Что относится к деталям клапанной группы

Дата добавления: 2016-06-22 ; просмотров: 5933 ;

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.

Устройство автомобилей

Газораспределительный механизм (ГРМ) двигателя внутреннего сгорания предназначен для своевременного впуска свежего заряда в цилиндры двигателя и выпуска из них отработавших газов.
При этом свежим зарядом в карбюраторных двигателях подразумевается порция смеси воздуха и бензина, подаваемого в цилиндр для последующего воспламенения от специального поджигающего устройства.
В дизельных двигателях и прочих двигателях с внутренним смесеобразованием при помощи газораспределительного механизма в цилиндры подается чистый воздух, в который, после предварительного сжатия, впрыскивается топливо при помощи специального устройства (форсунки, компрессора и т. п.), имеющего отношение к другой системе двигателя – системе питания.

Очевидно, что без тщательно налаженного и безотказно функционирующего газораспределительного механизма двигатель работать не будет.

Исходя назначения и из условий, в которых работают детали и узлы газораспределительного механизма, к нему предъявляются следующие основные требования:

• хорошее наполнение и очистка цилиндров;
• минимальные габариты и масса деталей;
• высокая надежность деталей, обусловленная требуемой жесткостью их конструкции, стойкостью к изнашиванию и высоким температурам;
• минимальные потери на трение при работе;
• простота и технологичность конструкции.

В зависимости от элементов, посредством которых цилиндры двигателя сообщаются с внешней средой, газораспределительные механизмы делятся на клапанные и золотниковые .

Золотниковый принцип газораспределения применяется, преимущественно, в двухтактных двигателях, где подача свежего заряда и удаление отработавших газов осуществляется через специальные окна в цилиндрах, сообщающиеся с впускными и выпускными каналами. Окна открываются и перекрываются поршнем в процессе его перемещения вдоль цилиндра, т. е. основные функции ГРМ выполняют детали кривошипно-шатунного механизма двигателя.

В современных четырехтактных двигателях наибольшее применение получили клапанные ГРМ, обеспечивающие более качественный газообмен без потерь тепловой энергии и части топлива, т. е. способствующие повышению общего КПД теплового двигателя.

Клапанный газораспределительный механизм состоит из привода, передаточных деталей и клапанной группы.
Привод обычно включает зубчатую, ременную или цепную передачу и распределительный вал.

Передаточные детали являются промежуточным звеном между приводом и клапанным механизмом. К передаточным деталям относятся толкатели, штанги, коромысла или другие конструктивные элементы, выполняющие сходные функции.

Клапанная группа включает клапаны, направляющие втулки клапанов и пружины клапанов с замковыми устройствами.

Классификация клапанных газораспределительных механизмов

Клапанные газораспределительные механизмы могут иметь различную конструкцию и выполняться по разнообразным техническим решениям.

По расположению клапанов различают ГРМ:

• с нижним расположением клапанов;
• с верхним расположением клапанов.

В случае с нижним расположением (рис. 1) клапаны размещаются, как правило, в один ряд сбоку цилиндров и приводятся в действие через толкатели 9 от общего распределительного вала, на котором выполнены кулачки 10.
Такая схема расположения клапанов имеет существенные недостатки: неудобство регулировки тепловых зазоров, растянутая форма камеры сгорания, высокое сопротивление клапанов, что приводит к недостаточному наполнению и очистке цилиндров. По этим причинам нижнеклапанная схема газораспределительных механизмов на современных двигателях почти не применяется.

При верхнем расположении клапанов (рис. 1) указанные выше недостатки отсутствуют, поэтому мощность и экономичность двигателя выше.

По расположению распределительного вала ГРМ могут быть:

• с нижним расположением вала;
• с верхним расположением вала.

При нижнем расположении (рис. 1) распределительный вал находится сбоку и немного выше коленчатого вала или над коленчатым валом. Нижнеклапанный газораспределительный механизм, показанный на рисунке 1,а, выгодно отличается высокой жесткостью и меньшей инерционностью передаточных деталей, чем верхнеклапанный ГРМ, изображенный на рис. 1,б, поскольку второй механизм имеет много промежуточных звеньев (штанги, коромысла). Эти недостатки можно устранить, используя верхнее расположение распределительного вала (рис. 1,в), когда вал находится в головке блока цилиндров и непосредственно воздействует на клапаны.

