Что относится к деталям клапанной группы
Детали клапанной группы
К клапанной группе (рис. 1) относятся: клапан, направляющая втулка клапана, клапанная пружина с опорной шайбой и коническими разрезными сухариками.
Рис. 1. Детали клапанной группы двигателя: а — с нижним расположением клапанов; б — с верхним расположением клапанов
Клапан служит для закрытия и открытия впускных или выпускных каналов в блоке. Основными элементами клапана являются головка и стержень.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
- Двигатели автомобилей «Москвич»
- Роторно-поршневые двигатели
- Автомобильный двигатель Стирлинга
- Авиационный двигатель
- Газовый двухтактный мотокомпрессор
- Двигатели со свободно движущимися поршнями
- Конструкции поршневых и комбинированных двигателей
- Судовые комбинированные двигатели
- Комбинированные двухтактные двигатели с противоположно движущимися поршнями
Впускной клапан изготовляют из износостойкой хромистой или хромо-кремнистой стали, а выпускной во избежание быстрого выгорания — из особой жаростойкой стали (сильхромовой или хромоникельмарганцовистой), так как головка клапана при работе омывается раскаленными газами. Клапан изготовляют путем высадки из прутковой стали. После высадки головку и стержень клапана подвергают механической и термической обработке. Торец стержня клапана дополнительно закаливают до высокой твердости, чтобы уменьшить его износ при работе.
Головка клапана имеет снизу шлифованную конусную рабочую поверхность — фаску (обычно под углом 45°), которой клапан плотно притерт к седлу. На фаску выпускных клапанов в целях повышения их долговечности в двигателях некоторых марок наплавляют особо жаростойкий сплав. На головке клапана делают углубление для установки инструмента, используемого при притирке клапанов. Стержень клапана, проходящий через направляющую втулку, шлифуют. На конце стержня клапана имеется канавка для крепления опорной шайбы пружины. Разноименные клапаны имеют головки различных размеров (большая у впускного клапана) или отличаются специальными метками (обычно впускной ВП или ВС, а выпускной ВЫИ пли ВХ).
Рис. 2. Устройства, повышающие долговечность выпускных клапанов
Для лучшего отвода тепла от головки выпускного клапана и улучшения условий его работы в двигателях некоторых марок применяют клапаны с натриевым охлаждением (двигатели ГАЗ и ЗИЛ ). В этом случае клапан имеет полый (высверленный) со стороны головки стержень (рис. 2, а). Канал закрыт со стороны головки приваренной к ней заглушкой. Внутренняя полость стержня заполнена частично жидким металлическим натрием 2. При движении клапана натрий, перемещаясь внутри стержня, переносит тепло от головки к стенкам стержня, которое затем передается направляющей втулке.
Седло клапана, в которое он садится фаской головки, расположено в блоке или в головке блока. Седла выпускных клапанов или всех клапанов при алюминиевых головках изготовляют в виде вставных колец из жаростойкой стали или специального чугуна, что повышает срок их службы. Вставные седла наглухо запрессовывают в выточки блока или головки.
Направляющая втулка, через которую проходит стержень клапана, обеспечивает точную посадку его в седло. Стержень клапана подогнан к направляющей втулке с большой точностью. Зазор у впускных клапанов примерно равен 0,05—0,09 мм, а у выпускных — 0,08—0,12 мм. Втулки делают чугунными или металлокерамическими (путем прессования и спекания при высокой температуре металлического порошка) и запрессовывают в блок или головку цилиндров. При установке направляющей втулки в головке цилиндров на верхнем наружном конце втулки ставится стопорное кольцо или имеется буртик, которые устраняют возможность самопроизвольного опускания втулки вниз.
Клапанная пружина удерживает клапан в закрытом положении, обеспечивая плотную его посадку в седле, а также постоянно прижимает толкатель к поверхности кулачка распределительного вала при подъеме и опускании клапана. Пружины изготовляют из специальной стальной термически обработанной проволоки путем холодной их навивки. Для повышения срока службы пружины подвергают после изготовления дробеструйной обработке. Пружину надевают на выходящий из втулки конец стержня клапана и закрепляют на нем в сжатом состоянии с помощью опорной шайбы 4 (см. рис. 45, а и б) с коническими разрезными сухариками, которые входят в выточку на стержне клапана. Пружины удерживают клапаны в закрытом положении с усилием около 20—25 к Г.
Для ограничения количества масла, поступающего в направляющую втулку, и устранения подсоса масла в цилиндр через зазоры во втулке на верхних впускных клапанах под опорной шайбой ставят защитные металлические или резиновые колпачки.
