6.4.Детали механизма газораспределения

6.4.1.Клапаны и замки крепления тарелок пружин

Из-за условий работы клапанов, особенно выпускных, – высокие температуры, разъедающее действие газов, высокие динамические нагрузки – к материалам, идущим на их изготовление, предъявляются следующие требования [8, 10] :

1) температура закалки материала клапана должна быть выше рабочей температура, таким образом, будут сохраняться высокие механические свойства во время эксплуатации двигателя;

2) материал клапана должен иметь хорошие антикоррозионные свойства, высокие сопротивления окислению и образованию окалины;

3) материал клапана должен обладать высокой износоустойчи-

5 – пружины; 6 – сухарики; 7 – тарелка; 8 – коническая фаска; 9 – пружинное кольцо

138

Стержень клапана 3 находится в направляющей втулке 4 и имеет цилиндрическую форму. Для улучшения отвода тепла от головки, уменьшения сопротивления потоку газов и увеличения прочности соединение стержня с головкой делается плавным.

Рассмотрим особенности элементов конструкции клапана. Головка клапана, точнее форма и размер головки, соответствуют

назначению клапана. По форме головка клапанов может быть плоской

(рис. 6.28,а; 6.29,а, в, д, е, з) выпуклой (рис. 6.28,б; 6.29,ж) и тюльпа-

нообразной или вогнутой (рис. 6.28,в; 6.29,б, г).

ных клапанов для всехидвигателейбА. Однако клапан с такой головкой имеет малый рад ус перехода от стержня к головке rс (рис. 6.30,а) и большую толщинуСголовки δ.

Для облегчен я головки и уменьшения гидравлических потерь свежего заряда на впуске головки впускных клапанов выполняют тюльпанообразной (вогнутой) формы с большим радиусом перехода от стержня к головке rс и выемкой со стороны цилиндра. Недостатком такой головки является увеличенная поверхность нагрева и сложность изготовления.

Для выпускных клапанов применяют выпуклые (сферические) головки для улучшения обтекания клапана горячими выпускными газами со стороны цилиндра. Жёсткость такой головки увеличивается, но возрастают масса клапана и площадь нагрева головки.

Диаметр головки dг как впускного, так и выпускного клапанов, делают максимально возможным, насколько это позволяют конструкция и размеры головки цилиндров.

139

Так как выпуск отработавших газов происходит при большом перепаде давлений, диаметр головки впускного клапана (при одина-

лом 30° применяют только для впускных клапанов. Связано это с тем, что при одинаковом перемещении клапана площадь проходного сече-

ния больше, чем при фаске под углом 45°. Однако при этом ухудшается плотность пр леган я клапана к седлу и, следовательно, теплоотвод от головки к седлу. Для увеличения плотности прилегания клапана с седлом фаску выполняют дифференциальной (рис. 6.31).

141

руют в пределах 1…3 мм (см. рис. 6.31).

Диаметр стержня dс (см. рис. 6.30,а) клапана выбирается в зависимости от нагружения стержня боковыми силами при открывании клапана. В случае привода через толкатель (отсутствие боковых сил) или через коромысло (боковые силы небольшой величины) стержень изготавливают небольшого диаметра. Большего диаметра стержень выполняют при непосредственном приводе, то есть при наличии больших боковых сил. Однако при большом диаметре стержня увеличивается масса клапана и уменьшается проходное сечение газовоздушного канала.

Длина стержня l зависит от расположения клапана и изменяется в пределах (2,5…3,5)·dг. У подвесных клапанов (верхнее расположение)

У основания фаски угол β (см. рис. 6.30,а) выбирают из условий

наилучшего обтекания, и он составляет 12…15°. Радиус сопряжения головки со стержнем rс изменяется в пределах (0,25…0,35)·dг у плоских и выпуклых клапанов и до 0,5·dг – у тюльпанообразных.

Основные геометрические параметры клапанов представлены в табл. 6.2.

142

У некоторых двигателей для увеличения завихрения свежего заряда впускные клапаны снабжаются отражателем 2 (см. рис. 6.29,д). В результате поступающий с высокой скоростью свежий заряд начинает вращаться. Увеличение сопротивления компенсируется хорошим смесеобразованием.

Для устранения заедания стержня клапана в наиболее нагретой его части либо уменьшают диаметр стержня 8 (см. рис. 6.29,ж), либо увеличивают внутренний диаметр направляющей втулки 8 (см. рис. 6.29,е).

Для уменьшения износа торца стержня на него надевают колпачок 1 (см. рис. 6.29,а, б, е). Одновременно колпачок, представленный на рис.6.29,б, отводит масло от стержня. Кроме того, для отвода масла от стержня применяют отражатель 2 или уплотнение 5.

На некоторых двигателях применяютИнаправляющую втулку 6, состоящую из двух частей (см. рис. 6.29,з). В этом случае клапан и втулку устанавливают в блок в собранномДвиде и внешний диаметр втулки выполняют несколько большего диаметра. Для закрепления втулки в блоке цилиндров размещают вильчатую чеку 7.

Для притирки клапана кАседлу в тарелке делаются прорези (см. рис. 6.29,в, е) или сверления (см. рис. 6.29,а).

