Штанги, коромысла, толкатели, распределительный валКоромысла клапанов (рис. 4.8) служит для передачи усилий от штанги к стержню клапана. Их штампуют из углеродистых сталей 20 и 30. Применяют также легированные стали 20ХНЗА, 12ХЗА, ЭИ274 и др. Ударной части коромысла с помощью термической обработки придается высокая твердость.
Рис. 4.8. Клапанный механизм: а – элементы привода; б – соединение штанги с коромыслом; в – коромысло; 1 – распределительный вал; 2 – толкатель; 3 – штанга; 4 – коромысло; 5 – клапан; 6 – регулировочный винт; 7 – сферический наконечник Коромысло обычно делают двуплечим: один конец его соединяется со штангой, а другой – опирается на стержень клапана. Ось обычно неподвижна, а коромысла вращаются на ней на втулках или, реже, на игольчатых подшипниках. Иногда делают отдельные оси для коромысел каждого цилиндра, что упрощает монтаж и демонтаж деталей, расположенных в головке цилиндров. Плечи коромысла, как правило, неодинаковы. На коротком плече коромысла обычно располагают винт для регулирования теплового зазора, стопорящийся контргайкой. Масло в подшипник подается под давлением обычно через сверления в стойке коромысла или его полой оси. Контактирующие сферические поверхности регулировочного винта и наконечника штанги смазываются или через сверления в коромысле, или через трубчатую штангу. Штанги (рис. 4.9) изготовляют из стали или алюминиевого сплава в виде сплошного стержня или трубки. Они имеют высокую продольную устойчивость. На концы трубки напрессовываются стальные термообработанные наконечники с наружной или внутренней сферической поверхностью.
Рис. 4.9. Штанги: а – штанга в виде сплошного стержня; б – штанга из трубки Толкатели непосредственно передают движение от кулачков распределительного вала клапанам (нижним) или штангам (в двигателях с верхними клапанами). Они воспринимают передающиеся от кулачка боковые усилия, разгружая от них стержни и направляющие втулки клапанов. Толкатели изготовляют из легированных сталей 15Х, 20Х 12ХНЗА и 18ХНЗА, из стали 45 с последующей поверхностной закалкой. В некоторых двигателях толкатели делают из отбеливающихся чугунов. Твердость рабочих торцов толкателя не должна быть ниже HRC 54–56. Толкатели могут быть грибовидными (сферическими), цилиндрическими и роликовыми. Для уменьшения массы толкатели делают пустотелыми. Трущаяся поверхность толкателя в месте соприкосновения с кулачком имеет сферическую форму, так как при плоской форме возможны задиры вследствие погрешностей при изготовлении, кроме того, при сферической форме неперпендикулярность оси толкателя и образующих кулачка в меньшей степени влияет на работу толкателя. Роликовые толкатели применяют для уменьшения износа трущихся поверхностей и потерь на трение в механизме газораспределения. В некоторых двигателях оси роликов устанавливают на игольчатых подшипниках. Недостатком роликового толкателя является значительная масса, большой износ оси ролика, если она установлена не на подшипнике качения, и сложность изготовления.
Рис. 4.10. Толкатели: а – грибковый; б – цилиндрический; в – роликовый качающийся; г – роликовый цилиндрический; д – гидравлический Гидрокомпенсаторы При создании новых двигателей перед инженерами ставятся такие цели как экологичность, надежность, снижение уровня шума, экономичность, удобство в обслуживании, мощность. Эти требования учитываются при проектировании привода МГР и его элементов независимо от конструкции двигателя (с верхним или нижним расположением распределительного вала). Главной всегда является задача - исключить зазор клапанов и обеспечить стабильную работу двигателя в течение всего срока службы. В механической системе газораспределения температурное изменение длины и износ деталей газораспределительного механизма бесконтрольно меняют рабочий зазор. Вследствие этого, время фаз газораспределения начинает отклоняться от оптимальной величины. Использование гидрокомпенсаторов зазора клапанов в системе МГР позволяет: - уменьшить выброс вредных веществ. Конструктивно оптимизированные фазы газораспределения двигателя, а значит, и показатели состава отработанных газов остаются практически неизменными в течение всего срока эксплуатации и во всех режимах работы двигателя; - снизить уровень шума двигателя, поскольку уменьшается шумообразующий зазор клапанов; - уменьшить износ, поскольку между деталями МГР всегда обеспечивается жесткая кинематическая цепь, постоянно обеспечивающая низкую скорость посадки клапанов; - облегчить обслуживание. Зазор клапанов не возникает в течение всего срока службы двигателя; Типы компенсаторов Существует несколько типов гидрокомпенсаторов зазора клапанов. Каждый тип имеет различные исполнения и типоразмеры. Они определяются для каждого случая применения после согласования между конструкторами моторных заводов и инженерами производителя самих гидрокомпенсаторов. Основные конструктивные разновидности это: гидротолкатели; гидроопоры; компесаторы интегрированные в коромысло; роликовые толкатели. Существуют исполнения, соответствующие индивидуальным требованиям (например, лабиринтный толкатель для исключения стука при холодном запуске). Работа гидротолкателя (гидрокомпенсатора) (рис. 4.11)
