Клапанный механизм
|
Устройство газораспределительного механизма
|
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.
Клапаны изготовляются из легированных сталей с высоким содержанием хрома и никеля.
Устройство клапана
|
Притирка 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.
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 втулкиНаправляющие 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.
|
Рассухариватели клапанов
|
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. 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.
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
Общее устройство и работа клапанного механизма газораспределения
Категория:
Автомобили и трактора
Публикация:
Общее устройство и работа клапанного механизма газораспределения
Читать далее:
Декомпрессионный механизм
Общее устройство и работа клапанного механизма газораспределения
При верхнем расположении клапаны с пружинами и шайбами установлены в направляющих втулках в головке цилиндров, в которой также отлиты впускные и выпускные каналы.
В этом механизме для передачи усилия от толкателя к клапану имеются штанга и коромысло, установленное на оси. При работе механизма коленчатый вал с помощью шестеренчатой или цепной передачи приводит во вращение распределительный вал. При повороте распределительного вала его кулачки поднимают толкатели и штанги, которые упираются верхним концом в регулировочные болты коромысел. Коромысла, установленные на осях, поворачиваются и, сжимая пружины, открывают отверстия каналов в головке цилиндров. Когда кулачок отойдет от толкателя, пружина плотно посадит клапан в седло клапана.
Снижение жесткости механизма данного типа наблюдается при работе двигателя с большой частотой вращения коленчатого вала вследствие деформации штанг и других деталей. Опыты показывают, что деформация деталей приводит к ухудшению мощностных и экономических показателей двигателя. Для устранения этого явления в современных быстроходных двигателях распределительный вал устанавливают в головке блока, что значительно упрощает кинематическую связь между его кулачками и клапанами.
Двигатели такого типа обычно называются двигателями с верхним расположением распределительного вала.
В некоторых двигателях толкатель и штанга толкателя отсутствуют, а коромысла непосредственно управляются кулачками распределительного вала. При этом распределительный вал устанавливают в головке блока. Такая конструкция уменьшает число деталей механизма, упрощает его работу и повышает надежность.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Газораспределительный механизм с нижним расположением клапанов работает аналогично описанному выше, но отсутствуют штанги, коромысла и детали, на которых монтируются коромысла. При работе этого механизма движение от толкателя передается непосредственно клапану.
В двигателях с форкамерно-факельным зажиганием коромысло впускного клапана управляет одновременно впускным клапаном основной камеры и впускным клапаном предкамеры.
В течение одного рабочего цикла четырехтактного двигателя происходит одно открытие впускного и выпускного клапанов.
Для этого распределительный вал за цикл должен сделать один оборот, а коленчатый два.
Для обеспечения плотного закрытия клапана между клапаном и коромыслом или между клапаном и толкателем предусматривают зазор с. Величина зазора зависит от удлинения при нагревании Стержня клапана, толкателя, штанги и других деталей и находится в пределах 0,13—0,45 мм для впускных и выпускных клапанов. Длительная работа двигателя при отсутствии зазора приводит к обгоранию фасок клапана и прорыву газов.
—
Работа механизма газораспределения с подвесными клапанами происходит следующим образом. Коленчатый вал приводит во вращение через шестерни распределительный вал. При повороте распределительного вала его кулачок своим выступом поднимает толкатель. Стержень толкателя движется в блок-картере. Вместе с толкателем поднимается штанга, которая упирается нижним концом в дно сферической выемки толкателя, а верхним — в регулировочный винт коромысла. Коромысло, установленное на валике, поворачивается вокруг своей оси и отжимает клапан вниз.
При этом открывается отверстие канала в головке цилиндров, а пружины, предварительно сжатые (чтобы удержать клапан в закрытом положении), сжимаются дополнительно. Стержень клапана движется в направляющей втулке.
Наибольшее открытие клапана происходит тогда, когда толкатель находится на вершине кулачка. При дальнейшем повороте распределительного вала толкатель постепенно опускается, а клапан под действием пружин движется вверх, в конце хода плотно закрывая отверстие канала в головке цилиндров.
При обратном движении клапана детали передачи (коромысло, штанга и толкатель) перемещаются в первоначальное положение.
Механизм газораспределения с боковыми клапанами работает аналогично описанному выше, но конструкция его проще, так как отсутствуют штанги толкателей, коромысла и детали, на которых монтируются коромысла. В механизме газораспределения этого типа движение от толкателя передается непосредственно клапану.
Для того чтобы изменение размеров при нагревании деталей механизма газораспределения не нарушало плотной посадки клапана в гнезде, между клапаном и бойком коромысла при подвесных клапанах или между клапаном и толкателем при боковых клапанах имеется зазор.
На холодном двигателе у впускных клапанов зазор составляет 0,15—0,40 мм, у выпускных — 0,20—0,45 мм.
В течение одного рабочего цикла четырехтактного двигателя происходит одно открытие впускного и выпускного клапанов. Для этого распределительный вал должен за цикл сделать один оборот, а коленчатый вал за этот период — два оборота. Поэтому привод распределительного вала имеет передаточное отношение 1:2.
У двухтактных двигателей распределительный вал вращается с тем же числом оборотов, что и коленчатый вал, поэтому его привод имеет передаточное отношение 1:1.
При равных условиях наполнение цилиндров двигателей с подвесными клапанами больше, чем с боковыми, так как в первом случае поток воздуха или горючей смеси, поступая в цилиндр, не изменяет резко своего направления. Использование подвесных клапанов позволяет сделать камеру сгорания более компактной; это понижает тепловые потери через ее стенки и, следовательно, уменьшает удельный расход топлива.
Рис.
1. Диаграммы газораспределения:
а — двигателя СМД-14; б — двигателя ГАЗ-53
В большинстве отечественных автотракторных двигателей применяются механизмы газораспределения с подвесными клапанами и только в некоторых двигателях (например, ГАЗ-52-01) — с боковыми.
При рассмотрении действительных процессов в двигателях было выяснено, что для лучшего наполнения цилиндра двигателя свежей горючей смесью или воздухом и более полной очистки его от отработавших газов клапаны открываются и закрываются не в те моменты, когда поршень находится в мертвых точках, а с некоторым опережением при открытии и запаздыванием при закрытии.
Моменты открытия и закрытия клапанов определяются профилем кулачков распределительного вала, установкой его по отношению к коленчатому валу и точностью величин зазоров между клапанами и толкателями или коромыслами.
Периоды от момента открытия клапанов (или окон у двухтактных двигателей) до момента их закрытия, выраженные в градусах поворота коленчатого вала, называются фазами газораспределения.
Фазы газораспределения можно изобразить в виде круговой диаграммы, называемой диаграммой газораспределения.
Фазы газораспределения зависят в основном от быстроходности двигателя. Чем больше номинальное число оборотов двигателя, тем больше углы фаз газораспределения.
У всех двигателей имеется период, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно, — так называемое перекрытие клапанов. Величина угла перекрытия колеблется в пределах от 16° (П-23) до 78° (ЗИЛ-130). При перекрытии клапанов величина утечки заряда с отработавшими газами незначительна вследствие небольшого промежутка времени перекрытия и малых проходных сечений в этот период.
Наивыгоднейшие фазы газораспределения для каждой модели двигателя устанавливают экспериментальным путем. Небольшие отклонения от принятых фаз газораспределения двигателя значительно снижают его мощность и экономичность. Правильная установка фаз газораспределения двигателя достигается при его сборке совмещением специальных меток на шестернях коленчатого и распределительного валов,
Как работает клапан двигателя внутреннего сгорания
Механизм клапана означает просто последовательность операций открытия и закрытия клапана.
Все инженеры-механики или автомобилестроители должны знать клапанные механизмы. Поэтому я хотел бы поделиться некоторой информацией, надеюсь, вам понравится.
В четырехтактном двигателе внутреннего сгорания «тарельчатый клапан» выполнял открытие цилиндра во впускной или выпускной коллектор в нужный момент.
Обычно передняя часть клапана шлифуется под углом 45 градусов, но в некоторых случаях она также шлифуется под углом 30 градусов.
Не обязательно иметь одинаковый угол торца впускного и выпускного клапана одных и тех же двигателей. Таким образом, чтобы сделать это в правильном порядке, клапан может быть переточен после некоторого использования.
Предусмотрен небольшой запас, чтобы избежать острых краев. Канавка удерживает пружину клапана, которая помогает удерживать клапан прижатым к седлу в закрытом состоянии и, таким образом, плотно герметизирует камеру сгорания.
В закрытом положении торец клапана соответствует точно подобранному притертому седлу в блоке цилиндров.
Как правило, для седел выпускных клапанов используются сменные кольцевые вставки.
Впускные клапаны изготавливаются из простого никеля, никель-хрома или хромомолибдена.
Выпускные клапаны изготавливаются из хромоникелевой, кремнехромистой стали и быстрорежущей стали.
А также из нержавеющей стали, высоконикелевой хромовой, вольфрамовой и кобальтохромистой стали.
Тарельчатый клапан имеет следующие основные части,
01) Вал кулошиного вала
02) CAM
03) CAM Pyplower
04) TAPPET
05) Регулирующий винт
06). Шайф
07) Клапан Пружина
08). Направляющая штока
10) Поверхность клапана
Таким образом, с помощью этих деталей клапан очень точно выполняет свою работу в двигателе внутреннего сгорания.
В клапанном механизме этого типа
Кулачок приводит в действие клапан через толкатель. Следовательно, сменный шток клапана перемещается вверх и вниз в направляющей штока клапана.
Это движение достигается за счет вращения распределительного вала и кулачка, которые обычно вращаются со скоростью, равной половине скорости двигателя.
Пружина клапана удерживает клапан прижатым к седлу и обеспечивает герметичность, а также очень быстро возвращает клапан во время его закрытия.
Когда двигатель запускается, он постепенно нагревается, что приводит к расширению штока клапана.
Всегда предусмотрен зазор толкателя клапана, позволяющий расширить шток клапана, а также другие части.
Значение этого зазора зависит от длины клапана, его материала и рабочей температуры двигателя.
Зазор клапана толкателя можно отрегулировать вращением регулировочного винта.
Если регулировочный винт для изменения зазора не предусмотрен, его можно увеличить путем шлифовки нижней части штока и торца клапана или путем использования более длинного клапана.
Следует соблюдать должную осторожность, так как даже незначительно недостаточный зазор может привести к тому, что клапан не будет правильно прилегать к своему седлу, поскольку двигатель нагревается, вызывая повышенный уровень шума и потерю мощности.
Зазор выпускного клапана немного больше зазора впускного клапана.
Это связано с немного большим расширением в выпускном клапане из-за более высокой температуры горячих выхлопных газов, вырабатываемых при сгорании.
В этом клапанном механизме требуются толкатель и коромысло, чтобы толкать клапан против давления пружины.
Коромысло вращается вокруг вала коромысел под действием усилия толкателя.
В этом клапанном механизме сохраняется зазор между коромыслом и штоком клапана. Это также можно отрегулировать с помощью регулировочного винта.
Для преобразования привода с коленчатого вала на распределительный вал предоставляется подходящая зубчатая передача или цепь.
В высокоскоростных двигателях частота вибрации пружины клапана совпадает с нормальной рабочей частотой клапана, что приводит к резонансу и увеличению помпажного эффекта.
Чтобы решить эту проблему, в настоящее время используется составная пружина.
Составная пружина означает «Одна пружина внутри другой с разными собственными частотами».
Помимо этой информации, вам предлагается прочитать кое-что еще снизу инженерные книги
Итак, здесь вы найдете лучшие технические ресурсы для получения дополнительной информации
Чтобы получить более подробную информацию по теме, я далее рекомендуется читать
- Двигатели внутреннего сгорания
- Основы двигателей внутреннего сгорания
- Основы внутренней инженерии
- Учебник по двигателям внутреннего сгорания
Если вам понравился пост, поделитесь им с друзьями, а также в социальных сетях.
Привод клапанов — поршневой двигатель самолета
Для правильной работы поршневого двигателя каждый клапан должен открываться в надлежащее время, оставаться открытым в течение требуемого времени и закрываться в надлежащее время. Впускные клапаны открываются непосредственно перед достижением поршнем верхней мертвой точки, а выпускные клапаны остаются открытыми после верхней мертвой точки.
Таким образом, в определенный момент оба клапана открыты одновременно (конец такта выпуска и начало такта впуска). Такое перекрытие клапанов обеспечивает лучшую объемную эффективность и снижает рабочую температуру цилиндра. Эта синхронизация клапанов контролируется механизмом управления клапанами и называется синхронизацией клапанов.
Подъем клапана (расстояние, на которое клапан поднимается над седлом) и время работы клапана (время, в течение которого клапан остается открытым) определяются формой выступов кулачка. Типичные лепестки кулачка показаны на рисунке 1.
[Рисунок 2] 
Пружина толкателя предназначена для заполнения зазора между коромыслом и наконечником клапана, чтобы уменьшить ударную нагрузку при открытии клапана. В толкателе просверлено отверстие, позволяющее моторному маслу течь к полым толкателям для смазки узлов коромысел. 
Типичный гидравлический толкатель (подъемник клапана с нулевым зазором) показан на рис. 8. Когда клапан двигателя закрыт, поверхность корпуса толкателя (толкатель кулачка) находится на базовой окружности или задней части кулачка. 9Рис. 8. Толкатели гидравлических клапанов 
Сразу после закрытия клапана двигателя количество масла, необходимое для заполнения камеры давления, поступает из камеры подачи, готовясь к следующему циклу работы. 
Трубчатая форма используется из-за ее легкости и прочности. Он позволяет смазочному маслу двигателя проходить под давлением через полый шток и просверленные концы шара для смазки концов шаров, подшипника коромысла и направляющей штока клапана. Толкатель заключен в трубчатый корпус, который проходит от картера до головки цилиндров и называется трубкой толкателя. 
Винт можно отрегулировать до указанного зазора, чтобы обеспечить полное закрытие клапана. 