Часто применяются пружины с переменным шагом витков, имеющие малый шаг на одном из концов, что устраняет возможность возникновения резонансных вибраций пружины и поломки ее вследствие этого при большом числе оборотов коленчатого вала двигателя. В случае возникновения усиленных колебаний такой пружины витки ее, имеющие малый шаг, соприкасаются, и жесткость пружины изменяется, в результате чего колебания гасятся. При верхних клапанах иногда на клапан ставят по две пружины, что устраняет возможность проваливапия клапана в цилиндр при поломке одной из пружин. В этом случае направление навивки и шаг витков пружин делаются разными, что также устраняет опасность возникновения резонансных колебаний пружин.
В целях повышения долговечности выпускных клапанов применяют специальные мероприятия, обеспечивающие проворачивание клапана при работе. При этом устраняется возможность возникновения нагара на фаске клапана. Нагар является причиной нарушения плотности закрытия клапана, что ведет к быстрому выгоранию фаски клапана под действием раскаленных газов, прорывающихся через зазор. Поэтому в некоторых конструкциях верхних клапанов (двигатели ГАЗ ) между опорной шайбой пружины и коническими сухариками ставят промежуточную стальную втулку, соприкасающуюся с шайбой узкой кольцевой поверхностью, тщательно обработанной и закаленной до высокой твердости. Вследствие малого трения в таком соединении, в которре попадает масло, создаются условия для возможности проворачивания клапана при работе под воздействием усилия от коромысла и вибраций, возникающих в узле клапан — пружины.
Применяют также специальный механизм (рис. 2, а и б), обусловливающий принудительное проворачивание выпускного клапана при каждом его открытии (двигатели ЗИЛ ). Механизм состоит из неподвижного корпуса,
в наклонных каналах которого расположены пять шариков с возвратными пружинами, дисковой пружины и опорной шайбы с замочным кольцом. Механизм установлен на направляющей втулке клапана в углублении головки; клапанная пружина упирается в опорную шайбу.
Когда клапан закрыт и давление клапанной пружины невелико, дисковая пружина выгнута наружпым краем кверху, а внутренним краем опирается в заплечики корпуса. При этом шарики пружиной отжаты в канавках в крайнее положение.
При открытии клапана давление клапанной пружины возрастает и передается через опорную шайбу дисковой пружин, которая выпрямляется. При этом внутренний край пружины отходит от заплечиков корпуса, и пружина, опираясь на шарики, передает на них все давление, вследствие чего шарики перемещаются в углубления канавок корпуса, вызывая поворот дисковой пружины и вместе с ней опорной шайбы, клапанной пружины и клапана. Когда клапан закрывается, давление на дисковую пружину уменьшается, и она, выгибаясь, опять упирается внутренним краем на заплечики корпуса, освобождая шарики, которые под действием пружип перемещаются в исходное положение. Таким образом, при каждом открытии клапана происходит его принудительный поворот на некоторхлй угол.
Газораспределительный механизм
В технике под газораспределительными понимаются те механизмы, при помощи которых производится открывание и закрывание впускных и выпускных клапанов двигателей внутреннего сгорания.
При помощи газораспределительных механизмов в цилиндры двигателей внутреннего сгорания (как карбюраторных, так и дизельных) осуществляется впуск топливной смеси или воздуха, а также выпуск из них отработавших газов.
На сегодняшний день наиболее распространенными являются четырехтактные поршневые двигатели внутреннего сгорания. В их конструкции используются клапанные механизмы газораспределения.
Устройство газораспределительного
механизма двигателя
С технической точки зрения газораспределительный механизм представляет собой сборку. Как и другие механизмы, наличествующие в двигателях внутреннего сгорания (причем независимо от конкретных видов и типов силовых агрегатов), они состоят из деталей. В случае с газораспределительными механизмами таковыми являются распределительные валы с приводами, передаточные детали и детали клапанной группы.
К клапанной группе относятся такие детали, как сами выпускные и впускные клапаны, их пружины с элементами крепления, а также направляющие втулки.
К категории передаточных деталей относятся рычаги привода клапанов, ось коромысел, сами коромысла, штанги толкателей, направляющие втулки толкателей, толкатели, а также регулировочные болты и шайбы. Следует заметить, что в тех случаях, когда распределительный вал в конструкции этого механизма располагается сверху, то такие детали, как оси коромысел, сами коромысла, штанги толкателей, толкатели и направляющие втулки обычно не используются.
Функционирование газораспределительного механизма производится в строго определенной последовательности.
