Устройство распределительного вала
Механизмы газораспределения
Типы клапанных механизмов газораспределения
Механизм газораспределения предназначен для подачи в цилиндры двигателя воздуха (горючей смеси) и выпуска ОГ в строгом соответствии с положением поршня.
Важнейшим показателем эффективности МГР является возможность быстрого и как можно более полного наполнения цилиндров воздухом (горючей смесью) и удаления ОГ.
Для этого необходимо своевременно и надежно обеспечивать сообщение и разобщение цилиндров с впускным и выпускным трактами.
Это можно сделать, перекрывая впускные (выпускные) окна золотником (подвижной деталью) — вращающимся диском с отверстиями или, как в двухтактных двигателях, поршнем. Из-за проблем с уплотнением золотниковые МГР распространение на ДВС не получили.
В четырехтактных ДВС открытие и закрытие впускного и выпускного трактов осуществляют с помощью клапанов (рис. 7.1, а—в).
Рис. 7.1.Схемы действия механизмов газораспределения:
a — перекрытие окон в цилиндре поршнем; б — дисковый и цилиндрический золотники; в — клапанное устройство; г — механизм с нижним расположением клапанов; д — механизм с верхним расположением клапанов; 1 — поршень; 2 — золотники; 3 и 4 — впускной и выпускной клапаны соответственно; 5 — распределительные шестерни привода клапанов; 6 — пружина; 7 — толкатель; 8 — распределительный вал; 9 — коромысло; 10 — камера сгорания; ГС — горючая смесь; ОГ — отработавшие газы
|
|
На современном этапе развития ДВС клапанные механизмы газораспределения дешевле, надежнее и проще.
Различают два типа клапанных МГР: с нижним (боковым) (рис. 7.1, г) и верхним (подвесным) расположением клапанов (рис. 7.1, д).
Механизмы газораспределения с нижним расположением клапанов используют редко из-за потерь теплоты в большой камере сгорания и в длинных впускного и выпускного трактов.
Достоинство этой схемы — простота конструкции и компактность.
Механизмы с верхним расположением клапанов имеют более сложное устройство, но обеспечивают двигателям высокие технико-экономические показатели. Такие механизмы газораспределения получили в настоящее время наибольшее распространение.
Для привода клапанов обычно используют один или два рапределительных вала.
Устройство приводов верхнеклапанных механизмов газораспределения
- 7.2.1. Общие сведения
- 7.2.2. Устройство распределительного вала
- 7.2.3. Устройство толкателей
- 7.2.4. Устройство штанг и коромысел
- 7.2.5. Устройство клапанного узла
- 7.2.6. Устройство и работа декомпрессионного механизма
Общие сведения
|
|
Клапаны приводятся в действие следующим образом: коленчатый вал через привод вращает распределительный вал с кулачками, который с помощью клапанного узла открывает и закрывает впускные и выпускные клапаны.
Важно знать! За один цикл работы двигателя по одному разу открывают и закрывают впускной и выпускной клапаны. Это соответствует одному обороту распределительного вала или двум оборотам коленчатого вала, т.е. распределительный вал вращается в 2 раза медленнее коленчатого вала.
Верхнеклапанные МГР подразделяют в зависимости от числа клапанов на один цилиндр, места расположения распределительного вала, их количества и типа привода (рис. 7.2).
Рис. 7.2.Устройство МГР (а) и схемы расположения клапанов (б) и распределительных валов (в):
1 — кулачки распределительного вала; 2 — распределительный вал; 3 — толкатель; 4 — клапанная пружина; 5 — клапан; 6 — шестерня коленчатого вала; 7 — ремень привода распределительного вала; 8 — натяжной ролик; 9 — шестерня привода распределительного вала; 10 — коромысло; 11 — траверса; ОГ — отработавшие газы
|
|
В двухклапанном МГР на каждый цилиндр установлен один впускной и один выпускной клапан. В целях увеличения проходного сечения клапаны могут быть расположены под углом к цилиндру.
В многоклапанном МГР на цилиндр могут устанавливаться от трех до пяти клапанов. Это существенно увеличивает проходное сечение. Такие МГР сложны, дороги и менее надежны, чем двухклапанные.
Распределительный вал может быть установлен в картере двигателя (внизу) или в развале блока цилиндров V-образного двигателя. Недостаток такого привода клапанного узла — недостаточная жесткость из-за длинной штанги. Данную схему используют для тихоходных ДВС.
При верхнем расположении распределительного вала его устанавливают в головке блока (вверху). Недостаток такой схемы — большое расстояние между коленчатым и распределительным валами.
|
|
Если клапаны приводятся одним распределительным валом (двухклапанные МГР), то такие механизмы зачастую обозначают SOHC (single over head camshaft).
