Газораспределительный механизм двигателя

Газораспределительный механизм двигателя

 

Двигатель внутреннего сгорания принад­лежит к циклично работающим установкам. Отграниченное количество рабочей смеси поступает в цилиндр, работает там, а затем выводится через систему выпуска. Процесс наполнения и опустошения цилиндра назы­вается сменой заряда смеси. Качество смены заряда сильно влияет на литровую мощность двигателя.

Смена заряда смеси должна происходить таким образом, чтобы отработавшие газы полностью удалялись из цилиндра и заменя­лись свежим зарядом смеси. Процессы смены заряда в двухтактном и четырехтактном двигателях отличаются между собой, поэтому ниже рассматривают­ся по отдельности.

 

Смена заряда смеси в четырехтактном двигателе

 

Клапанное газораспределение

Рис. Клапанное газораспределение

В четырехтактном двигателе смена заряда смеси происходит после завершения ра­бочего хода поршня. Сначала вовремя вы­пуска при ходе поршня к верхней мертвой точке открывается выпускной клапан и отработавшие газы выводятся в систему выпу­ска. Затем начинается впуск — открывается впускной клапан и во время хода поршня к нижней мертвой точке в цилиндр втяги­вается свежий заряд смеси. В момент про­хождения поршнем верхней мертвой точки между тактами выпуска и впуска имеет ме­сто так называемое перекрытие клапанов, когда оба клапана открыты одновременно. При этом поток отработавших газов, выходя из цилиндра, образует некое разрежение воздуха, позволяющее свежему заряду сме­си проникнуть в цилиндр. Свежий заряд, в свою очередь, как бы подпирает порцию отработавших газов, не давая ей вернуться в цилиндр.

Пример HTML-страницы

 

Пример HTML-страницы
Золотниковое газораспределение

Рис. Золотниковое газораспределение

 

В абсолютном большинстве четырех­тактных двигателей впускной и выпуск­ной клапаны имеют грибовидную форму (рис. «Клапанное газораспределение»). Грибовидный клапан открывает­ся и закрывается относительно медленно, так как его начальная и конечная скорость равны нулю; при открывании клапанов в цилиндре происходит снижение давле­ния. Приведение грибовидного клапана в действие при высокой частоте вращения распределительного вала не составляет проблем, но при этом клапаны склонны к колебаниям, которые могут привести к поломке клапанных пружин. При всех не­достатках клапанное газораспределение применяется повсеместно и не вытесня­ется золотниковым газораспределением (рис. «Золотниковое газораспределение»), поскольку последнее гораздо бо­лее сложно по конструкции и требует тща­тельного уплотнения.

 

Конструкция газораспределительного механизма

 

Распределительный вал

 

Распределительный вал приводит в движение клапаны — непосредственно или через про­межуточные детали. Его частота вращения в четырехтактном двигателе равна половине частоты вращения коленчатого вала. В двух­тактном двигателе при наличии клапанного га­зораспределения частота вращения коленча­того и распределительного валов одинакова.

Распределительный вал всегда при­водится в действие от коленчатого вала. У двигателей устаревшей конструкции рас­пределительный вал находился в блоке ци­линдров и приводился с помощью цепи или косых шестерен разного размера. В послед­нем случае большая шестерня, надевавша­яся на распределительный вал, изготавли­валась из мягкого материала (текстолит или алюминий) для снижения шума работы дви­гателя. На более современных двигателях распределительный вал расположен в го­ловке блока цилиндров и приводится цепью, зубчатым ремнем, набором цилиндрических шестерен или валиком с коническими ше­стернями (рис. «Варианты привода распределительного вала в головке блока цилиндров»).

 

Варианты привода распределительного вала в головке блока цилиндров

Рис. Варианты привода распределительного вала в головке блока цилиндров

 

Шестерни и цепи привода распредели­тельного вала при работе смазываются мас­лом из системы смазки двигателя. Зубчатый ремень из полимерного материала, арми­рованный стальной проволокой или нитями из стекловолокна, при работе не смазывает­ся. Конические зубчатые передачи дороги в производстве, поэтому используются в на­стоящее время только в двигателях гоноч­ных автомобилей или мотоциклов.