Во время вращения распределительного вала расположенные на нем кулачки «набегают» на детали, связанные с клапанами и составляющие с ними единую кинематическую цепочку. Таким образом, клапаны приводятся в движении, причем в соответствии с тем порядком, в котором функционируют цилиндры.
В определенных фазах поворота распределительного вала его кулачки располагаются в таком положении, при котором все детали клапанной группы открываются и возвращаются в исходное состояние.
Во время работы двигателя внутреннего сгорания скорость вращения распределительного вала в два раза меньше, чем скорость вращения вала коленчатого. Дело в том, что за два оборота коленчатого вала в каждом цилиндре впускной и выпускной клапаны должны быть открыты только по одному разу.
То, насколько нормально и бесперебойно будет функционировать газораспределительный механизм, зависит от многих факторов. Одним из важнейших является размер теплового зазора между деталями привода клапанов и кулачками распределительного вала. Он необходим для того, чтобы компенсировать удлинение клапанов в результате их нагрева и обеспечить, тем самым, их полное закрытие. В тех случаях, когда тепловой зазор недостаточен или же вообще отсутствует, клапаны закрываются неполно, и при этом происходит утечка газов. Кроме того, фаски головок клапанов обгорают, а мощность силового агрегата падает.
Практически все силовые агрегаты, которыми оснащаются современные автомобили, оснащаются газораспределительными механизмами, в которых используются гидравлические толкатели. С их помощью обеспечивается тот контакт, который необходим между кулачками распределительного вала и клапанами. Благодаря этому при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания отпадает необходимость в регулировке теплового зазора, а также существенно снижается износ деталей клапанной группы и распределительного вала.
Газораспределительный механизм
Нормальная работа двигателя возможна только в том случае, если подача топливно-воздушной смеси в цилиндры и удаление отработанных газов производится в строго определенные моменты времени. Именно для решения этой задачи предназначен газораспределительный механизм (ГРМ), о котором пойдет речь в этой статье.
Назначение ГРМ
В любом двигателе — будь то двухтактный или четырехтактный, бензиновый или дизельный — подача топливно-воздушной смеси в цилиндры (или отдельно воздуха и топлива в случае дизеля), воспламенение топлива и выпуск отработанных газов происходят только при определенном положении поршня. Это довольно трудная задача, и для ее решения в двигателе предусмотрена отдельная система — газораспределительный механизм, или ГРМ.
Название ГРМ точно передает его назначение: эта система осуществляет распределение газов — топливно-воздушной смеси и отработанных газов — по цилиндрам в строго определенные моменты. Поэтому от работы ГРМ зависит работа всего двигателя, а также его основные характеристики — мощность, частота вращения коленвала, стабильность работы и другие.
Классификация ГРМ
Реализовать газораспределение можно разными способами, и мысль конструкторов моторов двигалась в нескольких направлениях. Поэтому сегодня существует несколько типов и видов ГРМ, которые, выполняя одну функцию, отличаются многими деталями.
Можно выделить два основных типа двигателей с ГРМ, имеющих принципиальные отличия друг от друга:
— Двигатели с нижним расположением распределительного вала — в блоке цилиндров;
— Двигатели с верхним расположением распределительного вала — в головке блока цилиндров.
Нижневальные моторы имели широкое распространение в прошлом, а сейчас новые модели автомобилей, на которых установлены такие двигатели, можно в буквальном смысле слова пересчитать по пальцам одной руки. Верхневальные моторы, напротив, почти полностью заняли современный автомобильный рынок и еще многие десятилетия будут удерживать свои позиции.
В свою очередь, двигатели с нижним расположением распредвала можно разделить на три вида:
— С нижним расположением клапанов (все клапаны установлены в блоке цилиндров). Использовались до 50-х годов прошлого века, сегодня не производятся;
— Со смешанным расположением клапанов (впускные клапаны — в головке блока цилиндров, выпускные — в блоке цилиндров). Использовались вплоть до 70-х годов прошлого века;
— С верхним расположением клапанов (все клапаны установлены в головке блока цилиндров). Этот вид моторов все еще широко применяется в грузовых автомобилях, а также на тяжелой технике, в том числе железнодорожной. В легковых авто эти двигатели применялись вплоть до 1970-х годов.
Двигатели с верхним расположением распределительного вала также делятся на два основных вида и несколько разновидностей:
— SOHC — двигатели с одним распределительным валом. Делятся на три разновидности в зависимости от привода клапанов — с коромыслами, рычагами и толкателями;
— DOHC — двигатели с двумя распределительными валами. Делятся на несколько разновидностей в зависимости от количества клапанов на цилиндр — 2, 3, 4 или 5.