Для привода многоклапанных МГР используют два распределительных вала на один ряд цилиндров. Такие МГР обозначают DOHC (double over head camshaft).
В качестве привода (рис. 7.3) распределительного вала используют: шестерни, зубчатые ремни, валы и цепи.
Рис. 7.3.Схемы приводов распределительных валов:
а — шестеренный; б — ременной; в — цепной; г — валами; д — установка шестерен по меткам; е — диаграмма фаз газораспределения; 1 — шестерня коленчатого вала; 2 — промежуточная шестерня; 3 — шестерня привода распределительного вала; 4 — распределительный вал; 5 — толкатель; 6 — штанга; 7 — винт регулирования теплового зазора; 8 — коромысло; 9 — направляющая втулка; 10 — головка блока; 11 — клапан; 12 — поршень; 13 — привод насоса охлаждения; 14 — натяжной ролик; 15 — натяжитель цепи; 16 — успокоитель цепи; 17 — шестерня привода масляного насоса; 18 — промежуточный вал; 19 — шестерня привода топливного насоса; Т, Р, К — метки на шестернях привода топливного насоса, распределительного и коленчатого валов соответственно
Внимание! Синхронность работы КШМ, МГР и систем питания достигается установкой привода распределительного вала по меткам завода-изготовителя. При этом условии поступление воздуха, топлива или горючей смеси, открывание и закрывание клапанов будет осуществляться в соответствии с диаграммой фаз газораспределения.
Устройство распределительного вала
Распределительный вал служит для управления клапанами посредством кулачков (рис. 7.4, а). Его также используют для привода топливного насоса, счетчика моточасов (дизели), масляного насоса и др.
Рис. 7.4.Устройство распределительных валов:
а — группа деталей распределительного вала; б…г — способы фиксации распределительных валов от осевых перемещений упорным фланцем, регулировочным болтом и буртиком подшипника соответственно; 1 — опорные шейки; 2 — лыска для подвода масла; 3 — кулачки; 4 — фланец; 5 — шестерня; 6 — гайка; 7 — болт; 8 — подпятник; 9 — установочный штифт; 10 — втулки опорные (вкладыши); 11 — шайба; 12 — подшипник; 13 — упорный буртик; А — отверстие для масла; D — допустимое осевое перемещение
В распределительных валах различают: опорные шейки, кулачки впускных клапанов и выпускных клапанов, посадочное место шестерни привода вала и устройство фиксации вала от осевых перемещений.
Шестерни привода вала зачастую выполняют с косыми зубьями. Это способствует плавности и снижению шума при их работе.
Для точного исполнения управляющих воздействий распределительный вал должен обладать повышенной жесткостью и износостойкостью кулачков и опорных шеек. Для достижения таких характеристик его изготовляют путем ковки стали с последующим поверхностным упрочнением.
Осевые перемещения вала ограничивают упорным фланцем, болтом или буртиком (рис. 7.4, б…г).
Кулачки изготовляют как единое целое с распределительным валом. Их профиль должен обеспечивать быстрое открывание и закрывание клапанов и продолжительный период их открытого состояния «время—сечение» (рис. 7.5). Такой режим работы связан с большими ударными нагрузками.
Рис. 7.5.Зависимость проходного сечения клапана от формы кулачка распределительного вала:
а — основные профили кулачков: I — выпуклый; II — с прямым участком; III — вогнутый; б — схема действия кулачков; в — проходное сечение клапана; 1 — толкатель; 2 — кулачок; 3 — клапан; hmax — максимальное открывание клапана; h — высота подъема клапана; j — угол поворота распределительного вала
Для их снижения профиль делают плавным, выпуклым, однако это снижает параметр «время—сечение». Кулачки с прямым участком обеспечивают длительный период максимального открывания клапана, а вогнутые — быстрое закрытие клапана. Такие кулачки можно использовать вместе с роликовыми толкателями.
Форма и взаимное расположение кулачков зависят от фаз газораспределения, числа цилиндров, частоты вращения коленчатого вала. Высота кулачков влияет на время открывания клапанов.
В качестве подшипников опорных шеек используют подшипники качения или антифрикционные вкладыши и втулки, запрессованные в картер.
Для облегчения монтажа диаметры втулок уменьшают от переднего к заднему концу вала. Смазку к подшипникам при нижнем расположении вала подводят по каналам в перегородках картера, а при верхнем — через вал и отверстия в опорных шейках.