Распределительный вал в головке блока цилиндров располагается обычно на двигате­лях с высокой частотой вращения коленчато­го вала, чтобы избежать колебаний привода клапанов и возможной поломки клапанных пружин. Последнее может привести к аварии всего двигателя, вплоть до разрушения порш­ня и блока цилиндров. В цепном и ременном приводах имеются натяжное устройство и на­правляющие элементы, которые обеспечива­ют работу привода распределительного вала без внутренних колебаний.

Распределительный вал изготавливается из стали или из специального чугуна. Рабо­чие поверхности кулачков и опорные шей­ки закаливаются и шлифуются. Прочность валов из специального чугуна достигается с помощью закалки.

 

Толкатели

 

Простой толкатель используется в двигате­лях с небольшими нагрузками. Он должен вращаться вокруг своей продольной оси для снижения износа в месте контакта толкателя с кулачком распределительного вала, что до­стигается установкой толкателя с небольшим смещением (эксцентриситетом) относитель­но оси распределительного вала. Для более высоких нагрузок лучше использовать роли­ковый толкатель, который вокруг своей про­дольной оси вращаться не должен, зато ро­лик толкателя обкатывается по поверхности кулачка, значительно снижая трение и износ.

При использовании гидравлических тол­кателей не нужно регулировать зазор в при­воде клапанов. При закрытом клапане из си­стемы смазки двигателя в цилиндр толкателя попадает так много масла, что поршень тол­кателя без зазора прижимает части приво­да клапана друг к другу. Как только кулачок поднимает толкатель, шариковый обратный клапан перекрывает канал для подачи мас­ла, а толкатель и поршень толкателя вместе двигаются вверх.

Толкатели чаще всего изготавливаются из чугуна. Поверхности трения закаливают­ся и шлифуются.

 

Штанга толкателя

 

Штанга толкателя – элемент устаревшей конструкции автомобильного двигателя, в котором распределительный вал находил­ся в нижней части блока цилиндров. Штанги толкателей переносили усилие от толкате­лей на коромысла клапанов. Штанги изготав­ливались из стали или алюминиевого спла­ва, на торцах штанг с одной стороны были опоры под регулировочный винт коромысла клапана, а с другой стороны — шарик-опора для установки штанги в толкатель.

 

Коромысло

 

Двуплечее коромысло (рис. «Двуплечее коромысло клапана») сдвигает клапан, открывая впускной или выпускной каналы в головке блока цилиндров. Оно из­готавливается из стали или чугуна. В совре­менных двигателях коромысла привода кла­панов применяются все реже и реже.

На коромысле установлен регулировоч­ный винт с контргайкой для регулировки зазоров в приводе клапанов. Зазоры регу­лируются таким образом, чтобы на прогре­том двигателе оставался небольшой зазор между коромыслом и клапаном для надеж­ного герметичного закрытия клапана. Негер­метичный клапан быстро пригорит по краям вследствие действия протекающих через него горячих газов.

 

Двуплечее коромысло клапана Рычаг открытия клапана и толкатель
Рис. Двуплечее коромысло клапана Рис. Рычаг открытия клапана и толкатель

Распределительный вал, расположен­ный в головке блока цилиндров, может от­крывать клапаны не только с помощью дву­плечих коромысел, но и непосредственно с использованием рычагов открытия клапа­на или толкателей (рис. «Рычаг открытия клапана и толкатель»), что сегодня ис­пользуется практически повсеместно.