В наше время легковые автомобили разных классов чаще всего оснащены двигателями с верхним расположением распределительного вала, построенными по схеме DOHC.
Ограниченное распространение (на некоторых моделях топовых спортивных автомобилей и мотоциклов) получил ГРМ, построенный по десмодромной схеме. В этом механизме применяются два распределительных вала, однако они, в отличие от традиционных двигателей, обеспечивают принудительное открытие и закрытие клапанов без использования пружин. Благодаря такой схеме решается проблема «зависания» клапанов вследствие инерционности пружины и удается развить обороты свыше критических 9000 об/мин.
Устройство и работа ГРМ
Любой газораспределительный механизм четырехтактных двигателей, независимо от типа и вида, имеет несколько основных частей:
— Клапанная группа;
— Привод клапанов;
— Распределительный вал (или валы);
— Привод вала.
Клапанная группа состоит из впускного и выпускного клапанов, пружин, которые удерживают клапаны в закрытом положении, и направляющих втулок. Наиболее важная деталь — клапан, который состоит из тарелки (или головки) и стержня. Тарелки клапанов имеют разные диаметры: у впускного — больше, у выпускного — меньше. Это обеспечивает лучшее перемешивание топливно-воздушной смеси и ее распределение в цилиндре.
Привод клапанов у разных видов двигателей отличается. Это могут быть коромысла, рычаги или толкатели, а в двигателях с нижним расположением распределительного вала присутствуют и штанги, передающие усилие от кулачков вала к коромыслам. Во многих современных двигателях для компенсации температурного расширения стержня клапанов используются гидрокомпенсаторы.
Распределительный вал — это именно та деталь, которая отвечает за фазы газораспределения. На валу расположены кулачки особой формы, которые при вращении открывают клапаны. Причем каждый кулачок имеет свое особое расположение и приводит в движение только один клапан.
Привод распредвала — механизм, обеспечивающий вращение вала, синхронное с вращением коленчатого вала двигателя. С одной стороны распредвала жестко установлена шестерня, которая посредством ременной или цепной передачи связана с шестерней, установленной на коленчатом валу. Диаметры шестерен подобраны таким образом, чтобы распредвал вращался вдвое медленнее коленвала.
Принцип работы ГРМ очень прост и понятен. Главный принцип в газораспределении — всегда, в каждый момент времени, обеспечивать жестко связанное относительное положение поршней, коленчатого вала, распределительного вала и клапанов. Любое, даже незначительное, смещение одних элементов относительно других приводит к нарушению фаз газораспределения и к ухудшению работы двигателя.
Традиционно схема фаз газораспределения и положение деталей ГРМ и двигателя сводится к следующему. Открытие впускного клапана производится с некоторым опережением достижения поршня своей верхней мертвой точки, то есть еще до конца такта выпуска. В это время открыт и выпускной клапан, поэтому обеспечивается лучшая продувка цилиндра от отработанных газов. Закрытие впускного клапана производится несколько позже пересечения поршня нижней мертвой точки. В дальнейшем оба клапана закрыты, происходит сжатие, воспламенение топливно-воздушной смеси и рабочий ход. Открытие выпускного клапана производится с опережением достижения поршня НМТ, а закрытие — уже после прохождения ВМТ. Таким образом, цикл замыкается и начинается снова.
За один рабочий цикл коленвал двигателя совершает два полных оборота, а распредвал — всего один. Именно поэтому шестерня коленчатого вала имеет вдвое больший диаметр, чем шестерня коленчатого вала.
Газораспределительный механизм — одна из важнейших систем двигателя, поэтому необходимо обеспечивать ее точную настройку и регулярно проводить техническое обслуживание. В противном случае двигатель будет доставлять массу проблем автовладельцу.
Тест 3. Механизм газораспределения
1) МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ (ГРМ) ПРЕДНАЗНАЧЕН ДЛЯ_ВПУСКА СВЕЖЕГО ЗАРЯДА И ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ.
Выберите номера всех правильных ответов
2. РАБОЧИЕ ПОВЕРХНОСТИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА:
7) подвергают отпуску.
3. КЛАПАНЫ ОТКРЫВАЮТСЯ:
4) давлением газа;
5) давлением масла;
6) разряжением в цилиндре;
7) кулачком распределительного вала.
4. ДЕТАЛИ ПРИВОДА ГРМ:
11) замки пружин;
12) направляющие втулки
5. ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ДЕТАЛИ ГРМ:
11) замки пружин;
12) направляющие втулки.
