93.Назначение и принцип работы механизма газораспределения

Определение: кулачковый механизм, преобразующий вращательное движе­ние вала в возвратно-поступательное движение клапанов, осуществляемое за 1/4 поворота вала (рис. 1).

Назначение: Обеспечивает газообмен в цилиндрах при работе поршневого двигателя, то есть впуск в цилиндры свежей порции рабочего тела (воздуха или топливной смеси) и удаление отработавших газов на тактах впуска и выпуска, а так же герметич­ность камеры сгорания в остальные фазы рабочего цикла.

. В настоящее время в поршневых дви­гателях используют механизмы газораспределения только с верхним расположением клапанов.

Состав: Механизм газораспределения при верхнем расположении кулач­кового вала включает в себя кулачковый вал (1…4), привод к нему (шесте­ренчатый, ременной или цепной) от коленчатого вала, коромысло со стойками и узлом крепления, клапанную пружину, впускные (1...3 на цилиндр) и выпускные (1...2) клапаны, седло клапана. Если вал расположен внизу, то механизм газораспределения дополнительно содержит толкатель и штангу. Как правило, двига­тель имеет два клапана на цилиндр (могут встречаться конструкции с тремя и четырьмя клапанами на цилиндр). Они могут быть размещены в плоскости, параллельной оси коленчатого вала или перпендикуляр­ной этой оси. В дизелях применяется только первый способ размеще­ния клапанов.

Конструкции механизмов газораспределения с нижним располо­жением вала имеют более компактный и простой привод, однако мас­сы движущихся деталей здесь больше по сравнению с конструкцией механизма с верхним валом.

Принцип действия: распределительный вал вращается с частотой в полови­ну меньшей частоты вращения коленвала. Кулачок набегает на привод клапана, вынуждая его перемещаться в направляющей втулке. При этом открывается соот­ветствующее отверстие в камере сгорания. Когда кулачок сходит с деталей при­вода, клапан под действием пружины плотно садится на седло, герметизируя от­верстие.

Распределительный вал: вал с кулачками по числу обслуживаемых клапа­нов. Определяет порядок работы цилиндров. Вращается на подшипниках сколь­жения в гнездах, выполненных в головке цилиндров. Изготавливается из чугуна или стали. Для повышения износостойкости рабочие поверхности кулачков отбе­ливаются на глубину не менее 0,2 мм.

Клапан: В механизме газораспределения в наи­более тяжелых условиях работают клапаны. Они подвергаются высо­ким динамическим и тепловым нагрузкам. Температура выпускного клапана может достигать 1000—1100 К, а впускного — 600—700 К. Клапаны взаимодействуют с химически активным рабочим телом, движущимся со скоростью 500—600 м/с и имеющим температуру 1500—1700 К (при выпуске). Клапан представляет собой устройство для открытия отверстий, соединяющих камеру сгорания с впускным или выпускным трубопроводом. Состоит из тарельчатой круглой го­ловки и стержня, через который осуществляется управляющее воздействие. Стержень движется в направляющей втулке, запрессованной в головку цилинд­ров. Рабочая поверхность головки тщательно подгоняется к отверстию цилинд­ра - притирается к седлу клапана.

Впускной клапан целиком изготавливают из хромокремнистой стали (40Х, 40ХНМА). Выпу­скной клапан делают составным: стержень из хромоникельмолибденовой стали с хорошей теплопроводностью для отвода тепла от головки клапана к направляю­щей втулке, а головка - из жаропрочной хромоникельмарганцовистой стали (ЭИ69, Х10СМ, 40СХ10МА). На­правляющие втулки клапанов изготавливают из чугуна или металлокерамики.

Седла клапанов работают примерно в тех же условиях, что и кла­паны, правда, осуществить отвод теплоты от них легче. Седла изго­товляют из жаростойких сталей или специальных легированных чугунов. Для установки седел в головках делаются гнезда. Седла в гнездо устанавливаются запрессовкой, натягом или крепятся с по­мощью развальцовки гнезда, расчеканки головки и, наконец, на резьбе.

Маслоотражающие колпачки. На направляющие втулки надеваются кол­пачки из фторкаучуковой резины, которые охватывают стержень клапана и слу­жат для уменьшения проникновения масла в камеру сгорания через зазоры между направляющей втулкой и стержнем клапана во время такта впуска.

Пружины прижимают клапан к седлу и не позволяют ему отрываться от при­вода. Пружины нижними концами опираются на головку цилиндров, а верхними - на опорную тарелку, удерживаемую на стержне клапана двумя сухарями, имею­щими в сложенном виде форму усеченного конуса. Такая конструкция обеспечи­вает надежное соединение и поворот клапанов при работе, благодаря чему они изнашиваются равномернее. Пружины кла­пана подвергаются действию значительных переменных нагрузок, поэтому должны быть упругими, иметь высокую частоту собственных колебаний, превышающую частоту приложения нагрузки. Резонанс пружины крайне нежелателен, так как отскоки клапана при этом могут привести к встрече клапана с поршнем и поломке двигателя. Как правило, ставят цилиндрическую пружину, но иногда и две. Материал пружины — стали 65Г, С65, 50ХВА. Для повышения уста­лостной прочности пружин их обдувают дробью, а для предотвращения ранней коррозии покрывают защитными пленками лака, эмали, кадмируют, оцинковывают.