Клапанный ГРМ работает следующим образом: приводимый во вращение от коленчатого вала распределительный вал своими кулачками воздействует на толкатели или непосредственно на клапаны через направляющие стаканы (рис. 1,в).
При нижнем расположении клапанов усилие от толкателя передается непосредственно на клапан, а при верхнем – от толкателя на штангу, затем на коромысло и после этого на клапан.
Далее клапан, преодолевая усилие пружины, перемещается в направляющей втулке и открывается, соединяя полость цилиндра с впускным или выпускным каналом (в зависимости от назначения клапана).
При дальнейшем вращении распределительного вала кулачок проворачивается, отпуская клапан, и он возвращается в исходное положение под воздействием пружины, закрывая канал. Поскольку кулачки на распределительном валу выполнены под определенными углами, клапаны цилиндров открываются и закрываются в строго определенные моменты, что обуславливает правильное газораспределение.

По расположению и числу клапанов ГРМ могут быть:

• с продольным расположением относительно оси двигателя;
• с поперечным или косым расположением;
• с двумя клапанами на цилиндр;
• с тремя клапанами на цилиндр;
• с четырьмя клапанами на цилиндр.

Продольное расположение клапанов (рис. 2, а-в) является наиболее простым. Расположение клапанов может быть попарное и или поочередное. При попарном расположении впускные каналы соседних цилиндров могут иметь общий патрубок.

Поперечное расположение клапанов (рис. 2,г) используется при установке свечи зажигания в центре камеры сгорания. При этом обеспечивается лучшее наполнение цилиндров.

Если при этом клапаны наклонены или смещены относительно оси цилиндра, то такое расположение клапанов называется косым. Косое расположение позволяет увеличить диаметр клапанов, оптимизировать расположение свечей зажигания или форсунок и форму камеры сгорания.

При поперечном расположении клапанов впускные и выпускные каналы направлены в разные стороны, что позволяет увеличить диаметр клапанов, а значит, увеличить их пропускную способность.

Увеличение диаметра клапанов положительно сказывается на газообмене в цилиндрах, но, вместе с тем, приводит к увеличению массы и габаритов клапана, а значит – к росту инерционных нагрузок на детали, особенно в высокооборотистых двигателях.
Одним из решений этой проблемы является применение многоклапанных двигателей, когда на каждый цилиндр устанавливают три или четыре клапана. Это позволяет увеличить проходное сечение при меньшей массе клапанов. Тем не менее, и такая конструкция не лишена недостатков, в первую очередь – из-за усложнения и, как следствие, снижения надежности и повышения стоимости.

В газораспределительных механизмах современных двигателей может применяться не только один, но и два распределительных вала. Такие двигатели называют двигателями типа DOHC.

Двигатель DOHC (Double Over Head Camshaft) – это, в соответствии с аббревиатурой, двигатель, имеющий два распределительных вала с верхним расположением. Появление таких двигателей связано с увеличением числа клапанов ГРМ для повышения эффективности процессов газообмена в цилиндрах.
В современных двигателях типа DOHC на каждый цилиндр приходится четыре клапана – два впускных и два выпускных, это позволяет быстрее очистить цилиндр от продуктов сгорания топлива и наполнить его свежим зарядом.
Очевидно, повышения эффективности газообмена можно достичь двумя способами – увеличением диаметра клапанных тарелок или увеличением количества клапанов.
В первом случае ограничение накладывает диаметр цилиндра – нельзя увеличивать диаметр тарелки клапана за границы, определяемые диаметром цилиндра двигателя. Поэтому использование увеличенных до предела тарелок клапанов не позволяет полностью использовать площадь цилиндра для повышения эффективности газообменных процессов.
Второй способ позволяет использовать площадь цилиндра более рационально, но приводит к усложнению конструкции ГРМ. Тем не менее, конструкторы современных автомобильных двигателей пошли по пути усложнения клапанного механизма с целью увеличения мощности и КПД при заданных параметра х двигателя.

Некоторые автопроизводители с этой целью используют не четыре клапана на цилиндр, а пять («Audi V6») и даже шесть («Maserati V6 — 4AC — 36v») (см. рисунок 2.а).

По виду привода распределительного вала ГРМ могут быть (рис. 3):

• с приводом от зубчатой передачи;
• с приводом от цепной передачи;
• с приводом от ременной передачи (обычно применяется зубчатый ремень);
• с вальным приводом.