 

Возвратные механизмы клапана

 

Шпилечная возвратная пружина

Рис. Шпилечная возвратная пружина

Возвратный механизм клапана служит для возвращения его в исходное положение после открытия и удержания в исходном поло­жении с сохранением герметичности канала. Чаще всего в таком качестве используются одна или несколько винтовых возвратных пружин. Реже используются возвратные пру­жины шпилечного типа (рис. «Шпилечная возвратная пружина»). В двигателях спортивных и гоночных ав­томобилей или мотоциклов с очень высокой частотой вращения коленчатого и распреде­лительного валов пружины во многих случа­ях не используются. Дело в том, что частота открывания-закрывания клапанов в таких двигателях столь высока, что пружины про­сто не успевают срабатывать, возвращая клапан в исходное положение после откры­тия. В этих случаях используют десмодром­ный (принудительный) привод клапанов. В таком механизме на каждый кла­пан на распределительном валу приходятся два кулачка, один из которых приводит ры­чаг открытия клапана, а другой — рычаг его закрытия. При закрытии клапан плотно при­жимается к своему седлу и затем полностью закрывается под воздействием давления га­зов в цилиндре. Такие механизмы эффектив­но работают только на больших оборотах, в противном случае в подобных двигателях компрессия минимальна.

 

Клапан

 

Клапан с наплавлением твердого сплава на уплотнительную Клапаны автомобильного двигателя под­вергаются высоким механическим и терми­ческим нагрузкам, а также коррозионному воздействию со стороны продуктов сгора­ния рабочей смеси. При полной нагрузке температура на поверхности тарелки вы­пускного клапана доходит до 800 °С, а на тарелке впускного клапана — до 500 °С. Для противостояния таким нагрузкам вы­пускные клапаны изготавливают из высоко­легированных сталей с высокой теплостой­костью. Для увеличения его срока службы на уплотнительную фаску тарелки клапана наплавляется особенно прочный сплав CrNi (рис. «Клапан с наплав­лением твердого сплава на уплотнительную»). Температуру тарелки клапана можно понизить, если использовать кла­паны с натриевым охлаждением (рис. «Клапан с натриевым охлаждением»). Полый стержень клапана на 2/3 наполняется натрием. Во время работы двигателя натрий от нагрева становится жидким, испаряется и поддерживает перенос тепла от тарелки к стержню, через который тепло передается на направляющую втулку клапана.

Поворотный механизм клапана

Рис. Поворотный механизм клапана

В высоконагруженных двигателях срок службы клапана можно увеличить в несколь­ко раз, установив поворотный механизм (рис. «Поворотный механизм клапана»). Как только клапан открывается, пружина клапана прижимает тарелку кла­пана к поворотному механизму, шарики ка­тятся по дорожке и поворачивают клапан на небольшой угол вокруг его оси. Вследствие принудительного вращения конец стержня клапана и тарелка не подвержены отложе­ниям продуктов сгорания и распада масла, поэтому вероятность негерметичности кла­пана из-за пригорания уплотнительной фа­ски значительно снижается. Направляющая втулка клапана Направляющая втулка клапана изготавлива­ется из серого чугуна или из материала с вы­сокой теплостойкостью и хорошими анти­фрикционными свойствами. Для хорошего отвода тепла направляющая втулка должна быть как можно длиннее, при этом торец направляющей втулки выпускного клапана не должен выступать в выпускной канал го­ловки блока цилиндров, так как в этом слу­чае втулка будет дополнительно поглощать тепло.

Пример HTML-страницы

 

Седло клапана

 

В головках блока цилиндров, которые изго­товлены из чугуна, седло клапана фрезеру­ется и шлифуется непосредственно в теле головки. Если головка блока цилиндров из­готовлена из легкого сплава, то в этом слу­чае используются вставные седла клапанов из особого серого чугуна. Для обеспечения хорошей герметичности клапанов уплот­нительные фаски на тарелке клапана и его седле должны быть по возможности узкими (1,5-2,5 мм). Хорошее уплотнение достигает­ся методом притирки клапанов к седлам.

 

Конструкция клапанов

 

Варианты расположения клапанов

Рис. Варианты расположения клапанов

Для хорошего наполнения цилиндра се­чение впускного и выпускного каналов головки блока должно быть большим.

Ограничения диаметра тарелки клапана обусловлены конструкцией головки бло­ка цилиндров и формой камеры сгорания. Клапаны с параллельным расположением могут иметь меньший диаметр по срав­нению с клапанами, расположенными под углом в шатровой камере сгорания (рис. «Варианты расположения клапанов»). Выпускной клапан имеет чаще всего меньший диаметр, чем впускной кла­пан.

