2.4.5Маховики

Инерция маховика способствует более равномерному вращению вала двигателя. Для получения возможно большего момента инерции при одинаковом весе основная масса металла сосредоточивается в ободе 7 маховика (рис. 48, а). С помощью диска 6 он соединен со ступицей 3, посаженной на центрирующие выступы фланцев 4 коленчатого и 1 приставного валов. К фланцу 4 коленчатого вала маховик сначала крепится монтажными винтами 5, основное же крепление маховика и приставного вала к коленчатому осуществляется шпильками 2.

Маховики небольших двигателей (рис. 48, б) со стартерным пуском несут на себе зубчатый венец 7 для сцепления с шестерней стартера на время пуска. Венец 7 зафиксирован на маховике 6 штифтами 10. Встречается напрессовка венца и без дополнительной фиксации. Маховик крепится к торцу коленчатого вала 8 винтами 9. В соединении имеются контрольные штифты 4.

На обод маховика наносится градуировка, позволяющая определять углы поворота вала при регулировочных работах. Кроме того, в нем предусматриваются отверстия 8 (см. рис. 48, а) или зубцы для проворачивания вала вручную с помощью ломика или другого, более совершенного, валоповоротного устройства.

Маховики изготовляют, как правило, из чугуна. Если, однако, окружная скорость обода превышает 35 м/сек, то маховик отливают из стали.

2.5Механизмы газораспределения и агрегаты наддува

2.5.1Клапаны и их приводы

Устройство клапанов. Впускной и выпускной клапаны во всех двигателях открываются внутрь цилиндра: давление в цилиндре в этом случае прижимает клапаны к седлу, в результате чего повышается их плотность. Клапан (рис. 55, а) состоит из штока 5 и тарелки 2, выполняемых обычно заодно. Тарелка имеет коническую рабочую фаску 3, причем угол  ее делается равным 30—45°. Фаска 3 сидит в седле, протачиваемом в крышке 4 цилиндра. Фаска и седло тщательно притираются с помощью специального приспособления (притира), для которого предусматриваются отверстия 1 или шлиц.

Шток 5 клапана направляется в крышке 4 цилиндра чугунной втулкой 6 и смазывается маслом, подводимым от узлов привода открытия клапана, или вручную. Клапан прижимается к седлу пружиной 7, упирающейся нижним концом в крышку, а верхним – в тарелку 8, закрепленную на штоке клапана. Когда клапан закрыт, пружина должна удерживать его в седле, несмотря на разрежение в цилиндре при всасывании (выпускной клапан). В момент окончания подъема клапана пружина препятствует его дальнейшему движению в направлении открытия (вниз) под действием сил инерции, действующих на клапан и детали привода, т. е. не допускает отрыва толкателя от кулачковой шайбы.

Встречается несколько способов закрепления тарелки. На рис. 55, а тарелка крепится двумя коническими полукольцами («сухариками») 10 и 11 Они надеваются на шейку клапана при опущенной тарелке 8.

Снаружи полукольца имеют коническую поверхность, а тарелка 8 – коническую расточку. Поэтому после надевания полуколец 10 и 11 тарелка 8 под действием пружины 7 упрется в полукольца, прижав их к шейке штока. На рис. 55, б показан способ крепления тарелки 1 скобой 3, надеваемой на шейку 4 штока при отжатой вниз тарелке 1. Иногда применяют навертные тарелки (рис. 55, 0). Тарелка 2 навернута на конец штока 1, после чего застопорена контргайкой 3 с замковой шайбой 5. Клапаны открываются рычагом привода, действующим на торец штока. Чтобы торец штока не изнашивался, в него вставляется закаленный сухарь 9 (см. рис. 55, а) или на него надевается колпачок (поз. 2 на рис. 55, б и поз. 4 на рис. 55, в).

Клапаны могут быть со вставными седлами (рис. 55, г). Седло 1, изготовляемое из специального чугуна, вставляется в крышку 5 и фиксируется пружинящим кольцом 2 или другими способами. Клапан на рис. 55, г имеет внешнюю 7 и внутреннюю 8 пружины, которые выполняются с разным направлением витков. При двух пружинах легче обеспечить необходимые величины сил воздействия пружин на закрытый и открытый клапан при данной высоте его подъема и, кроме того, при поломке одной из пружин другая удерживает клапан в седле. Работа с нормальной частотой вращения при одной сломанной пружине невозможна, но по крайней мере исключена опасность выпадения клапана в цилиндр. Особенностью конструкции рассматриваемого клапана является также и то, что нижняя тарелка 6 пружины упирается в бурт втулки 4, тем самым дополнительно фиксируя ее в крышке 5. Верхняя тарелка 10 пружины крепится полукольцами 11 и 12, причем клапан 3 имеет коническую шейку 9 для полуколец.