Привод от зубчатой передачи (рис. 4, в) обычно применяют в механизмах с нижним расположением распределительного вала. Как правило, в этом случае используется два косозубых зубчатых колеса, одно из которых устанавливается на коленчатом валу (ведущее), а второе – на распределительном валу (ведомое).
При значительном расстоянии между осями коленчатого и распределительного валов, например при расположении распределительного вала в верхней части блока или двух боковых распределительных валах, привод может иметь три или даже четыре зубчатых колеса.
Основное достоинство данного привода заключается в простоте конструкции, удобстве обслуживания, надежности и постоянстве передаточного числа.
Недостатки – относительно высокая стоимость изготовления и повышенный уровень шума.

Вальный привод (рис. 3, г) также надежен в работе и применяется в дизелях большой мощности при расположении распределительного вала в головке блока цилиндров. Его недостатки – сложность конструкции, более низкая жесткость и сложность регулировки по сравнению с приводом от зубчатой передачи.

Цепные передачи тоже используются в качестве привода распределительного вала (рис. 3, б), при этом в качестве промежуточного звена обычно применяются роликовые двухрядные и однорядные цепи.
Преимущество такого привода – возможность передачи момента вращения при больших расстояниях между коленчатым и распределительным валами, простота конструкции, небольшая масса деталей, относительно низкий уровень шума и удовлетворительная надежность.
Недостатки цепного привода – быстрое изнашивание и растяжение цепи, вибрация под действием переменных нагрузок. Для устранения этих недостатков в цепных приводах устанавливаются автоматические натяжные устройства и специальные направляющие колодки.

В двигателях невысокой передаваемой мощности, например, применяемых в легковых автомобилях, нередко в качестве привода распределительного вала используется ременная передача с зубчатым ремнем. Ремень чаще всего изготовляется из синтетических материалов, армированных стекловолокном или проволочным кордом.
Преимущества такого привода: малая масса движущихся деталей, низкий уровень шума, устойчивость регулировок, простота технического обслуживания, обусловленная отсутствием потребности в смазке и регулировках при эксплуатации.
Единственный недостаток такой передачи – невысокая долговечность.

На рис. 4 представлены различные приводы клапанного механизма.

При непосредственном приводе (рис. 4, а) на клапан воздействует кулачок распределительного вала через направляющий стакан 1, который исключает дополнительные нагрузки на стержень и втулку клапана.
При верхнем расположении распределительного вала и продольном расположении клапанов привод клапана может осуществляться и через одноплечие рычаги (рис. 4, б-г), а при поперечном и косом расположении клапанов – через коромысла (рис. 4, з).
При нижнем расположении распределительного вала привод клапанов осуществляется, как правило, через коромысла.

Представленный ниже видеоролик поможет лучше понять устройство и принцип работы газораспределительного механизма поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Что относится к деталям клапанной группы

Клапанная группа деталей трактора

К клапанной группе механизмов газораспределения относят клапаны, их направляющие втулки, клапанные пружины с деталями крепления, гнезда (седла) клапанов и некоторые другие детали.

Клапаны состоят из головки (тарелки) и стержня. Для уменьшения сопротивления при впуске и выпуске переход от головки клапана к стержню делают возможно более плавным.

Головки клапанов чаще всего имеют такие формы: плоскую, тюльпанообразную и выпуклую. Клапаны с плоской головкой просты по конструкции, их применяют обычно в качестве впускных клапанов. Тюльпанообразную форму головки имеют впускные клапаны большого Диаметра. Такая головка, хотя и несколько сложна в изготовлении, однако имеет сравнительно небольшую массу, достаточную жесткость и хорошую обтекаемость. Клапаны с выпуклой головкой применяют в качестве выпускных. Они отличаются повышенной жесткостью и хорошей обтекаемостью со стороны цилиндра.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

• Техническое обслуживание гидравлической навесной системы трактора
• Общее устройство тракторов
• Муфты сцепления трактора
• Система воздушного охлаждения
• Общее устройство поршневых двигателей внутреннего сгорания
• Техническое обслуживание системы питания автомобиля и трактора
• Установка топливного насоса на дизеле
• Муфта опережения впрыскивания топлива
• Топливные насосы тракторов высокого давления

Головка клапана имеет конусную запорную часть. Для плотной посадки в седло на запорной части клапана делают прошлифованную фаску, которая индивидуально притирается к фаске соответствующего седла. Угол конуса фаски составляет, как правило, 45 или 30°. При угле фаски 30ч необходимое проходное сечение клапана достигается при меньшем его подъеме, что позволяет уменьшить силы инерции и износ клапанов. Однако применение клапанов с таким углом фаски в механизмах с нижним боковым расположением клапанов приводит к резкому изменению направления всасываемого потока и ухудшению наполнения.