Это сделано для того, чтобы не пере­путать клапаны при сборке головки блока цилиндров. Кроме того, впускной клапан большего диаметра обеспечивает лучшее наполнение цилиндра холодной рабо­чей смесью, а горячие отработавшие газы хорошо выходят через выпускной канал меньшего диаметра.

При этом важно, чтобы выпускной клапан был изготовлен из более теплостойкого материала.

 

Определение основных размеров клапана

Рис. Определение основных размеров клапана

Для клапанов с параллельным располо­жением выбираются следующие размеры (рис. «Определение основных размеров клапана»):

  1. Клапаны одинакового размера

d ≈ 0,4 D

2. Клапаны разного размера

dE ≈ 0,45 D

dА ≈ 0,35 D

D — диаметр цилиндра;

В — впускной клапан;

А — выпускной клапан.

Для клапанов с косым расположением диаметр тарелки конструктивно выбира­ются, исходя из конструкции головки блока цилиндров.

В двигателях легковых автомобилей и мотоциклов число клапанов в головке блока цилиндров может доходить до пяти на цилиндр (рис. «Варианты расположения клапанов»). Общие проходные сечения впускного и выпускного каналов увеличиваются. В результате улучшается наполнение цилиндра и повышается мощность двигателя. Свеча зажигания может быть установлена в середине камеры сгорания, чтобы сократить путь пламени и период задержки воспламенения. В дизельных двигателях с помощью размещения форсунки в центре камеры сгорания достигается более благоприятное направление струи впрыскиваемого топлива и, как следствие, лучшее сгорание смеси.

Головка блока цилиндров с двумя клапанами на цилиндр проще по конструкции и легче по весу. Конструкция с несколькими клапанами на цилиндр, при всех своих достоинствах, отличается сложностью конструкции и высокими затратами на изготовление.

Угол фаски тарелки клапана составляет преимущественно 45°, а ширина фаски клапана варьируется от 1,5 до 2,5 мм.

При определении максимального хода клапана исходят из условия, что размер канала вокруг клапана должен быть немного больше, чем позади него.

 

Конструкция кулачков

 

 Профиль кулачка определяет момент и продолжительность открытия клапана. Профиль кулачка должен удовлетворять следующим условиям:

  • Клапан должен быстро открываться и быстро закрываться. Величина хода клапана должна быть максимально возможной.
  • Процесс движения в целом должен выбираться таким образом, чтобы не вызывать недопустимо больших колебаний пружины клапана.

 

Привод клапанов с пружинами представляет собой конструкцию, подверженную вынужденным колебаниям. Его собственная частота колебаний вследствие жестких и легких деталей должна быть настолько большой, насколько это возможно. Вынужденные колебания вызываются воздействием на клапаны кулачков распределительного вала. Как только клапан закрывается, благодаря зазору в приводе клапана исчезает силовое замыкание между элементами привода, и колебания прекращаются.

 

Определение фазы газораспределения

 

Фазы газораспределения — это, по сути, продолжительность открытия клапанов, выраженная в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек поршня.

 

Диаграмма фаз газораспределения

Рис. Диаграмма фаз газораспределения

 

Так как клапаны открываются и закрываются относительно медленно, угол поворота коленчатого вала выбирается большим, чем угол, соответствующий впуску и выпуску. При этом можно достичь того, как ясно из диа­граммы фаз газораспределения (рис. «Диаграмма фаз газораспределения»), чтобы к началу и завершению впуска и выпу­ска небольшое сечение каналов было уже или еще открытым. Завершение выпуска и начало впуска пересекаются, так как оба клапана от­крыты одновременно. Вследствие данного перекрытия клапанов достигается лучшее выведение отработавших газов из камеры сгорания. Давление выпуска увеличивает­ся, когда поршень уже находится в верхней мертвой точке. При этом в камере сгорания возникает пониженное давление, а через уже открытый впускной клапан поступает свежий заряд рабочей смеси. Большое перекрытие клапанов обеспечивает хорошую вентиля­цию цилиндра от остаточных газов, но в бен­зиновых двигателях, как следствие, вызывает потери топлива и приводит к повышенному шуму на холостом ходу вследствие пропусков зажигания, так как при небольшой частоте вращения и почти закрытой дроссельной за­слонке отработавшие газы всасываются об­ратно и смесь сильно обедняется. Здесь не­обходимо искать оптимальный вариант, при котором остаточные отработавшие газы бу­дут удаляться в сочетании с потерями топли­ва и пропусками зажигания, в особенности с учетом ограничения содержания углеводо­родов в отработавших газах.

