (рис. 31, в) изготовляют трубчатыми. С обоих концов штанги крепят (напрессовывают или приваривают) наконечники, один из которых (шаровой) опирается на сферическую поверхность толкателя, а другой (в виде сферической чашечки) упирается в шаровую головку регулировочного винта, ввертываемого в коромысло. Шарниры выполняют в форме шара, так как верхний конец штанги при движении описывает дугу с радиусом, равным плечу коромысла.

Материалом для штанги служит сталь или алюминиевый сплав. Наконечники изготовляют из стали, цементируют и закаливают, а их сферическую поверхность полируют.

Коромысло служит для передачи усилия от штанги к клапану. Коромысло (см. рис. 31, в) — это стальной двуплечий рычаг. На коротком его плече имеется отверстие с резьбой, в которое ввертывают винт, фиксируемый гайкой. На конце длинного плеча коромысла имеется утолщение (боек), контактирующее с клапаном. Поверхность бойка термически обрабатывают и шлифуют. В средней части коромысла имеется отверстие с запрессованной втулкой или в ряде случаев игольчатый подшипник. Коромысло устанавливают на пустотелых валиках, закрепленных в стойках. Стойки крепят к головке цилиндров шпильками с гайками. Продольное перемещение коромысел по валику предотвращается распорными пружинами. Внутренняя полость валиков коромысел используется как канал для подвода масла, смазывающего втулки коромысел и трущиеся поверхности регулировочных винтов, штанг и толкателей. Масло к указанным деталям поступает при совпадении отверстий в стенках валиков со сверлениями в коромыслах.

Коромысла изготовляют штамповкой из углеродистых или легированных сталей.

Распределительный вал служит для своевременного открытия и закрытия клапанов. Вал имеет опорные шейки (рис. 32, а), впускные и выпускные кулачки, эксцентрик для привода топливного насоса и шестерню привода масляного насоса и распределителя зажигания. Спереди с помощью шпонки и болта на валу укреплена шестерня привода распределительного вала. Распределительный вал вращается в подшипниках, залитых антифрикционным сплавом и запрессованных в передней и задней стенках и перегородках блок-картера.

Количество кулачков на распределительном валу соответствует удвоенному числу цилиндров двигателя. Кулачки расположены на нем в определенном порядке под разными углами в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Между шестерней и передней опорной шейкой установлены распорное кольцо и упорный фланец, удерживающий вал от осевых смещений.

Фиксация вала в осевом направлении осуществляется специальными торцовыми ограничителями. У большинства двигателей осевые перемещения ограничиваются упорным фланцем (рис. 32, б), прикрепленным болтами к блок-картеру. Распорное кольцо, зажатое между ступицей шестерни и передней опорной шайбой, толще упорного фланца, что обеспечивает необходимый осевой зазор между торцом шейки и ступицей шестерни.

Распределительные валы изготовляют штамповкой или отливают из углеродистых и легированных сталей или из чугуна. Для увеличения износоустойчивости кулачки и шейки стальных валов подвергают цементации или поверхностной закалке токами высокой частоты, а чугунные — отбеливанию.

Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала посредством шестерен или бесшумной цепи. В первом случае ведущая шестерня укреплена на переднем конце коленчатого вала и находится в зацеплении с ведомой шестерней распределительного вала. При этом у четырехтактных двигателей шестерня коленчатого вала имеет вдвое меньшее число зубьев, чем шестерня распределительного вала, так как частота вращения распределительного вала должна быть в раза меньше частоты вращения коленчатого вала. У двухтактных двигателей эти шестерни имеют одинаковое число зубьев.

Для большей плавности хода и уменьшения шума шестерни изготовляют с косыми зубьями, причем шестерню коленчатого вала изготовляют стальной, а шестерню распределительного вала — текстолитовой или чугунной.

Количество распределительных шестерен зависит от расстояния между коленчатым и распределительным валами; если оно велико, то привод осуществляется через промежуточную шестерню.

Рис. 32. Распределительный вал и его привод

Рис. 33. Цепной привод распределительного вала двигателя «Москвич-412»: а — привод; б — натяжное устройство

При цепной передаче на концех коленчатого и распределительного валов закрепляют звездочки, соединенные гибкой бесшумной цепью. В последнее время все большее распространение получают передачи к верхнему распределительному валу наружными зубчатыми ремнями, изготовленными из синтетических невытягивающихся материалов.

Для согласования работы узлов и деталей механизма распределительные шестерни или звездочки при сборке должны устанавливаться так, чтобы метки А, нанесенные на них, находились друг против друга.

Рис. 34. Схемы декомпрессионных механизмов

Вдвигателе СМД-14 распределительные шестерни расположены в картере шестерен. Вращение от шестерен (рис. 32, в) коленчатого вала передается промежуточной шестерне, которая свободно вращается на опорном пальце. На ступице шестерни напрессована прямозубая шестерня, которая приводит во вращение шестерню валика масляного насоса. Промежуточная шестерня находится в зацеплении с шестерней распределительного вала и шестерней привода топливного насоса и счетчика моточасов.

От шестерни распределительного вала приводится во вращение шестерня привода гидравлического насоса. Все шестерни (кроме шестерен привода масляного насоса) косо-зубые. Шестерни при сборке устанавливаются по имеющимся на Них меткам К, Р и Т.

Двигатель «Москвич-412» имеет цепной привод, состоящий из звездочки (рис. 33) коленчатого вала, звездочки распределительного вала и роликовой цепи. Для натяжения цепи привод имеет натяжное устройство, состоящее из зубчатого ролика, расположенного на одном плече двуплечего рычага. Другое плечо этого рычага упирается в плунжер. Рычаг свободно сидит на оси, запрессованной в головку цилиндров. Под действием пружины плунжер через рычаг прижимает ролик к ведомой ветви цепи. Плунжер имеет продольный паз, в который входит сухарь, фиксирующий положение плунжера. Сухарь закреплен болтом. Для уменьшения вибрации ведущей ветви цепь имеет успокоитель из пластмассы.

—

Клапаны. Они предназначены для периодического открытия и закрытия впускных и выпускных отверстий в цилиндрах и надежного их уплотнения. Клапаны работают в тяжелых условиях, подвергаясь воздействию высоких температур, давлению газов, сил упругости пружин и сил инерции деталей механизма. Наиболее тяжелым периодом работы является выпуск отработавших газов, во время которого нагрев клапанов достигает 600—850° С. Современные четырехтактные двигатели имеют в каждом цилиндре два клапана — один впускной и один выпускной.

Клапан состоит из стержня и головки, соединенных между собой переходом плавной формы, способствующим уменьшению сопротивления движению газов при открытом положении клапана. Головка клапана является частью поверхности камеры сгорания, а ее форма определяет прочность рабочей поверхности клапана, его жесткость, массу и обтекаемость. Головка может быть плоской (тарельчатой), выпуклой и тюльпанообразной. Плоский клапан применяется только в карбюраторных двигателях, тюльпанообразный (рис. 33, в) —в качестве впускных клапанов двигателя повышенной мощности с верхним расположением клапанов, выпуклый — для выпускных клапанов дизелей.

Рис. 35. Диаграмма газораспределения

Головка клапана имеет рабочую поверхность, предназначенную для закрытия впускных или выпускных отверстий. Для плотного прилегания головки клапана его рабочая поверхность делается конической. Угол рабочей фаски клапанов обычно делается равным 45°, в ряде двигателей (ЗИЛ) у впускных клапанов он составляет 30°.

Стержень клапана имеет цилиндрическую форму и служит для направления движения клапана. Диаметр стержня зависит 0т величины передаваемых нагрузок, а длина — от расположения клапана. На конце степжня клапана крепится тарелка пружины.

Для лучшего охлаждения головки выпускных клапанов иногда стержень изготавливается полым. Внутренняя полость такого стержня заполняется на 50—60% металлическим натрием, который при работе двигателя расплавляется и интенсивно отводит тепло от головки. Для увеличения срока службы выпускные клапаны в некоторых двигателях (ЗИЛ-130 и др.) поворачиваются специальным механизмом.