Рис. 4.11. Схема работы гидротолкателя зазора в клапанном механизме двигателя: 1 – клапан; 2 – пружина обратного клапана; 3 – обратный клапан; 4 – головка блока цилиндров; 5 – кулачок распределительного вала; 6 – толкатель; 7 – плунжер; 8 – пружина плунжера; 9 – гильза; 10 – корпус обратного клапана; А, Б – полости гидротолкателя; В – масляный канал Работа гидротолкателя основана на принципе несжимаемости моторного масла, постоянно заполняющего при работе двигателя внутреннюю полость гидротолкателя и перемещающего его плунжер при появлении зазора в приводе клапана. Таким образом, обеспечивается постоянный контакт без зазора толкателя (рычага привода клапана) с кулачком распределительного вала. Благодаря этому нет необходимости регулировать клапаны при техническом обслуживании. Принцип действия гидротолкателя следующий. Масло под давлением, необходимым для работы гидротолкателя, подается в его внутренние полости А и Б из канала В системы смазки двигателя через боковое отверстие в толкателе 6, выполненное в кольцевой проточке его цилиндрической поверхности. При закрытом клапане 1 толкатель 6 (через плунжер 7) и гильза 9 распирающим усилием пружины 8 прижаты соответственно к кулачку 5 распределительного вала и торцу стержня клапана. Давление в полостях А и Б одинаково, обратный клапан 3 гидротолкателя прижат к седлу в плунжере 7 пружиной 2. При этом зазоры в клапанном механизме отсутствуют. При вращении распределительного вала кулачок 5 набегает на толкатель 6, перемещая его и связанный с ним плунжер 7. Перемещение плунжера 7 в гильзе 9 приводит к резкому росту давления в полости Б. Несмотря на небольшие утечки масла через зазор между плунжером и гильзой, толкатель 6 и гильза 9 перемещаются за одно целое и открывают клапан 1. При дальнейшем вращении распределительного вала кулачок 5 уменьшает давление на толкатель 6 и давление масла в полости Б становится ниже, чем в полости А. Обратный клапан 3 открывается и пропускает масло из полости А, соединенной с масляной магистралью двигателя, в полость Б. Давление в полости Б возрастает, гильза 9 и плунжер 7, перемещаясь относительно друг друга, выбирают зазор в клапанном механизме. Гидроопора Для уменьшения сил инерции, действующих на клапан, и облегчения компоновки гидротолкатель может заменяться гидроопорой под промежуточным рычагом (рокером).
Рис. 4.12. Гидроопора: 1 – корпус; 2 - шариковый клапан в сборе; 3 - возвратная пружина; 4 - стопорная завальцовка; 5 - перепускные отверстия (нижнее для масла, верхнее для воздуха); 6 - верхняя часть плунжера; 7 - нижняя часть плунжера; 8 – масло; A - доклапанная область; B - область гидроподушки Принцип работы следующий: масло через отверстие в корпусе гидроопоры (на рисунке не показано) попадает в полость A, после чего через шариковый клапан 2 перетекает в область B до тех пор, пока плунжер 6, 7 не уперся в рокер, который в свою очередь в кулачек распределительного вала, что обеспечивает постоянный поджим и отсутствие зазора и как следствие - снижение шума в отличии от схемы с выставлением тепловых зазоров. Обратный клапан 2 не дает маслу покидать область B, но циркуляция всё же существует, масло медленно просачивается через зазоры между 7 и 1. Именно поэтому после длительных стоянок двигатель заводится со стуком более характерным для дизеля.
Распределительный вал управляет движением клапанов в определенной последовательности в соответствии с порядком работы цилиндров данного двигателя. Расположение кулачков распределительного вала и их профиль обусловливают моменты открытия и закрытия клапанов, а также величину их проходного сечения. Распределительные валы изготовляют из легированных сталей 15Х, 15НМ и 12ХНЗА, или из углеродистых сталей 40 и 45, или из чугуна. Кулачки и шейки стальных распределитель поверхностной закалке, а чугунных – отбеливанию. Применяют как полноопорные, так и неполноопорные распределительные валы, расположенные в большинстве случаев в блоке цилиндров. В качестве подшипников распределительного вала применяют втулки из антифрикционного чугуна или свинцовистой бронзы.