Диаграммы крутящего момента и мощности при раннем и позднем закрытии впускного клапана

Рис. Диаграммы крутящего момента и мощности при раннем и позднем закрытии впускного клапана

Впускной клапан закрывается сразу по­сле прохождения поршнем нижней мертвой точки. Вследствие инерции свежего заряда смеси достигается некий эффект наддува, интенсивность которого возрастает с увели­чением скорости потока смеси, то есть чем выше средняя скорость поршня или часто­та вращения коленчатого вала. Вследствие запоздалого закрытия впускного клапана при высокой частоте вращения коленча­того вала достигается большая мощность двигателя благодаря наддуву, в то время как при незначительной частоте вращения она очень маленькая, так как клапан вновь выпу­скает часть заряда. На рис. «Диаграммы крутящего момента и мощности при раннем и позднем закрытии впускного клапана» изображена диаграмма крутящего момента и мощности относительно частоты вращения коленча­того вала для раннего и позднего закрытия впускного клапана. Способность к разгону двигателя высокой мощности (впуск закры­вается поздно) низкая. В результате ему тре­буется больше передач в трансмиссии для того, чтобы он мог всегда работать в бла­гоприятном диапазоне частоты вращения (нисходящая ветвь линии крутящего момен­та между nMmax, и n N).

Прежде всего, фазы газораспределения конструктор определяет согласно своему опыту. Точные значения для высокой мощ­ности, незначительного удельного расходы топлива и небольшого содержания вред­ных примесей в отработавших газах опре­деляются во время стендовых испытаний двигателя.

Экспериментальные данные:

Впускной клапан открыт 10 до 50 °УПКВ перед верхней мерт­вой точкой (ВМТ), а закрыт 40 до 80 °УПКВ после нижней мерт­вой точки (НМТ)

 

Выпускной клапан открыт 40 до 80 °УПКВ перед нижней мерт­вой точкой (НМТ), а закрыт 10 до 50 °УПКВ после верхней мерт­вой точки (ВМТ)

УПКВ — угол поворота коленчатого вала.

 

Изменение фаз газораспределения

 

Из диаграмм на рис. «Диаграммы крутящего момента и мощности при раннем и позднем закрытии впускного клапана» видно, что при средней частоте вращения коленчатого вала крутящий момент при раннем за­крытии впускного клапана высокий, то же самое наблюдается при высокой частоте вращения коленчатого вала и позднем за­крытии впускного клапана. Если крутящий момент должен быть высоким как при сред­ней, так и при высокой частоте вращения коленчатого вала, впускной клапан должен работать с изменяющимися фазами газо­распределения, то есть двигатель должен быть оснащен специальным распредели­тельным валом (или валами) с возможно­стью изменения фаз газораспределения. Механизм регулятора способен на работа­ющем двигателе изменять угол поворота распределительного вала привода впуск­ных клапанов относительно коленчатого вала. На рис. «Схема изменения фаз газораспределения путем изменения натяжения цепи привода распределительных валов» схематически изображе­на возможность такой регулировки. Рас­пределительный вал привода выпускных клапанов приводится в действие цепью от коленчатого вала. Вторая цепь соединяет оба распределительных вала и передает крутящий момент с одного вала на другой. Если при смещении натяжителя ведущая ветвь соединительной цепи удлиняется, ведомая ветвь становится короче. С умень­шением длины ведомой ветви цепи распре­делительные валы перестают вращаться с одинаковым смещением относительно коленчатого вала, и распределительный вал привода впускных клапанов открывает клапана чуть раньше.

