Детали механизмов газораспределения

22/01/2012 в 11:30

Клапаны предназначены для открытия и закрытия впускных и выпускных отверстий в головке цилиндра и надежного их уплотнения.

На некоторых тихоходных двигателях большой мощности клапаны устанавливают в особых корпусах, что позволяет производить смену и притирку их без разработки головки. Клапаны открываются внутрь цилиндра, поэтому при высоких давлениях в нем они с большой силой прижимаются к седлам.

Клапан двигателя (рис. 40) состоит из тарелки 1 клапана, стержня 2 (составляющих одно целое) и тарелки 3 пружины. Тарелка клапана является частью поверхности камеры сгорания и может быть плоской (тарельчатой), тюльпанообразной и выпуклой формы. Плоские (тарельчатые) клапаны используют в основном в карбюраторных двигателях. Тюльпанообразная форма тарелки характерна для выпускных клапанов двигателей большой мощности с верхним расположением клапанов, а выпуклая - для выпускных клапанов дизелей.

Детали механизмов газораспределения

Рис. 40. Детали клапанного механизма: а - впускной клапан, б- выпускной клапан, а - замок (в увеличенном масштабе); 1 и 3 -тарелки клапана и пружины; 2 - стержень. 4 я 5 - шлицы для соединения с замком и стержнем клапана

Тарелка впускного клапана (рис. 40, а) имеет плоскую (тарельчатую) форму, а тарелка выпускного клапана (рис. 40, б) - выпуклую форму, что значительно улучшает обтекание клапана при выпуске газа из цилиндра. Выпускные клапаны выпуклой формы широко применяют в быстроходных дизелях. При использовании такой конструкции клапанов в двухтактных дизелях улучшается очистка цилиндров.

Клапан прилегает посадочной поверхностью тарелки к гнезду в головке, а у мощных тихоходных дизелей - к гнезду клапанного стакана. Посадочные поверхности тарелки и гнезда тщательно отшлифованы и притерты. Переход от тарелки к стержню клапана выполнен плавным.

В стержне клапана просверлено и нарезано отверстие для ввинчивания в него тарелки 3 пружины. Такая конструкция стержня позволяет регулировать зазор между тарелкой пружины и затылком кулачков. Положение тарелки пружины после регулирования фиксируется замком (рис. 40, в), который надевают на стержень клапана и сцепляют с тарелкой пружины шлицами. Крепление стержня с тарелкой пружины может быть выполнено также с помощью сухарей 1 (рис. 41, а) или чеки 2 (рис. 41, б), вставляемой в отверстие в стержне.

Детали механизмов газораспределения

Рис. 41. Крепление стержня с тарелкой пружины: а - с помощью сухарей, б - с помощью чеки; 1 - сухари. 2 - чека

Для снижения температуры тарелки у высокофорсированных двигателей выпускные клапаны делают пустотелыми и наполняют их на 50-60% металлическим натрием с температурой плавления 98° С.

Во время работы двигателя натрий плавится и образует жидкость, которая при возвратно-поступательном движении клапана омывает его внутреннюю полость, способствуя тем самым выравниванию температуры клапана и хорошему отводу тепла.

Клапаны перемещаются в направляющих втулках, запрессованных в головку цилиндров или клапанные стаканы. В большинстве случаев в головке цилиндра четырехтактного двигателя размещается два клапана - впускной и выпускной, а у некоторых быстроходных двигателей - по два впускных и выпускных, что значительно увеличивает суммарное проходное сечение. В двухтактных двигателях чаще применяют одноклапанную систему, реже в головке цилиндров размещают лва выпускных клапана.

Выпускные клапаны раоотают в тяжелых условиях, особенно в начальный момент выпуска отработавших газов. Скорость истечения газов достигает 600 м/с, температура 900-1000° С. Температура тарелки выпускного клапана у карбюраторных двигателей достигает 700- 900° С (клапаны нагреваются до темно-вишневого цвета), а у дизелей - 500-600° С. Кроме того, клапаны подвергаются действию сил давления газов, пружин и инерции деталей механизма газораспределения.

Клапаны изготовляют из высококачественной стали, обеспечивающей ударную прочность и износостойкость их рабочих поверхностей. Для впускных клапанов тихоходных двигателей применяют углеродистую сталь, а быстроходных - хромоникелевую. Выпускные клапаны выполняют из жароупорной стали (сель-хрома). Рабочую поверхность тарелки клапана цементируют и закаливают, а затем полируют.