У крупных двигателей клапаны имеют корпус. Клапан, корпус, седло и все остальные детали собираются в единый узел, после чего клапан в сборе вставляется в крышку цилиндра.

Рассмотренные клапаны типичны для штангового привода, когда они открываются рычагом. Однако есть двигатели, у которых кулачковая шайба действует непосредственно на клапан.

У такого двигателя клапан (рис. 56) имеет упорную тарелку 7 большого диаметра, на которую сверху действует кулачковая шайба. Тарелка 7 ввернута внутрь штока 2 клапана. Под упорной тарелкой 7 помещена замковая тарелка 6. Тарелка 7 снизу, а тарелка 6 сверху снабжены радиальными шлицами. Кроме того, тарелка 6 надета на осевые шлицы штока 2 клапана. Пружины 4 и 5 прижимают замковую тарелку 6 к упорной тарелке 7, чем предотвращается ее проворачивание, т.е. вывертывание из штока 2. Клапан имеет направляющую втулку 3 и вставное седло 1, которое в данном случае применено потому, что головка цилиндра изготовлена из алюминиевого сплава.

Впускные и выпускные клапаны выполняются обычно одинаковыми по конструкции и по размерам. Иногда диаметр тарелки впускного клапана делают больше, чем выпускного, чтобы уменьшить сопротивление впуску свежего заряда. Клапаны чаще всего изготовляют из разного материала: впускные из сталей 40Х, 45Х, 40ХН или подобных им, выпускные, работающие в более тяжелых условиях, из жароупорных износостойких сталей 4Х9С2, 4Х10С2М и др. Рабочая фаска клапана часто имеет жаропрочную наплавку. Чтобы различить впускной и выпускной клапаны, если они одинаковы по диаметру, но разные по материалу, на нижнем торце тарелки выбивают клейма: «Вп», «Вс» для впускного и «Вх», «Вых» для выпускного. На двигателях, изготовленных в ГДР, клейма бывают соответственно «Е» (Einlap — впуск) и «А» (Auslap — выпуск).

Типы клапанных приводов. Как было сказано, клапаны открываются либо особым механизмом, называемым клапанным приводом, либо непосредственным воздействием кулачковой шайбы распределительного вала на клапан.

У большинства судовых двигателей клапаны открываются с помощью привода от распределительного вала, расположенного на уровне верхней части картерного пространства. Чаще всего распределительный вал 22 (см. рис. 209) помещается внутри картерного пространства, чем обеспечивается хорошая смазка кулачковых шайб масляной пылью, но усложняется доступ к ним. У некоторых двигателей распределительный вал 8 (см. рис. 210) находится в специальной выгородке блок-картера или блока цилиндров. В этом случае облегчается доступ к кулачковым шайбам для осмотра и регулировки, но появляется необходимость специального подвода масла к узлам привода.

Открытие клапанов непосредственным воздействием на них кулачковой шайбы применяется в быстроходных двигателях. При этом предусматривается два распределительных вала 14 и 15 (см. рис. 212), укладываемых над впускными (вал 14) и выпускными (вал 15) клапанами

Наличие двух распределительных валов, усложнение связи распределительных и коленчатого валов, загромождение головки двигателя являются недостатками данного варианта открытия клапанов. Однако на детали клапанного привода, если он есть, действуют силы инерции, которые у быстроходных двигателей были бы значительными. При надклапанном расположении распределительных валов это исключено Кроме того, при рассматриваемом размещении валов легко обеспечить открытие впускных и выпускных клапанов тогда, когда их по два (тех и других) на каждый цилиндр. При нижнем расположении распредели тельного вала усложняется конструкция клапанного привода.

Привод с неразрезными рычагами. Клапаны 6 (рис. 57) открываются концами рычагов 1 и 5, сидящих на оси 2, закрепленной в стойке 10 крышки цилиндра. Вторые концы рычагов 1 и 5 несут в себе регулировочные винты 9, упирающиеся в головки штанг 11. Нижний конец каждой из штанг упирается в толкатель 18, на ролик 17 которого может воздействовать кулачковая шайба 16 распределительного вала.

Когда выступ кулачковой шайбы набежит на ролик толкателя, штанга поднимется и рычаг 1 или 5 откроет клапан. Закрываются клапаны под действием своих пружин.