 

Схема изменения фаз газораспределения путем изменения натяжения цепи привода распределительных валов

Рис. Схема изменения фаз газораспределения путем изменения натяжения цепи привода распределительных валов

 

. Гидравлическая регулировка положения распределительного вала с помощью лопастного регулятора

Рис. . Гидравлическая регулировка положения распределительного вала с помощью лопастного регулятора

Более совершенной системой измене­ния фаз газораспределения стала гидравли­ческая муфта, в просторечии именуемая — «фазовращатель». В этой конструкции шкив привода распределительного вала выпол­няет роль корпуса гидравлической муфты. Ротор муфты находится внутри корпуса и непосредственно соединен с распредели­тельным валом. В корпусе муфты сделано несколько полостей, к которым по каналам подводится моторное масло из системы смазки. Заполнение той или иной полости маслом обеспечивает поворот ротора отно­сительно корпуса и, соответственно, смеще­ние распределительного вала на определен­ный угол. В результате моменты открытия и закрытия кулачков могут изменяться на величину порядка 20°… 30°. С помощью дав­ления масла происходит регулировка угла смещения распределительного вала при использовании лопастного регулятора. При вращении ведущей шестерни распредели­тельного вала масло внутри специального корпуса воздействует на лопасти регуля­тора в ту или другую сторону, меняя таким образом угол смещения распределительно­го вала относительно корпуса регулятора (рис. «. Гидравлическая регулировка положения распределительного вала с помощью лопастного регулятора»).

Чтобы на холостом ходу при перекры­тии клапанов не возникал излишний шум от работы двигателя, положение распреде­лительного вала привода впускных клапа­нов регулируется на «позднее» открытие клапанов. При растущей частоте вращения коленчатого вала, например, при 1000 мин-1, распределительный вал привода впускных клапанов переводится на более «раннее» открытие клапанов, чтобы крутящий момент был большим. При достижении 4000 мин 1 распределительный вал привода впускных клапанов вновь переводится в «позднее» по­ложение для увеличения крутящего момента двигателя. Соответствие процесса смены за­ряда смеси оптимальным режимам работы двигателя происходит эффективнее, если можно менять фазы открытия как впускных, так и выпускных клапанов.

 

Полностью регулируемый газораспределительный механизм

 

Диаграмма перемещения клапана в полностью регулируемом газораспределительном механизме

Рис. Диаграмма перемещения клапана в полностью регулируемом газораспределительном механизме

Как уже обсуждалось в разделе 3.3, для управления нагрузкой на двигатель без по­мощи дроссельной заслонки необходим полностью регулируемый газораспредели­тельный механизм (рис. «Диаграмма перемещения клапана в полностью регулируемом газораспределительном механизме») с возможно­стью изменения его параметров в процессе работы. Изменение параметров подобного газораспределительного механизма произ­водится с помощью электрических, гидрав­лических или механических вспомогатель­ных систем. Первый газораспределительный механизм с возможностью регулировки па­раметров в процессе работы под названием «Valvetronic» был создан в 2001 году компа­нией «BMW AG».

 

Газораспределителный механизм «Valvetronic» производства

Рис. Газораспределителный механизм «Valvetronic» производства

 

Газораспределительный механизм «Valvetronic» производства компании «BMW AG» показан на рис. «Газораспределителный механизм «Valvetronic» производства». В этой конструкции кулачок распределительного вала приводит в движение подвижный промежуточный ры­чаг, который одной стороной контактирует с коромыслом клапана, а другой — со специ­альным эксцентриковым валом. Положение кулачка эксцентрикового вала определяет ход промежуточного рычага и, соответствен­но, ход клапана. Поворачивая эксцентрик, можно добиться увеличения или уменьше­ния хода клапана. Поворот эксцентрикового вала производится с помощью электро­мотора, сигналы на который поступают от электронной системы управления работой двигателя. Величина регулировки хода кла­пана составляет более 9 мм, а изменение этого параметра происходит всего за 300 мс.