Устройство толкателей
Толкатели служат для передачи усилий от кулачков к штангам или непосредственно клапанам. Их изготовляют из стали или чугуна. Опорные поверхности толкателей цементируют, закаливают токами высокой частоты и наплавляют на них особо прочные материалы.
Для равномерности износа толкателю придают вращение: смещением оси толкателя относительно кулачка; применением толкателя со сферической поверхностью, а кулачка — конической (рис. 7.6, а).
Рис. 7.6.Устройство и схемы работы толкателей:
а — грибовидные; б — сферические; в — роликовые; г — гидравлические; д — гидравлический клапан (компенсатор) открыт; е — гидравлический клапан закрыт: 1 — корпус компенсатора; 2 — головка; 3 — плунжер; 4 — клапан; 5 — пружина; I — зазор между штангой и головкой отсутствует; II — шаровой клапан открыт; III — масло внутри компенсатора сообщается с масляной системой двигателя; IV — давление масла в компенсаторе повышается, и закрывается шаровой клапан; V — толкающее усилие плунжера передается на штангу
Чтобы не происходило подклинивание штанги в толкателе, углубление в толкателе изготовляют сферической формы (рис. 7.6, б) и несколько большего диаметра r1, чем радиус r2 наконечника штанги.
Роликовые толкатели также способствуют уменьшению износа (рис. 7.6, в).
Внимание! Длина клапана при нагревании увеличивается. Если в приводе клапана не будет «теплового» зазора, компенсирующего это удлинение, клапан не сможет полностью закрыться. Если зазор будет излишним, уменьшится продолжительность открытия клапана, и он будет стучать. В процессе эксплуатации тепловой зазор изменяется, теряется мощность, увеличивается износ клапанного узла.
Современные механизмы газораспределения не имеют теплового зазора. Удлинение клапана в них компенсируют гидравлические толкатели (гидрокомпенсаторы), которые устанавливают в приводе клапанов (рис. 7.6, г).
Одна из таких конструкций работает следующим образом: плунжер постоянно прижат пружиной к штанге; его внутренняя полость сообщается с масляной магистралью моторного масла; при открытом клапане 4 в нем такое же давление, как в магистрали (рис. 7.6, д); при подъеме толкателя давление масла под плунжером 3 резко возрастает и клапан 4 закрывается; масло в замкнутом объеме не сжимается, и усилие передается на привод клапана (рис. 7.6, е). Такие устройства требуют применения чистых масел.
Устройство штанг и коромысел
Штанги передают усилия от толкателей к коромыслам. Они должны быть легкими и жесткими, а их наконечники — износостойкими.
Штанги. Их изготовляют в виде трубки из стали или алюминиевого сплава со стальным наконечником сферической формы. Поверхность наконечника подвергают упрочнению, шлифуют и полируют. Через штангу подают масло от распределительного вала, толкателя к коромыслу.
Коромысла (рычаги, рокеры). Оказывают управляющие воздействия на клапаны (см. рис. 7.7). Они должны быть жесткими, а их контактные поверхности — антифрикционными и износостойкими.
Коромысла обычно штампуют из стали или отливают из чугуна. На короткое плечо коромысла может быть установлен регулировочный винт, а на длинное плечо наплавлен боек из твердого сплава. Поверхность бойка полируют или в него завальцовывают шарик.
Коромысла монтируют на индивидуальных опорах или на общей неподвижной трубчатой оси, на которой они качаются в антифрикционных втулках. Их осевое перемещение ограничивают распорными пружинами. Трубчатые оси используют для подачи масла к деталям привода клапанов.
Устройство клапанного узла
Клапанный узел состоит из клапана, направляющей втулки, пружин, крепления клапана, пружины и седла (гнездо клапана) (рис. 7.7).
Рис. 7.7.Устройство клапанного узла:
а — привод клапанного узла в сборе; б — воздействие кулачков непосредственно на клапан; в — воздействие кулачков через рычаги; г — воздействие кулачков через штанги; д — коромысло с шариковым бойком; е — вильчатое коромысло; 1 — ось коромысла; 2 — распорная пружина; 3 — коромысло; 4 — винт регулирования теплового зазора; 5 — стойка оси коромысла; 6 — пружина клапана; 7 — механизм вращения выпускного клапана; 8 — выпускной клапан; 9 — штанга толкателя клапана; 10 — направляющая втулка клапана; 11 — опорная тарелка пружины; 12 — втулка коромысла; 13 — стакан клапана; 14 — боек; 15 — шарик
Клапанный узел должен обеспечивать беспрепятственное прохождение газов в открытом положении и надежную герметичность в закрытом состоянии (рис. 7.8).