Механизм состоит из неподвижного корпуса, установленного в специальном гнезде головки блока цилиндров, пяти шариков и их возвратных пружин, расположенных в наклонных углублениях корпуса, выполненных по дуге; конической дисковой пружины; упорной шайбы, на которую действует клапанная пружина, и замочного кольца. Упорная шайба и дисковая пружина надеты на выступ корпуса с зазором.

Механизм работает следующим образом. При закрытом клапане усилие пружины через упорную шайбу, закрепленную замочным кольцом, передается на наружную кромку пружины, опирающейся внутренней кромкой в заплечик корпуса. Во время открытия клапана усилие клапанной пружины увеличивается; под действием возросшего усилия дисковая пружина распрямляется, между внутренней кромкой пружины и заплечиком корпуса появляется зазор. Усилие пружины начинает передаваться на шарики. Шарики, перекатываясь по углублениям, поворачивают дисковую пружину и упорную шайбу, а вместе с ними клапанную пружину и клапан относительно его первоначального положения. Во время закрытия клапана усилие клапанной пружины уменьшается, прогиб дисковой пружины возрастает, она упирается в заплечик корпуса, освобождая шарики, которые под действием пружин возвращаются в исходное положение, подготавливая механизм к новому повороту. Клапан, совершая одновременно возвратно-поступательное и вращательное движение, препятствует образованию нагара на его рабочей поверхности и улучшает условие трения стержня клапана в отверстии направляющей втулки. Частота вращения выпускного клапана около 30 об/мин (при 3200 об/мин коленчатого вала).

Рис. 36. Клапан

Рис. 37. Механизм вращения выпускного клапана

Клапаны могут изготовляться штамповкой на горизонтально-ковочных машинах или свариваться с помощью стыковой сварки при изготовлении головок и стержней из различных материалов. В этом случае головки выпускных клапанов изготовляют из крем-нехромистых, кремнехромоникелевых и других высоколегированных жаро- и коррозионностойких сталей 40X9, 17Х18Н9, а стержни — из сталей повышенной износостойкости. Для повышения износостойкости выпускных клапанов на уплотнительные фаски наплавляют слой твердого сплава толщиной до 2 мм. Выпускные клапаны изготовляются из хромистой или хромоникелевой стали.

Клапанные гнезда (седла клапанов) предназначены для удлинения срока службы опорной поверхности, на которую садится клапан (блок-картера при нижнем расположении клапанов или головки блока цилиндров при верхнем расположении клапанов). Для выпускных клапанов обычно седла делают вставными в виде круглых фасонных колец. Седла изготовляются из жаростойких чугу-нов, легированных сталей, металлокерамики, алюминиевой бронзы.

Направляющие втулки служат для устранения перекосов клапана при посадке на гнездо и для отвода тепла от клапанов. Втулки всегда делаются вставными, что упрощает ремонт. Осевое перемещение втулок ограничивается опорными поясками или упругими кольцами. Втулки изготовляются из бронзы, перлитного чугуна или металлокерамических сплавов.

Клапанные пружины должны обеспечивать достаточное прижатие клапана к седлу, воспринимать инерционные нагрузки, возникающие при движении деталей механизма газораспределения. Наиболее распространены винтовые пружины с постоянным или переменным шагом витка. Переменный шаг витка предотвращает возникновение резонансных колебаний. В некоторых двигателях (КДМ-100, ЯМЗ-236) на каждый клапан устанавливаются две пружины (одна внутри другой) с разным направлением навивки. Это позволяет уменьшить длину клапана, предотвращает явление резонанса и повышает надежность работы механизма газораспределения. Пружины изготовляются преимущественно из высокоуглеродистых марганцовистых, кремнемарганцовистых и хромоникелеванадиевых сталей.

Толкатели предназначены для передачи усилия от кулачков вала к стержням клапанов или штангам и восприятия боковых усилий, возникающих при вращении кулачка. Толкатели бывают тарельчатые, цилиндрические, роликовые и гидравлические.