 

Гармоничный кулачок

 

Выражение гармоничный кулачок обознача­ет математическую модель простейшего ку­лачка с идеальным стандартным профилем. Такой кулачок работает вместе с простей­шим гладким толкателем, движения которо­го можно описать с помощью простых фор­мул. На рис. 8.21 изображен гармоничный кулачок в четырех положениях.

В положении 1 толкатель касается ос­новной окружности кулачка; ход толкателя равен нулю. После того как кулачок в поло­жении 2 поворачивается на угол Q, против часовой стрелки, толкатель касается дуги окружности радиусом r1, и проходит путь S1. Средняя точка М1, сдвигается вверх на вели­чину S1. Величину движения толкателя мож­но определить из положения точек MAM1. В положении 3 толкатель касается второй дуги окружности радиусом r2. Разница хода толкателя между положением 3 и наивысшим положением 4 составляет величину С. Угол поворота кулачка между положениями 3 и 4 имеет величину Q2. Расстояние С выво­дится из положения точек ММ2В.

На рис. «Схема движения толкателя при использовании гармоничного кулачка» изображены путь, скорость и ускорение толкателя в зависимости от угла поворота кулачка.

 

Схема движения толкателя при использовании гармоничного кулачка

Рис. Схема движения толкателя при использовании гармоничного кулачка

 

Форма кулачка

 

В примере 1 скорость удара клапана о сед­ло необходимо перепроверить, так как она не должна превышать допустимое значе­ние. С другой стороны, желаемым является быстрое открытие клапана. Оба требова­ния нельзя осуществить с помощью одной дуги окружности, образующей поверхность кулачка. Низкая скорость движения кла­пана требует небольшого радиуса, а высо­кая скорость — большего. Данные условия можно выполнить только с помощью нескольких дуг окружностей различных ради­усов. Поэтому, кроме базовой окружности кулачка, его форма образуется сочетанием нескольких дуг окружностей разного ради­уса. Радиусы дуг окружностей выбираются в зависимости от необходимых параметров работы газораспределительного механизма (ход клапана, моменты открытия и закрытия клапана). Пока толкатель двигается вдоль базовой окружности кулачка, коромысло клапана, благодаря зазору в газораспреде­лительном механизме, на шток клапана не воздействует. Как только толкатель начинает двигаться по поверхности большого радиу­са, все части механизма приходят в силовое замыкание и клапан начинает приподни­маться со своего седла, открывая канал. На рис. «Форма кулачка» показана форма кулачка с названи­ями различных ее участков.

 

Форма кулачка

 

Общие положения

 

Для приведения в действие клапана слу­жат различные поверхности кулачка и тол­катели разного вида (рис. «Профили кулачка»). Гладкий толкатель может работать вместе только с выпуклым кулачком, а не с полым. Полый кулачок или тангенциальный кулачок тре­буют в качестве партнера толкатель с выпу­клой поверхностью, например, роликовый толкатель. Радиус ролика толкателя должен выбираться меньшим, чем минимальный радиус кулачка.

Изготовление кулачка начинается с под­готовки эталонного кулачка, который имеет ту же форму, что необходима для кулачков про­мышленного изготовления. С помощью эта­лонного кулачка изготавливается копир, кото­рый управляет работой станка для шлифовки распределительного вала. Заранее изготов­ленный распределительный вал удерживается в шлифовальном станке с помощью специаль­ного крепления. При шлифовке поверхности кулачка распределительный вал поворачива­ется вокруг своей оси и одновременно, сооб­разно требуемому профилю кулачка, с помо­щью копира качается в разные стороны.

 

Расчет пружины клапана

 

Пример HTML-страницы

Размеры пружины клапана должны опреде­ляться таким образом, чтобы она могла соз­дать требуемую силу натяжения, а ее частота собственных колебаний превышала частоту вращения распределительного вала для того, чтобы избежать опасных резонансных колебаний. Сила натяжения пружины долж­на быть больше суммы силы замедления всех частей привода клапана, чтобы динами­ческая связь оставалась заметной.

 

Пример HTML-страницы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *