Двигатели
внутреннего сгорания

 
         

 

Главная
Основы конструирования
Расчеты
Силы и моменты
Поршневая группа
Шатуны и штоки
Коленчатые валы
Подшипники
Система газораспределения
Корпусные детали
Анализ конструкции
Устройство и
принцип действия

КШМ
ГРМ
Система смазки
Система охлаждения
Система питания
Система зажигания
Пуск двигателей
Увеличение мощности
Разное

КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕХАНИЗМЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Механизмы газораспределения, в которых для уплотнения впускных и выпускных отверстий цилиндра применяют одновременно клапанные и золотниковые устройства, называются комбинированными. Используют такие механизмы в двухтактных двигателях с прямоточной клапанно-щелевой продувкой, где роль золотника выполняет поршень.
Принципиальная схема клапанно-щелевой продувки, показанная на рис. 3.5, е, успешно используется в двухтактных дизелях ЯМЗ. Поток воздуха поступает в цилиндры через продувочные отверстия 14, расположенные в нижней зоне цилиндровых гильз 12, далее, совершая вихревое движение вдоль оси цилиндра, поток воздуха вытесняет отработавшие газы в трубопровод 22 через открытые к этому времени клапаны 21, которые размещают в головке цилиндра. Чтобы повысить степень очистки и наполнения, каждый из цилиндров снабжают двумя выпускными клапанами 21, а продувку осуществляют с помощью роторной воздуходувки 11, приводимой в действие от коленчатого вала. Клапаны открываются кулачками распределительного вала 15 через роликовые толкатели 16, нагруженные пружинами 17, штанги. 18 и коромысла 19, а закрываются пружинами 20. Поршень 13 на подходе к н. м. т/ открывает продувочные отверстия 14 и закрывает их при обратном движении в сторону в. м. т.
ДЕТАЛИ КЛАПАННЫХ МЕХАНИЗМОВ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Клапаны, перекрывающие впускные и выпускные отверстия цилиндров двигателя, имеют ограниченные размеры и работают В тяжелых условиях:- большие динамические нагрузки и высокие скорости перемещения в направляющих втулках при ограниченной смазке, сложность теплоотвода и неравномерный нагрев отдельных участков продуктами сгорания, обладающими повышенной коррозионной агрессивностью, поэтому принятые материалы и конструкция отдельных элементов клапана должны обеспечивать ему высокую прочность, стойкость против износа, коробления и корродирования.
Клапаны поршневых двигателей, как отмечалось ранее, состоят из головки 2 (или тарелки) и стержня 3 (рис. 3.6). Различают клапаны с плоской 2, выпуклой 7 и тюльпанообразной 8 головками. Гбловки обычно имеют небольшой (около 2 мм) цилиндрический поясок и уплотнительную фаску, снятую под углом 45 или 30°. Фаску с углом 45° применяют для впускных и выпускных клапанов, а с углом 30° — только для впускных клапанов (например, в двигателях ЗИЛ-130 и др.) - Такая фаска, хотя и снижает общую жесткость клапана, но обеспечивает большую величину площади .его проходного отверстия при заданной высоте подъема. Цилиндрический поясок позволяет сохранять основной размер «лапана (dv) в случае перешлифовки уплотняющей фаски при ремонтах, увеличи-
вает жесткость его головки и предохраняет ее кромки от разрушения (обгорания). Клапаны, оставшиеся без цилиндрического пояска, легко обгорают и непригодны для работы.
Чтобы улучшить теплоотвод и увеличить жесткость клапана, поверхность его головки со стороны стержня выполняют наклонной I углом подъема 10—30° и плавным (радиусным) переходом к стержню (см. рис. 3.6). Длз впускных клапанов угол выбирают около 10—15°, у выпускных он ближе к 20—30°.
Клапаны изготовляют из пруткового материала на горизонтально-ковочных машинах. Уплотнительные фаски клапанов шлифуют и притирают иногда к седлам, а стержни подвергают термообработке, шлифовке, полировке и даже покрывают хромом. Торцы стержней, соударяющиеся с коромыслами (регулировочными болтами в нижнеклапанных механизмах), на длине 3—5 мм закаливают до высокой твердости. Иногда их наплавляют твердыми сплавами или снабжают специальными легкосъемными стальными термаобработанными наконечниками — колпачками, обладающими высокой износостойкостью (двигатель УМЗ-412). На концах стержней клапанов в зависимости от принятого способа крепления клапанных пружин делают цилиндрические, конусные или фасонные проточки (рис. 3.6).
В двигателях автотракторного типа распространены клапаны (как впускные, так и выпускные) с плоской головкой, причем с целью улучшения наполнения цилиндров головку впускного клапана делают больше головки выпускного (в соотношении «1,2:1). Для впускных клапанов применяют также тюльпанообразные головки (рис. 3.6, позиция 8). По сравнению с плоскими головками они имеют лучшую обтекаемость со стороны входа потока, но такие головки переутяжеляют клапан, а это приводит к возрастанию сил инерции при его движении.
Впускные клапаны во время работы периодически омывает сравнительно холодный поток, но все-таки их головки нагреваются до температуры 300—400°С. Материалами для впускных клапанов служат хромистые 40Х, хромоникелевые 40ХН и аналогичные им стали, а также сталь 4Х10СТМ (для тракторных дизелей).
Выпускные клапаны работают в еще более тяжелых условиях, так как периодически.омываются горячим потоком отработавших газов, содержащих сернистые и другие агрессивные компоненты. В бензиновых двигателях они нагреваются до 700—900°С (до темно-вишневого цвета), а в дизелях имеют обычно несколько меньшую температуру нагрева, но достаточную для того, чтобы заметно снизить прочность материала и вызвать опасность повышенного корродирования, коробления или обгорания кромок головки. Поэтому головку выпускных клапанов изготовляют из хромомарганцо-воникелевой с добавкой азота, кремнехромоникелевой и других высоколегированных жаростойких и коррозионно-стойких сталей (например, 4Х10СЗМ, Х12Н7С, 2Х18Н9 и т. д.), а стержни могут быть изготовлены из хромистой или хромоникелевой сталей, обладающих хорошей износостойкостью. Клапаны, изготовленные из
двух таких материалов методом стыковой сварки, отличаются высокой жаростойкостью, хорошей износостойкостью и не вызывают излишнего удорожания производства.
Выпускные клапаны часто делают с выпуклой головкой (рис. 3.6, позиция 7), что улучшает их обтекаемость со стороны цилиндра, а также увеличивает общую прочность и жесткость конструкции.
Чтобы уменьшить тепловую напряженность выпускных клапанов в ряде двигателей (особенно форсированных), применяют натриевое охлаждение их. С этой целью клапан делают полым с утолщенным стержнем (рис. 3.6, позиция 9) и примерно 2/з полости заполняют металлическим натрием, температура плавления которого составляет около 97°С. В рабочем (горячем) состоянии двигателя натрий, будучи в расплавленном виде и перемещаясь внутри полости при возвратно-поступательном движении клапана, увеличивает интенсивность отвода теплоты от горячей головки к более холодному стержню и далее к направляющей втулке. Благодаря этому, а также затрате теплоты на испарение натрия нагревание головки клапана уменьшается на 100—200°С. Натриевое охлаждение применяют, в частности, для выпускных клапанов V-образных двигателей ЗМЗ-66 и ЗИЛ-130. Полость в стержне 1 заполнена в них натрием 11 и заделана накладкой (заглушкой) 13 (рис. 3.7, а). На уплотнительные фаски выпускных клапанов этих двигателей наплавляют слой 12 особо твердого, износостойкого и антикоррозионного сплава.
Седло клапана, с которым соприкасается его уплотнительная фаска, обрабатывают инструментами с углами заточки 15, 45 и 75° таким образом, чтобы уплотнительный поясок седла имел угол 45° и ширину около 2,0 мм (см. рис. 3.6, позиция 6). По своим размерам поясок должен подходить ближе -к меньшему основанию конусной фаски клапана (иначе после восстановления изношенного седла клапан глубоко опустится в тело). Широко применяют метод, при котором уплотняющие фаски седла и клапана изготовляют с разностью углов до 1,5° (см. рис. 3.6, позиция 5). Фаска клапана имеет меньший угол и соприкасается с седлом только узким пояском у своего большого основания. Это обеспечивает хорошее уплотнение клапанного отверстия даже в условиях возможной деформации головки.
В нижнеклапанных двигателях с чугунными блоками или в верхнеклапанных с головкой цилиндров из чугуна седла клапанов делают непосредственно в теле блока или головки, как показано на рис. 3.6 (позиции 5 и 6). Однако в тракторных дизелях применяют только вставные седла 1 вне зависимости от материала головки цилиндров.
Вставные седла изготовляют в виде отдельных колец из специального чугуна (для выпускных с твердостью HRC 40—60 и примерно НВ 200 — для впускных), легированной стали или металлокерамики. Кольца-седла 1 запрессовывают в расточенные под них гнезда с определенным натягом. Седла устанавливают также методом заливки, придавая им форму, показанную на рис. 3.6 (позиция 10).
Для поддержания в рабочем состоянии контактных поверхностей уплотнительных фасок выпускных клапанов иногда применяют специальные устройства, позволяющие принудительно проворачивать клапаны в процессе ^работы. В качестве примера на рис. 3.7 показано устройство; применяемое в двигателе ЗИЛ-130.

1 2 3 4 5 6 7

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 



  Разработано специально для liciss.ru, все права защищены.
Копирование материалов сайта разрешается только с указанием прямой индексируемой ссылки на источник.