Детали механизма газораспределения

Распределительный вал предназначен для своевременного открытия клапанов. Также он осуществляет привод (в карбюраторных двигателях) топливного насоса, масляного насоса, прерывателя тока низкого напряжения и датчика ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала.

Распределительный вал имеет: коренные (опорные) шейки; кулачки, расположение которых на валу обусловлено числом клапанов на цилиндр и последовательностью их открытия в зависимости от порядка работы двигателя, схемы привода, фазы газораспределения; зубчатое колесо привода

прерывателя-распределителя и масляного насоса; эксцентрик привода топливного насоса. На переднем конце вала имеется шейка со шпоночным пазом под зубчатое колесо и резьбой для ее крепления. Для восприятия осевых усилий от косозубых зубчатых колес при нижнем расположении распределительного вала используются стальные упорные фланцы. С одной стороны во фланец упирается ступица зубчатого колеса привода, а с другой — торец передней опорной шейки распределительного вала. Необходимый осевой зазор при этом обеспечивается шейкой вала. Ширина кольца на 0,1—0,2 мм больше толщины фланца. Толкатели передают усилия от кулачков распределительного вала к штангам или непосредственно к клапанам и воспринимают возникающие при этом боковые усилия. Толкатели изготовляются в виде круглых стержней или стаканов, совершающих осевое возвратно-поступательное движение, а также в виде рычагов, совершающих качательные движения вокруг своей оси. Толкатели изготовляются из стали с низким и средним содержанием углерода и из чугуна. Цилиндрические толкатели выполняются пустотелыми с плоской или сферической поверхностью днища радиусом 700—1000 мм, а кулачок

распределительного вала — коническим с углом при вершине конуса 6—12°. При этом кулачок смещается относительно оси толкателя в сторону основания конуса на 2—3 мм, что обеспечивает проворачивание толкателя вокруг его оси, с целью предотвращения неравномерного износа его боковой направляющей поверхности при работе.

В двигателях марки «ЯМЗ» применяют подвесные рычажные толкатели, свободно установленные на разрезной оси. На одном конце рычага выполнено гладкое отверстие под ось качания на другом, в вилке на игольчатых подшипниках, установлен ролик, сверху вилки запрессована

стальная пята со сферической поверхностью, на которую опирается штанга. Штанга передает усилие от толкателя к коромыслу и должна обладать определенной продольной жесткостью. Штанги изготовляются трубчатыми или сплошными из стали или дюралюминия. На штанги из

дюралюминиевых прутков напрессовывают стальные термообработанные наконечники. При использовании стальных трубок наконечники запрессовывают в трубках или получают путем высадки и завальцовывания торцов у трубки. Коромысло представляет собой разноплечий рычаг таврового или двутаврового сечения, что повышает его жесткость. Оно передает усилия от штанги к клапану. Коромысла отливают из чугуна или стали методом точного литья. В коротком плече коромысла имеется резьбовое отверстие под регулировочный винт и канал для подвода масла к сферической поверхности штанги и винта. На другом плече коромысла имеется сферическая поверхность (боек коромысла), которая опирается на стержень клапана. В средней части выполнено гладкое отверстие под ось качания коромысла. От осевого смещения коромысло удерживается упорной шайбой и стопорным пружинным кольцом.

Клапанный механизм

Клапанный механизм включает в себя следующие детали: клапаны, направляющие втулки, седла клапанов, возвратные пружины, опорные тарелки, сухари, механизм вращения клапана Клапаны предназначены для герметизации цилиндра при тактах сжатия и рабочего хода и соединения его 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.

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

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° Уплотнительные фаски клапанов

шлифуют и притирают к седлам, 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 2/3 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. 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. От возможного просачивания в цилиндры масла, стекающего по стержням

впускных клапанов, последние снабжаются самоподжимными манжетами. 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. Пружины нижнеклапанных механизмов обычно имеют 8—10 витков, верхнеклапанных механизмов — 6—8 витков. Два крайних витка являются опорными. Их размещают вплотную к соседним виткам и прошлифовывают, создавая сплошную кольцевую поверхность, перпендикулярную оси пружины. 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. 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° таким образом, чтобы уплотнительный поясок седла имел угол 45° 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 (двигатель ЗИЛ-508.10) (рис. 27) 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 под 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, передает 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 перемещаются 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. Контакт между опорной тарелкой и втулкой имеет место только на небольшой торцевой поверхности втулки, поэтому во время работы двигателя под действием вибрации узла клапан—пружина скручивание пружины при подъеме клапана обеспечивает его проворачивание. Тепловой зазор. В процессе работы двигателя клапаны и детали привода

клапана нагреваются, длина их увеличивается. В результате между седлом и головкой клапана при тактах сжатия и расширения может образовываться зазор, что ведет к обгоранию фасок клапана и седла, их эрозионному изнашиванию и в конечном итоге к ухудшению герметичности цилиндра,

а следовательно, и резкому снижению технико-экономических показателей двигателя. Для предотвращения этих явлений кинематическую цепь привода клапана при его закрытом состоянии размыкают, т. е. устанавливают зазор между торцом клапана и деталью привода, воздействующей на клапан (коромыслом или толкателем). В среднем тепловые зазоры в зависимости от типа двигателя составляют 0,15—0,30 мм для впускного клапана и 0,15—0,35 мм для выпускного.

Фазы газораспределения

Фазы газораспределения. Качество газообмена определяется параметрами открытия клапанов: продолжительностью открытия и проходным сечением клапанной щели, задаваемые профилем кулачка. Для увеличения наполнения цилиндров и улучшения их очистки от отработавших газов

клапаны открываются в моменты, не совпадающие с ВМТ и НМТ, а с некоторым опережением в начале и запаздыванием в конце процесса впуска и выпуска. Продолжительность открытия впускных и выпускных клапанов (угол поворота коленчатого вала относительно ВМТ и НМТ) называется фазой газораспределения. Период, когда одновременно открыты впускной и выпускной клапаны, называется перекрытием клапанов. Фазы газораспределения для каждого значения частоты вращения коленчатого вала имеют свою оптимальную величину, которую подбирают в основном для режимов работы, характеризуемых максимальным крутящим моментом, максимальной мощностью, опытным путем в результате длительных доводочных испытаний.