В некоторых двигателях используют составные клапаны, у которых тарелка и стержень, выполненные из разных металлов, соединяются между собой сваркой или с помощью резьбы. Тарелки изготовляют из жаропрочных, а стержень из конструкционных сталей.

На некоторых двигателях применяют специальный механизм вращения клапана (рис. 42), который способствует его проворачиванию и тем самым препятствует образованию нагара на посадочной поверхности тарелки, обеспечивая его равномерное изнашивание и длительную работу. Механизм вращения клапана состоит из неподвижного корпуса 1, установленного в гнезде головки цилиндра, шариков 2 с возвратными пружинами 6, расположенными в углублениях корпуса, дисковой пружины 5 опорной шайбы 3, на которую опирается клапанная пружина 4 и замочного кольца 9.

Механизм вращения работает следующим образом. При закрытом клапане давление клапанной пружины 4 невелико и дисковая пружина 5 выгнута наружной кромкой вверх. Шарики 2 освободятся и пружины 6 отожмут их в крайнее положение, переместив по наклонным выполненным по дуге углублениям корпуса вверх.

Во время открытия клапана усилие клапанной пружины через опорную шайбу 3 передается на наружную кромку дисковой пружины 5, которая начинает распрямляться. Под действием дисковой пружины шарики начнут перемещаться вниз по наклонному углублению в корпусе. При этом дисковая пружина вместе с опорной шайбой, клапанной пружиной и клапаном повернется на некоторый угол.

Когда клапан закрывается, дагление на дисковую пружину уменьшается, она снова выгибается и касается своим внутренним краем заплечиков корпус1 освобождая тем самым шарики. Шарики под действием пружин 6 возвращаются в исходное крайнее положение в углублении корпуса, подготавливая механизм к новому повороту. Таким образом, при каждом открытии клапана происходит его поворот на некоторый угол.

При номинальной частоте вращения коленчатого вала клапаны совершают 20-40 об/мин.

Посадочную поверхность тарелок клапанов часто наплавляют коррозионно-, жаро- и износостойкими сплавами типа стеллита с кобальтовой основой и содержанием хрома и вольфрама. Наплавку выполняют толщиной около 2 мм, что значительно удлиняет срок службы клапана.

Детали механизмов газораспределения

Рис. 42. Механизм вращения клапана: 1 - корпус. 2 - шарик, 3 - опорная шайба клапанной пружины. 4 5 и 6 - клапанная, дисковая и возвратная пружины, 7 - направляющая втулка, 8 -седло клапана. 9 - замочное кольцо

Направляющие втулки 7 (см. рис. 42) обеспечивают направленное движение клапана и правильную его посадку в седле. Обычно их делают вставными. От перемещений в осевом направлении втулки удерживаются опорными поясками или стопорными кольцами.

Направляющие втулки клапанов изготовляют из серого или антифрикционного чугуна, бронзы или металлокерамики на железной основе. Металлокерамика представляет собой смесь из порошков железа, меди и графита, которая прессуется, спекается и пропитывается маслом Металлокерамика имеет высокую теплопроводность и обладает хорошими антифрикционными свойствами.

Седла 8 клапанов служат опорой посадочной поверхности тарелки клапана. В двигателях с нижними клапанами g чугунными блоками или в двигателях с верхними клапанами с головкой цилиндров из чугуна седла клапанов делают непосредственно в теле блока или головки цилиндров.

Алюминиевые головки цилиндров снабжают вставными седлами 8, которые запрессовывают в блок или в головку цилиндров. Седла выполняют в виде колец из специального чугуна, легированной стали, алюминиевой бронзы или металлокерамики.

Клапанные пружины 4 служат для обеспечения плотного прижатия посадочной поверхности тарелки клапана к седлу после завершения действия кулачков распределительного вала. Пружины должны обладать значительной силой упругости. Наибольшее распространение получили витые цилиндрические пружины с постоянным шагом навивки.

Для предотвращения резонансных колебаний иногда применяют конические пружины, а также устанавливают по две пружины g навивкой витков в противоположные стороны или пружины с переменным шагом навивки.

Пружины изготовляют методом холодной навивки из марганцовистой, кремнемарган-цовистой, хромо-ванадиевой и других сталей. Для предохранения от коррозии клапанные пружины лудят, оцинковывают или кад-мируют.