Угол фаски 45° применяется как при нижнем, так и при верхнем расположении клапанов; угол фаски 30ч имеют верхние впускные клапаны отдельных двигателей. Диаметры головок впускных и выпускных клапанов двигателя или одинаковые, или диаметр головки впускного клапана для лучшего наполнения цилиндров делается большим.

Направляющая часть клапана (цилиндрическая поверхность стержня) шлифуется. Хвостовая часть стержня приспособлена для крепления пружины к клапану. Для этого на хвостовике стержня делают кольцевую проточку, или коническую поверхность для сухариков, или сверлят сквозное отверстие для чеки.

Кроме этого, на стержне подвесного клапана иногда делают выточку для установки проволочного кольца, предотвращающего падение клапана в цилиндр при отъединении пружины от клапана.

Торец стержня клапана, воспринимающий удары коромысла или толкателя, закаливают или закрывают специальным защитным каленым колпачком.

Впускные и выпускные клапаны работают в разных условиях: если средняя температура заряда, омывающего впускной клапан, составляет 300…400 °С, то температура отработавших газов, в среде которых работает выпускной клапан, достигает 600…800 °С. Поэтому к материалу выпускного клапана, особенно его головки, предъявляются повышенные требования с точки зрения жаростойкости, сопротивления коррозии и образованию окалины, износостойкости.

Для изготовления впускных клапанов применяют хромистые стали, а выпускных — специальные жароупорные сильхромовые стали. В некоторых случаях головку выпускного клапана делают из жароупорной стали и электросваркой соединяют ее со стержнем из хромистой стали.

Чтобы повысить износостойкость клапана, часто стержень хромируют, а фаски головок наплавляют жаростойкими хромоникелевыми сплавами.

Выпускные клапаны некоторых двигателей имеют специальное охлаждение. В стержне клапана со стороны головки делают глухое сверление, которое наполовину заполняют легкоплавким веществом (натрием или специальными солями), затем заваривают. При работе двигателя наполнитель в стержне плавится, взбалтывается и интенсивно отводит теплоту от головки к стержню.

Направляющая втулка центрирует клапан относительно гнезда и обеспечивает плотную, без перекосов посадку головки клапана в гнездо. Ее изготовляют из чугуна или металлокерамического сплава.

Клапанное гнездо является опорой для головки клапана. При закрытом клапане его фаска прижимается к фаске гнезда, обеспечивая надежное уплотнение. Клапанные гнезда выполняют непосредственно в теле головки цилиндров блок-картера или изготовляют отдельно в виде колец из специального чугуна или жароупорных сталей. Вставные кольца применяют в качестве гнезд для выпускных клапанов, а если головка цилиндров (блок-картер) изготовлена из легких, относительно мягких сплавов, то и для всех клапанов.

Клапанные пружины предназначены для плотной посадки клапанов в гнезда. В процессе работы клапанная пружина обеспечивает постоянный беззазорный контакт передаточных деталей (клапан — коромысло — штанга — толкатель — кулачок).

Как правило, пружины впускных и выпускных клапанов изготовляют одинаковыми.

Клапанные пружины цилиндрические, с постоянным или переменным шагом, из круглой проволоки диаметром 3…8 мм и числом рабочих витков от 5 до 14. В качестве материала для изготовления клапанных пружин применяют марганцовистую, кремнемарганцевую, хромованадие-вую и другие стали (например, 65Г, 50ХВА, 50ХФА).

Нижние клапаны обычно имеют по одной пружине, верхние для уменьшения габаритной высоты двигателя и снижения напряжения на клапан могут иметь по две короткие пружины. В случае применения двух пружин на клапан направления навивки наружной и внутренней пружин делают различными. Это исключает попадание витков одной пружины между витками другой.

Пружины с переменным шагом меньше вибрируют. Их следует устанавливать большим шагом навивки к головке клапана.

Пружины относительно клапана центрируют за счет опорного гнезда в головке цилиндров или блок-картере.

Крепление пружины к стержню клапана может выполняться при помощи опорной шайбы и цилиндрических или конических сухариков, конуса на хвостовике стержня или чеки. Первый способ получил наибольшее распространение.

На некоторых двигателях применяют приспособления для небольшого поворота выпускного клапана относительно своей оси при каждом подъеме. Это создает эффект самопритирания фасок и предотвращает образование нагара на них.