6. ДЕТАЛИ КЛАПАННОЙ ГРУППЫ:
11) замки пружин;
12) направляющие втулки.
Установите правильную последовательность
7. РАБОТА ГРМ (РИС. 3.1):
7) регулировочный болт 3.
Рис. 3.1. Газораспределительный механизм двигателя ЗМЗ-4025.10
Выберите номера всех правильных ответов
8. САЛЬНИК 12 (РИС. 3.1)
1) смазывает стержень клапана;
2) фиксирует пружины 11;
3) предотвращает прорыв газа из камеры сгорания;
4) предотвращает проникновение масла в камеру сгорания.
9. ШЕСТЕРНЯ 17 ( РИС. 3.1) ПРИВОДИТ В ДЕЙСТВИЕ:
1) масляный насос;
2) топливный насос;
3) распределительный вал;
4) прерыватель-распределитель зажигания.
10. ФЛАНЕЦ 15 (РИС. 3.1):
1) крепится к шестерне 14\
2) крепится к блоку цилиндров;
3) фиксирует вал от осевого смещения;
4) имеет шлифованную внутреннюю поверхность.
11. КРЕПЛЕНИЕ ПРУЖИН 11 (РИС. 3.1) НА КЛАПАНЕ ДОСТИГАЕТСЯ ЗА СЧЕТ:
1) болта 3; 4) тарелки 10,
2) втулки 6; 5) коромысла 5.
12. ТЕПЛОВОЙ ЗАЗОР В КЛАПАННОМ МЕХАНИЗМЕ (РИС. 3.1) РЕГУЛИРУЕТСЯ:
3) на горячем двигателе;
4) на холодном двигателе;
5) между носком коромысла и стержнем клапана;
6) между болтом 3 и коромыслом 5.
13. УВЕЛИЧЕННЫЙ ТЕПЛОВОЙ ЗАЗОР В КЛАПАНАХ ПРИВОДИТ К:
1) стуку клапанов;
2) улучшению газообмена;
3) ухудшению газообмена;
4) увеличению мощности.
5) уменьшению мощности;
6) неплотному закрытию клапанов;
7) прогоранию кромок головок клапанов.
14. НЕДОСТАТОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ ЗАЗОР В КЛАПАНАХ ПРИВОДИТ К:
1) стуку клапанов;
2) улучшению газообмена;
3) ухудшению газообмена;
4) неплотному закрытию клапанов;
5) прогоранию кромок головок клапанов.
15. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ КОМПЕНСАТОРЫ ТЕПЛОВЫХ ЗАЗОРОВ:
1) требуют регулировки;
2) не требуют регулировки;
3) работают на любом масле;
4) работают от давления масла;
5) требуют синтетического масла;
6) автоматически «выбирают» зазор при пуске двигателя.
16. МОМЕНТЫ ОТКРЫТИЯ И ЗАКРЫТИЯ КЛАПАНОВ, ВЫРАЖЕННЫЕ В УГЛАХ ПОВОРОТА КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА НАЗЫВАЮТСЯ _______ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ.
17. УГОЛ (РИС. 3.2) НАЗЫВАЕТСЯ _____________ КЛАПАНОВ.
Рис. 3.2. Диаграмм фаз газораспределения
Выберите номера всех правильных ответов
18. ФАЗЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАВИСЯТ ОТ:
1) диаметра головок клапанов;
2) длины стержней клапанов;
3) величины теплового зазора в клапанах;
4) профиля кулачков распределительного вала;
5) взаимного расположения кулачков распределительного вала;
6) взаимного расположения коленчатого и распределительных валов.
19. ПОЯСОК СЕДЛА КЛАПАНА (РИС. 3.3) ИМЕЕТ ПЕРЕМЕННОЕ СЕЧЕНИЕ ДЛЯ:
1) улучшения газообмена;
2) надежного уплотнения;
3) снижения стука клапана;
4) снижения нагарообразования;
5) обеспечения проворачивания клапана.
Рис. 3.3. Профиль седла клапана
20. МАТЕРИАЛ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КЛАПАНОВ:
2) низкоуглеродистая сталь;
3) хромистая среднеуглеродистая сталь;
4) качественная конструкционная сталь;
5) хромоникелевая среднеуглеродистая сталь.
21. ПРОВОРАЧИВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ТОЛКАТЕЛЯ ВОКРУГ ЕГО ОСИ НЕОБХОДИМО ДЛЯ
1) вращения штанги;
2) предотвращения неравномерного износа.
3) вибрацией двигателя;
4) смещением кулачка относительно оси толкателя;
5) конической поверхностью кулачка распределительного вала.
ОТВЕТЫ