Распределительный вал, представляющий собой стержень с кулачками и опорными шейками, управляет клапанами с помощью кулачков, которые выполняют или за одно целое с валом или съемными - в виде кулачковых шайб (рис.43), насаживаемых на распределительный вал на шпонках. От осевого перемещения они удерживаются установочными болтами. Часто для облегчения монтажа шайбы делают разъемными. Съемные кулачковые шайбы применяют главным образом в мощных двигателях. Форма и взаимное расположение кулачков обеспечивают открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов в наивыгоднейшие моменты и в соответствии с порядком работы цилиндров.

Детали механизмов газораспределения

Рис. 43. Кулачковые шайбы: а - цельная, б - со съемным выступом кулачка

Распределительный вал располагают в картере или блок-цилиндрах (нижнее расположение), или на головке вблизи клапанов (верхнее расположение). При верхнем расположении распределительного вала значительно снижается масса деталей механизма передачи. Такая схема привода возможна при целой головке блок-цилиндров или моноблоке. Нижнее расположение вала осуществляют у двигател. й с отдельными крышками цилиндров или при головках, объединяющих группы цилиндров. Конструкция привода распределительного вала при этом значительно упрощается.

Количество кулачков на распределительном валу соответствует числу клапанов, а их расположение определяется порядком работы двигателя. Число опорных шеек неодинаково для различных двигателей. В качестве подшипников для распределительных валов в основном применяют подшипники скольжения, залитые баббитом или свинцовистой бронзой. Кроме того используют также чугунные втулки и подшипники из биметаллической ленты (баббит и сталь).

Распределительные валы со съемными кулачками выполняют стальными, а целые штампуют из стали или отливают из специального чугуна. Для уменьшения износа кулачки цементируют, закаливают или азотируют и тщательно шлифуют.

Толкатели служат для передачи движения от кулачков распределительного вала клапанам (нижним) или штангам (в двигателях с верхними клапанами). Толкатели также воспринимают возникающие при этом боковые усилия, разгружая от них стержни и направляющие втулки клапанов.

Детали механизмов газораспределения

Рис. 44. Толкатели: а -тарельчатый (грибовидный), б - цилиндрический, в - роликовый, г - гидравлический 1 - регулировочный болт, 2 - контргайка, 3 - донышко стакана 4 и7-шайбы 5 12 и 19 - пружины, 6 - штанга, 8 и 15 - кольца, 9 - ролик, 10 - игольчатый подшипник 11 - ось толкателя 13 - гнездо 14 - плунжер, 16 - стакан, 17 - встанка, 18 - клапан
Толкатели (рис. 44) делят на тарельчатые (грибовидные), цилиндрические и роликовые, а в зависимости от способа компенсации теплового расширения деталей механизма газораспределения - на механические и гидравлические.

Тарельчатые толкатели, нижняя часть которых напоминает форму гриба, показаны на рис. 44, а. Нижняя часть толкателя соприкасается с кулачком, а тарельчатая ее форма способствует увеличению площади его соприкосновения, что приводит к снижению давления и уменьшению износа трущихся поверхностей. В верхней части толкателя имеется регулировочный болт 1 с контргайкой 2 для регулировки теплового зазора между стержнем клапана и толкателем.

Цилиндрические толкатели (рис. 44, 6) имеют форму цилиндра, нижняя часть которого заканчивается массивным дном, соприкасак
Для снижения износа трущихся поверхностей тарельчатых и цилиндрических толкателей во время работы им сообщают вращательное движение вокруг собственных осей. Для этой цели наружная поверхность толкателя выполняется сферической с радиусом R, равным 800 мм (рис. 45, а), а кулачок распределительного вала имеет небольшую конусность, в результате чего кулачок касается толкателя не по общей оси симметрии, а на небольшом расстоянии от нее, что приводит к незначительному вращению толкателя. На рис. 45, б показан цилиндрический толкатель с плоским дном, проворачивание которого обеспечивается за счет смещения оси симметрии толкателя на 2- 3 мм относительно оси симметрии кулачка.

Детали механизмов газораспределения

Рис. 45. Расположение толкателей относительно кулачка: а - со сферической поверхностью, б - с плоской поверхностью

Роликовые толкатели (см. рис. 44, в) имеют ролики 9, вращающиеся на игольчатых подшипниках 10, которые устанавливают на оси 11. Недостатком роликовых толкателей является более высокая масса, что приводит к росту инерционных нагрузок на детали механизма газораспределения, а преимущество состоит в том, что при их использовании можно применять кулачки распределительного вала с вогнутым профилем, обеспечивающим хорошую работу при плавном отрыве и посадке клапанов на их седла.