Как уже говорилосьбвыше, важным вопросом при конструировании клапанов является отвод теплоты. На рис. 6.27 показана схема отвода теплоты от клапанаи, из которой видно, что часть теплоты (основная) отводится через седло, другая часть – через направляющую втулку. Для улучшенСя теплоотвода кроме перечисленных выше мер – плавный переход от стержня клапана к головке, контактирование клапана с седлом через коническую фаску – увеличивают диаметр стержня клапана, удлиняют направляющую втулку, приближают рубашку охлаждения головки цилиндра как можно ближе к седлу клапана. Более того, в двигателях большой удельной мощности выпускные клапаны, стержень и головку выполняют полыми (см. рис. 6.27, 6.32). Полость примерно на 60 % заполняют солями натрия. У солей на-

трия температура плавления составляет всего 97 °С. При рабочей температуре клапана натрий расплавляется (находится в жидком состоянии) и частично испаряется. При соприкосновении со стенками клапана натрий конденсируется и переносит теплоту от головки к стержню.

На конце стержня клапана устанавливается тарелка 7 (см. рис.6.26) пружин 5, закреплённая замками различной конструкции (см. рис. 6.29),

143

Рис. 6.33. Замки крепления тарелок пружин [4, 5, 6, 7, 8, 15] :

1 – сухарики; 2 – тарелка; 3 – пружинное кольцо; 4 – коническая втулка; 5 – манжета; 6 – чека; 7 – колпачок

144

напряжений благодаря галтели большого радиуса. Высота сухариков приблизительно равна диаметру стержня dс, угол конуса составляет 10…15°. В некоторых случаях тарелка крепится чекой (см. рис. 6.33,ж), проходящей через отверстие в стержне клапана.

Конец стержня закаливают либо надевают колпачок 7 (см. рис. 6.33,д) из более твёрдого материала, либо покрывают стеллитом. Этим предохраняют конец стержня от разбивания.

Для предотвращения падения клапана в цилиндр при поломке хвостовика стержня или пружин на стержне ниже тарелки могут устанавливать пружинное кольцо 3 (см. рис. 6.33,а).

Коническая втулка 4 (см. рис. 6.33,в) устанавливается для возможности проворачивания клапана в седле во время работы двигателя. Эта втулка упирается в плоское донышко тарелки 2. Во время работы двигателя небольшой момент трения, возникающий на этой поверхности, при вибрации уменьшается до нуля и клапан имеет возможность проворачиваться в седле.

Рис. 6.34. Выпускной клапан двигателя ЗиЛ-130 [14] :

1 – стержень клапана; 2 – корпус механизма вращения ; 3 – шарик; 4 – упорная шайба; 5 – направляющая втулка; 6 – пружина клапана; 7 – тарелка; 8 – разрезные сухарики; 9 – дисковая пружина; 10 – возвратная пружина; 11 – натрий; 12 – головка клапана; 13 – седло

145

Иногда для проворачивания клапана применяется специальный механизм (рис. 6.34), который состоит из корпуса 2, пяти шариков 3 с возвратными пружинами 10, дисковой пружины 9 и упорной шайбы 4. Шарики 3 и пружина 10 размещены в канавках переменной глубины внутри корпуса 2. При открытии клапана его пружина 6 сжимается и увеличивает давление на дисковую пружину 9. Дисковая пружина распрямляется, шарики 3 перекатываются по наклонным поверхностям углублений и сжимают возвратную пружину 10 (см. рис. 6.34,в). В то же время шарики 3 поворачивают дисковую пружину 9, упорную шайбу 4 и вместе с ними пружину клапана 6 и клапан. При закрытии клапана сжатие его пружины 6 уменьшается и дисковая пружина 9 принимает свою исходную форму, освобождает шарики 3 и они воз-

146

Тарелка воспринимает усилие от кулачка и служит для регулировки зазоров. От проворачивания относительно стержня тарелка удерживается лысками (см. рис. 6.35,а) или шлицами (см. рис. 6.35,в, г) на стержне клапана и на замке. На торцах тарелки и замка имеются радиальные шлицы 3, находящиеся в зацеплении под действием пружины клапана. В некоторых двигателях тарелка 4 (см. рис. 6.35,б) контрится дополнительной тарелкой 5, которая навинчивается на наружную резьбу стержня клапана.

Резьбовая часть тарелки должна иметь длину, равную 2…3 диаметрам резьбы. Выполняется резьба точно с малым зазором.

На наружной части тарелки имеются зубцы, а на замке – отверстия для ключей при установке фаз газораспределения.

Условия работы сёдел клапанов аналогичны условиям работы го-

6.4.2. Сёдла, направляющие втулки,Ипружины клапанов

ловок клапанов. Поэтому сёдла клапанов выполняют вставными. Перед запрессовкой либо нагревают головку цилиндров, либо охлаждают седло клапана. Натяг составляет 0,0015…0,0035 от наружного

Седло представляет собой детальДв виде кольца (рис. 6.36) с ци-

д) е)

Рис. 6.36. Крепление клапанных сёдел [4, 5, 6, 7, 8, 15]

147

Внекоторых случаях седло не запрессовывается, а имеет резьбовое соединение с головкой блока (см. рис. 6.35,в). Резьба выполняется с натягом 0,045…0,155 мм.

Цилиндрические сёдла запрессовывают до упора, а при запрессовке конических иногда оставляют зазор до 0,04 мм (см. рис. 6.37,г).

На наружной поверхности сёдел вытачивают кольцевые канавки (см. рис. 6.37,а, г), в которые при запрессовке затекает металл головки или блока. Кроме того, седло фиксируют расчеканкой головки (см. рис. 6.37,д) или развальцовкой верхней части седла (см. рис. 6.37,е).

Вфорсированных двигателях сёдла устанавливают в холодном состоянии с небольшим зазором при удержании с помощью пружинного кольца (рис. 6.38).