Тарельчатые толкатели получили распространение на двигателях с нижним расположением клапанов. Трущаяся поверхность толкателя в месте соприкосновения с кулачком распределительного вала имеет сферическую форму, что уменьшает трение. В торец толкателя ввернут регулировочный болт с контргайкой. Изменением положения болта по высоте меняется зазор между клапаном и толкателем. Для более равномерного износа тарелки толкателя его ось смещают относительно оси кулачка (при плоской опорной поверхности толкателя) или кулачок делается коническим (при сферической опорной поверхности толкателя). При этом толкатель одновременно совершает поступательное и вращательное движения.

Рис. 38. Тарельчатый (а) и цилиндрический (б) толкатели

Цилиндрические толкатели применяют на двигателях с верхним расположением клапанов. Внутри пустотелого цилиндрического толкателя, опирающегося на кулачок вала, размещена штанга. Слив масла из внутренней полости толкателя производится через отверстие.

Роликовые толкатели применяют для уменьшения износа трущихся поверхностей и потерь на трение в механизме газораспределения. Однако значительная масса, большой износ оси ролика и сложность изготовления роликовых толкателей ограничивают их применение.

Рис. 39. Распределительный вал

Гидравлические толкатели применяются в быстроходных двигателях легковых автомобилей.

Толкатели изготовляются из легированных сталей. В некоторых двигателях толкатели делают из отбеливающих чугунов.

Штанги и коромысла являются кинематическими элементами механизма газораспределения при верхнем расположении клапанов. Штанга передает усилие от толкателя к коромыслу. Штанги бывают сплошные и трубчатые; изготовляются из стали или дюралюминия. Коромысло служит для передачи усилия от штанги к стержню клапана и представляет собой двуплечий рычаг, один конец которого соединяется со штангой, а второй опирается на стержень клапана. Ось коромысла обычно неподвижна, а коромысло вращается на оси на втулке или на игольчатых подшипниках. Коромысла, как правило, имеют плечи разной длины. Плечо, обращенное к клапану, всегда бывает в полтора-два раза больше плеча со стороны штанги. Благодаря этому удается обеспечить необходимую высоту подъема клапанов при значительно меньших перемещениях толкателей и штанг, т. е. снизить величину их ускорения и сил инерции. Коромысла отливают из чугуна и стали методом точного литья или штампуют из стали марки 45.

Распределительный вал служит для управления движением клапанов. Вал имеет опорные, шейки, впускные и выпускные кулачки, эксцентрик для привода топливного насоса и шестерню привода масляного насоса и распределителя зажигания. Размещение кулачков определяется расположением клапанов, заданными фазами газораспределения и порядком работы двигателя. Распределительный вал устанавливается в подшипниках блок-картера или в специальном корпусе на головке блока цилиндров (при верхнем расположении вала). Число подшипников распределительного вала обычно равно числу подшипников коленчатого вала. Подшипниками опорных шеек являются чугунные или бронзовые втулки, тонкостенные сталебаббитовые втулки или втулки из биметаллической ленты. Распределительный вал приводится в движение от коленчатого вала с помощью зубчатой или цепной передачи.

Схема привода распределительных валов на V-образном двигателе показана на рис. 40, в. От осевого перемещения распределительный вал удерживается обычно упорным фланцем. На характер работы механизма газораспределения во многом влияет профиль кулачка, обычно выполняемый выпуклым, что обеспечивает наилучшее наполнение цилиндров при небольших инерционных силах.

Рис. 40. Передачи, применяемые для привода распределительного вала

Распределительный вал изготовляется из углеродистых или легированных сталей, а также из специального чугуна. Кулачки и шейки стальных распределительных валов подвергаются цементации с последующей закалкой или поверхностной закалке, а чугунных—отбеливанию.

Рекламные предложения:


Читать далее: Назначение и классификация систем охлаждения

Категория: — Автомобили и трактора

Главная → Справочник → Статьи → Форум