Рис. 7.8.Виды клапанов и схемы их установки:
а — виды клапанов: I — плоский; II — выпуклый; III — тюльпанообразный; IV — с легкоплавким металлом; б — крепление клапана; в — манжета уплотнения; г — седла клапанов; д — схема установки клапана в седле; 1 — стержень клапана; 2 — пружинное стопорное кольцо; 3 — направляющая втулка; 4 — головка (тарелка) клапана; 5 — легкоплавкий металл; 6 — сухарики; 7 — опорная тарелка пружины; 8 — внешняя пружина; 9 — внутренняя пружина; 10 — конусная втулка сухариков; 11 — маслосъемный колпачок; 12 — пружина манжеты; 13 — опорная шайба; 14 — головка блока; 15 — седло клапана
Клапаны. Работают в крайне тяжелых условиях (особенно выпускные клапаны). Они подвергаются переменным ударным нагрузкам, горячим и агрессивным ОГ, движущимся с высокой скоростью. Температура впускных клапанов достигает 300…400°С, а выпускных — 500…800°С.
У клапана различают головку (тарелку) и стержень. Переход от головки (тарелки) к стержню делают плавным, чтобы увеличить прочность и уменьшить сопротивление потоку газов.
Для лучшего наполнения цилиндров воздухом (горючей смесью) диаметр тарелки впускного клапана обычно больше выпускного клапана. Коническая фаска тарелки клапана способствует плотной посадке ее в гнезде (седле) и хорошей герметизации цилиндра.
Головка клапана может быть различной формы (рис. 7.8, а). Клапаны с выпуклой головкой облегчают выпуск ОГ, но имеют большую массу. Масса тюльпанообразных клапанов меньше, и они облегчают поступление свежего заряда горючей смеси (воздуха), но до́роги в изготовлении. Плоские клапаны часто используют в тракторных двигателях.
Впускные клапаны изготовляют из особо прочных хромоникелевых сплавов; выпускные клапаны — из жаропрочных и антикоррозионных хромокремниевых сплавов.
Стержень выпускного клапана на некоторых ДВС полый, заполнен натрием (температура плавления — 97°С). Это способствует лучшему отводу теплоты от клапана через втулку к охлаждающей среде. Его шлифуют и для предотвращения заклинивания уменьшают диаметр нижней части.
Направляющая втулка. Обеспечивает движение клапана без перекосов и отвод теплоты от стержня. Как правило, ее запрессовывают в головку цилиндра. Для фиксации втулки могут иметь выточку или буртик под пружинное стопорное кольцо.
Втулку изготовляют из жаропрочных износостойких антифрикционных материалов. Из-за разной температуры нагрева зазор между втулкой и стержнем для впускных клапанов устанавливают меньше, чем для выпускных клапанов. Для предотвращения попадания масла в камеру сгорания на конце втулки может быть установлена резиновая манжета (маслосъемный колпачок) (рис. 7.8, в).
Клапанные пружины. Они предназначены для удержания клапана в закрытом положении и обеспечения отсутствия зазора в сопряжениях привода клапана.
Пружины изготовляют из пружинной стали с последующей термической, механической и химической обработкой. Концевые витки пружин шлифуют. Применение пружин с переменным шагом или конических помогает избежать их резонанса. Установка двух пружин позволяет уменьшить их размеры и повысить надежность. Витки пружин должны иметь разное направление или разный шаг, чтобы предотвратить их сцепление.
Узел крепления клапана и пружины. Как правило, он включает в себя опорную шайбу, два конусных сухаря, конусную втулку (рис. 7.8, б).
Конусная втулка позволяет при вибрации пружины и воздействии коромысла поворачивать клапан. Это обеспечивает равномерный износ клапана, седла, стержня и направляющей втулки.
Седло клапана. Подвергается термическим, химическим и ударным воздействиям. Его изготовляют из жаропрочного и коррозионно-стойкого металла. Чтобы обеспечить надежное уплотнение клапана и седла, поясок внутри седла (около 2 мм) изготовляют с переменным углом (рис. 7.8, д).
Наружная поверхность седла может быть цилиндрической или конической формы с кольцевыми канавками. Цилиндрические седла запрессовывают в гнезда до упора, а конические — с зазором 0,04 мм (рис. 7.8, г).
В целях увеличения плотности посадки клапана в седле и притирки его в процессе эксплуатации угол наклона фаски клапана изготовляют больше на 0,5…1,0°, чем конусность гнезда. Правильно установленный клапан должен не умещаться в седле и выступать над поверхностью головки блока на величину цилиндрического пояска (рис. 7.8, д).
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 203; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!