Фиксация вала осуществляется упорным фланцем 1, который крепится болтами 2 к стенке 3 блока цилиндров со стороны ведущей шестерни 5 (рис. 4,14,а). Между фланцем и шестерней устанавливается дистанционное кольцо 4. Толщина кольца 4 больше толщины фланца 1 на величину регламентированного осевого перемещения вала (0,1…0,2 мм). Рис. 4.14. Способы осевой фиксации распределительного вала: а – фиксация упорным фланцем: 1 – упорный фланец; 2 – крепёжный болт; 3 – стенка блока цилиндров; 4 – дистанционное кольцо; 5 – шестерня; б – фиксация упорным болтом: 1 – крышка распределительных шестерён; 2 – упорный болт; 3 – термообработанный подпятник; в – фиксация буртиками; 1 – крышка подшипников распределительного вала; 2 – буртики; 3 – опора (подшипник) Иногда фиксация осуществляется упорным болтом 2, ввертываемым в крышку 1 распределительных шестерен (рис. 4.14,б). В торец распределительного вала устанавливается термообработанный подпятник 3 или подпружиненный ограничитель. При съемных крышках 1 подшипников верхних распределительных валов фиксация вала осуществляется буртиками 2, упирающимися в торцы подшипника 3 (рис. 4.14,в). В современных быстроходных двигателях применяются безударные кулачки. Их профиль строится согласно заданному закону движения клапана (диаграмма ускорений клапана) как без учета, так и с учетом упругости механизма газораспределения. К безударным кулачкам предъявляются следующие требования: 1) плавное изменение ускорений клапана; 2) возможно меньшие положительные и в особенности отрицательные ускорения; 3) отсутствие вибрации клапана и нарушения кинематической связи между движущимися деталями механизма газораспределения; 4) малая скорость толкателя и минимальное ее значение в момент соприкосновения клапана с толкателем (после устранения зазора), что необходимо для уменьшения удара клапана о седло; 5) сохранение принятых фаз газораспределения.
4.4. Переменные фазы газораспределения Как известно из теории крутящий момент двигателя определяется значением среднего эффективного давления и рабочего объема двигателя. В свою очередь среднее эффективное давление является функцией коэффициента наполнения, цикловой подачи топлива, индикаторного и механического КПД. Таким образом, для повышения величины крутящего момента необходимо улучшать наполнение цилиндров свежей смесью, увеличивать цикловую подачу топлива, уменьшать тепловые и механические потери. На малых оборотах величина крутящего момента, как правило, невысока. Объясняется это ухудшением процесса смесеобразования, так как малые скорости воздуха во впускном трубопроводе и малая интенсивность вихрей в цилиндре; большими потерями тепла в стенки в следствии значительного времени соприкосновения горячих газов с более холодными стенками; плохим наполнением цилиндров по причине обратного выброса. На больших частотах вращения крутящий момент уменьшается, т.к. падает коэффициент наполнения вследствие повышения аэродинамического сопротивления впускного тракта (потери по длине, дросселирование, сопротивление в клапанной щели, в воздушном фильтре). Как следует из вышесказанного, один из путей увеличения крутящего момента, а соответственно и мощности двигателя это улучшение наполнения цилиндров свежей смесью. Наибольшее влияние на наполнение цилиндра двигателя свежим зарядом оказывают фазы газораспределения, в частности, угол запаздывания закрытия впускного клапана. При увеличении этого угла двигатель на высоких частотах вращения развивает большую мощность вследствии дозарядки свежим зарядом. На низких же частотах при большом угле происходит обратный выброс, что ухудшает показатели двигателя. При уменьшении этого угла наблюдается противоположная картина. Выход из сложившейся ситуации – использование переменных фаз газораспределения. Поэтому для улучшения энергетических, экологических и экономических показателей современного автомобиля многие производители на своих двигателях применяют изменяемые фазы газораспределения, подстраивающиеся под конкретный режим работы двигателя. Механизмы, позволяющие изменять фазы газораспределения можно разделить на три группы: 1) Механизмы регулирования фаз; 2) Механизмы, позволяющие изменять как фазы, так и продолжительности открытия; 3) Механизмы регулирования фаз, подъема и продолжительности открытия.
|
