Клапанный механизм

 

                  Механизм газораспределения предназначен для впуска в цилиндры двигателя свежей горючей смеси (в бензиновых) или воздуха ( в дизелях) и для выпуска отработавших газов.

 
               Клапанный механизм должен обеспечивать четкое открытие и закрытие клапанов в соответствии с тактами работы двигателя, при этом должно быть выполнено обязательное условие герметичности камеры сгорания и длительное сопротивление износу и высоким температурным нагрузкам.
                В современных автомобильных и тракторных двигателях применяют, клапанные механизмы газораспределения, характеризующиеся простотой конструкцией, малой стоимостью изготовления и ремонта, совершенством уплотнения и главное надежностью работы. Все детали клапанного механизма могут быть либо отремонтированы ( седла клапанов, клапана) , либо заменены на новые детали ( распредвал, втулки клапанов, толкатели, пружины и т.д.).

            

             Конструктивные варианты размещения привода клапанов.

                 

1.  Привод клапанов с помощью штанги при нижнем расположении распределительного вала.
2. Привод клапанов рычажным толкателем.
3. Привод клапанов двумя коромыслами от одного кулачка верхнего распределительного вала.
4. Непосредственный привод от распределительного вала через толкатель при верхнем расположении клапанов в двигателе. 

                     Верхнее расположение клапанов, приводимых                     

                     цилиндрическими толкателем:

               от распределительного вала толкатель перемещается в головке возвратно-поступательно и воспринимает поперечное усилие со стороны кулачка с одновременной передачей  усилия на стержень клапана с одновременной передачей  усилия на стержень клапана.

                       Верхнее расположение распределительного вала с 

                        приводом клапанов при помощи рычажного толкателя:

 

                        здесь силы при подъеме кулачка воспринимаются и передаются    установленным в головке блока качающимся рычажным толкателем, который перемещается между кулачком и клапаном. Кроме функции передачи усилий, толкатель, может изменить величину подъема клапана.

Привод двух коромысел от кулачков верхнего распределительного вала:

 

                    Ось каждого коромысла располагается между распределительным валом и клапаном. Коромысло обычно конструируется так, что бы оно увеличивало перемещение клапана.

                    В современной мировой практике для уточнения типа клапанного механизма применяются следующие сокращения:

• OHV ( Over Head Valves) означает верхнее расположение клапанов в двигателе. Никакой информации о расположении распределительного вала в этом сокращении не содержится.
• OHC ( Over Head Camshaft) означает верхнее расположение распредвала (распредвалов) и не содержит никакой информации об их количестве, и о их способе воздействия на клапан.

Аббревиатура SOHC и DOHC обозначает количество распределительных валов в двигателе.

• SOHC ( Single Over Head Camshaft) - обозначает один распределительный вал верхнего расположения.
• DOHC ( Double Over Head Camshaft) — конструкция газораспределительного механизма с двумя распределительными валами расположенными сверху.

  Существует еще одно распространенное сокращение СVH ( Compound Valve angle Hemispherical chamber ). В свободном переводе, это двигатель: «...с разными углами наклона клапанов и сферической камерой сгорания ».             

            В принципе, это верхнее расположение одного распредвала и клапанов приводимых с помощью «качалок» ( вид коромысел клапанов ).

            Отличительной особенностью является разные углы наклона для впускных и выпускных клапанов, как в продольных, так и в поперечных плоскостях относительно распредвала.

 

                 Газораспределительный механизм включает в себя:

 

1. Распределительный вал (один или два).
2. Клапана впускные и выпускные.
3. Вал (ось) крепления коромысел клапанов.
4. Толкатели клапанов (гидравлические или механические).
5. Коромысла клапана.
6. Штанги толкателей.
7. Седла клапанов.
8. Направляющие втулки клапанов.
9. Пружины клапанов.
10. Сухари клапанов.
11. Упорные верхние шайбы.
12. Нижние тарелки клапанных пружин.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      
    
13.  

.

                       Мощность двигателя, при прочих равных условиях, прямо пропорциональна количеству горючей смеси или воздуха и топлива, поступающего в его цилиндры через впускные клапана и качества очищения цилиндра от отработанных газов через выпускные клапана.

                        Для улучшения наполнения двигателя диаметр впускного клапана выполняется обычно большим, чем выпускного. Так как при выпуске скорость потока отработанной смеси выше, чем свежей впускной, за счет выталкивания отработанных газов поршнем на такте выпуска. При много клапанной системе диаметр выпускной тарелки клапана больше чем у впускных, но устанавливается 3 впускных клапана и 2 выпускных, таким образом, общая площадь впускных клапанов все равно больше. Уменьшение диаметра выпускных клапанов позволяет снизить их температуру и уменьшить величину движущихся масс, приходящихся на один клапан.

                        Таким образом, величина впускного отверстия определяется диаметром впускного клапана. Диаметр впускного клапана ограничивается возможностями размещения его в головке блока, а высота подъема клапана – силами инерции клапанного механизма, которые не должны быть излишне большими во избежание установки слишком сильных клапанных пружин и вызванного этим слишком большого износа кулачков.

   

                                                         Основными элементами клапана являются головка (тарелка) и стержень (шток). С целью уменьшения гидравлических потерь на впуске и выпуске переход от головки клапана к стержню делается, возможно, более плавным.

                            Клапана, особенно выпускные, работают высокой тепловой напряженности, температура тарелки впускного клапана достигает при полной нагрузке двигателя 350-500ºС, а выпускного 700-900ºС. Столь высокая тепловая напряженность выпускных клапанов обусловливается главным образом их очень сильным нагревом во время процесса выпуска. Клапана подвергаются так же коррозирующему действию газов. Материал клапанов вследствие этого должен обладать стойкостью против коррозии и хорошо сопротивляться износу, поскольку условия смазки клапана не удовлетворительны.

                             Для повышения износостойкости и продления срока службы клапаны проходят дополнительную обработку, путем наваривания специального сплава (стеллита) на рабочую фаску клапана.
                             Для улучшения антифрикционных свойств и повышения износостойкости стержня клапана его часто азотируют или хромируют.
                             Выпускные клапана форсированных двигателей иногда выполняют полыми. Заполняющее на 50-60% полость клапана легкоплавкое вещество (натрий или специальные соли) во время работы двигателя плавится и энергично взбалтывается, что обеспечивает лучший отвод тепла от головки к стержню клапана и тем самым устраняет его перегрев. Таким образом, можно понизить температуру тарелки клапана на 80 –150 °C.

                              Полые выпускные клапаны применяются преимущественно с целью понижения температуры в особо опасной области галтели (закруглённого перехода).
Для уменьшения массы, в современном моторостроении находят применение полые, незаполненные впускные клапана.

                           Впускные и выпускные клапана разделяются на :

 

                                  Цельнометаллический (монометаллический) клапан.

 

           Эти клапаны производятся только из одного материала. При этом выбирается такой материал, который подходит к предъявляемым требованиям, это высокая теплостойкость и антифрикционные свойства.

                                         Биметаллический клапан

 

                         Биметаллические клапана это соединение двух металлов: материала тарелки клапана с высокой теплостойкостью и материала штока клапана, который закалён со стороны конца стержня клапана, и при этом обладающего высокими антифрикционными свойствами для скольжения внутри направляющей втулки клапана. Соединение этих двух материалов выполняется при помощи сварки трением. 

                                                                                                

       

                                       ПРОДОЛЖЕНИЕ