Для компенсации инерционных сил внутрь стакана устанавливают пружину 5, нижний торец которой через шайбу 4 прижимает наконечник штанги 6 к гнезду в донышке 3 стакана. Верхний торец пружины упирается в шайбу 7, зафиксированную в головке цилиндров разрезным кольцом 8.

Гидравлические толкатели (см. рис. 44, г), используемые на современных карбюраторных двигателях, автоматически устраняют зазоры в клапанном механизме, что приводит к снижению шума при работе двигателя.

Основными частями гидравлического толкателя являются плунжер 14 с опорной вставкой 17, пружины 12, пластинчатый клапан 18 с пружиной 19, гнездо клапана 13, стакан 16 и запорное кольцо 15. На стакане 16 имеется отверстие для прохода масла из масляной магистрали в плунжер 14. Масло через клапан 18 проходит в нижнюю полость стакана. Гидравлический толкатель действует следующим образом. При закрытом клапане механизма газораспределения плунжер 14 пружиной 12 отжимается кверху и вставка 17, действуя на штангу, устраняет зазоры в механизме газораспределения.

Во время открытия клапана кулачок распределительного вала действует на толкатель, давление на штангу увеличивается, и плунжер под действием возросшего давления стремится переместиться вниз. Но поскольку выход масла из плоскости под плунжером перекрыт пластинчатым клапаном 18, а масло практически несжимаемо, то плунжер 16 перемещается вверх вместе с толкателем, обеспечивая открытие клапана механизма газораспределения. После окончания действия кулачка распределительного вала на толкатель масло снова свободно проходит в полость под плунжером, так как давление в масляной магистрали больше, чем давление штанги на плунжер. Поэтому полость под плунжером всегда оказывается заполненной маслом, а плунжер прижат к штанге. Расширение деталей при нагреве влияет только на объем масла в полости под плунжером, что позволяет обходиться без тепловых зазоров в механизме газораспределения.

Штанги служат для передачи клапану осевого усилия от кулачка распределительного вала и должны хорошо сопротивляться продольному изгибу.

Штанги выполняют трубчатыми или сплошными из стали и дюралюминия. Дюралюминиевые штанги применяют на двигателях, у которых головки цилиндров и блок-картеры изготовлены из алюминиевых сплавов. На концах штанг обычно запрессовывают стальные термообработанные наконечники сферической формы, которые тщательно полируют.

Коромысла служат для изменения направления движения, передаваемого штангой, и представляют собой рычаги с двумя плечами разной длины. Плечо, обращенное к клапану, длиннее. Это нужно для того, чтобы обеспечить необходимое перемещение клапана при значительно меньших перемещениях толкателей и штанг.

Коромысла отливают из чугуна и стали или штампуют из стали. Поверхность коромысла, соприкасающаяся с торцом стержня клапана, цилиндрической формы подвергается термообработке и шлифуется. Короткое плечо коромысла имеет резьбовое отверстие под регулировочный болт. Ось коромысла обычно неподвижна, а коромысла вращаются на ней на подшипниковых втулках или на игольчатых подшипниках.

Еще по теме

  • Транзисторная система зажигания
    В настоящее время вследствие увеличения частоты вращения коленчатого вала и числа цилиндров двигателя батарейная система за жига» ния не удовлетворяет требованиям эксплуатации. Недостатками батарейного зажигания являются уменьшение времени замкнутого состояния контактов с повышением частоты вращения двигателя, а следовательно, снижение вторичного напряжения, усиление инерционных явлений в системе, обусловленных токами самоиндукции, малая[..]
  • Двигатели двойного действия
    В рассмотренных ранее двигателях внутреннего сгорания все рабочие процессы осуществляются только в надпоршневой полости, т. е. с одной стороны поршня, поэтому такие двигатели называют двигателями простого действия. Двигатели внутреннего сгорания, у которых рабочие циклы осуществляются в полостях, расположенных с обеих сторон поршня, называют двигателями двойного действия. В них мощность каждого[..]
  • Картер пли станина
    Картер или станина служит для того, чтобы связать блок-цилиндры с фундаментной рамой и образовать полностью закрытую и непроницаемую для газов и масла полость для кривошипно-шатунного механизма. Конструкция картера или станины зависит от типа двигателя. Рнс. 11. Л-образная станина, установленная на фундаментной раме: 1 - станина, 2 - фундаментная рама На[..]