Клапанные рычаги изготовляют из стали. Чтобы уменьшить расстояние между кулачковыми шайбами, в двигателях Л275 рычаги насажены не под прямым углом по отношению оси 2. С целью уменьшения износа торцовой поверхности штока клапана и конца рычага предусмотрен ролик 7. Однако установка подобных роликов себя не оправдала, на двигателях 6Л275ШПН завод-изготовитель их уже не ставит. Подшипниками рычагов служат бронзовые втулки 4, смазываемые под давлением маслом, подводимым в канал 3 через штуцер, ввертываемый с торца оси 2. По каналам 8 клапанных рычагов масло проходит также на смазку сферической опоры верхней головки штанги 11 и через сверление в этой головке, внутреннюю полость штанги и сверление в нижней ее головке — на смазку подпятника 13 толкателя и затем далее на смазку ролика 17 и самого толкателя 18. Охватывающая все узлы привода канализация масла потребовалась потому, что в этом двигателе толкатели помещены в выгородке блок картера, изолированной от картерного пространства (см. рис. 210). Чтобы толкатель 18 не поворачивался относительно своей оси, в рассматриваемой его конструкции имеется скользящая шпонка 19, для которой в корпусе 12 сделана вертикальная канавка. Окна 15 и ролик 14 толкателя используются для его подъема при реверсировании двигателя.

После пуска двигателя клапаны вследствие их нагревания удлиняются. Если в клапанном приводе не будет зазора, то при удлинении клапан не будет садиться в седло и его герметичность нарушится. Следовательно, нарушится нормальное течение процессов сжатия и расширения, а в результате прорыва газов при горении клапан будет быстро обгорать и выйдет из строя.

Поэтому при сборке привода и периодических проверках двигателя тепловой зазор в приводе регулируют винтами 9. Величина этого зазора для холодного двигателя указывается в руководстве по его эксплуатации и колеблется в пределах 0,2—2 мм для впускных и 0,3 – 2,5 мм для выпускных клапанов. Измеряют зазор щупом и обычно над торцом клапана. При работающем, прогретом двигателе величина теплового зазора уменьшается, но он обязательно должен быть. Во время работы двигателя его следует периодически проверять. Для этого достаточно попробовать повернуть штангу 11: при наличии зазора в момент, когда клапан закрыт, она легко поворачивается.

Привод с разрезным рычагом. Компоновка кулачковых шайб на распределительном валу значительно упрощается при использовании в клапанных приводах разрезных рычагов. В этом случае плечо рычага, примыкающее к клапану, и плечо, примыкающее к штанге, изготовляют каждое отдельно и жестко насаживают на общий валик.

На рис. 58 изображен привод, клапанный рычаг 12 которого выполнен неразрезным, а рычаги 9 и 11 представляют собой два плеча разрезного рычага открытия впускного клапана. Рычаги 9 и 11 насажены на валик 14 на шпонках и закреплены на нем стяжными винтами. Валик 14 лежит в роликовых подшипниках стойки 15, крепящейся к крышке цилиндра. Рычаг 9 с помощью головки с цементированной и закаленной нижней поверхностью может воздействовать на шток клапана 10, а рычаг 11 имеет на своем конце регулировочный винт 8, сферический торец которого опирается в верхнюю головку штанги 7. Когда кулачковая шайба / набежит на ролик 2 толкателя 4, штанга 7, поднимаясь, повернет по часовой стрелке рычаг 11 вместе с валиком 14 и рычагом 9, открывающим клапан.

Валик 14 является одновременно осью качания неразрезного рычага 12, имеющего также роликовый подшипник. У валика 14 и рычага 12 подшипники смазываются через каналы в валике консистентной смазкой от колпачковой масленки 13.

Толкатели 4 направляются втулкой 6, крепящейся к полке блок-картера. В каждый из толкателей вставлен упор 5 со сферическим торцом, в который упирается нижняя головка штанги 7. Ролик 2 толкателя находится в вырезах нижней части втулки 6, чем предотвращается поворот толкателя относительно его оси. Головки штанг в данном случае смазываются вручную. Ролик 2 и толкатель 4 обеспечиваются смазкой за счет оседания частичек масла из воздуха картерного пространства (см. рис. 209).

Ручная смазка узлов клапанного привода — недостаток двигателя, особенно автоматизированного, эксплуатирующегося без постоянной вахты в машинном отделении или с сокращенным ее составом. Поэтому двигатели, построенные в последние годы, имеют централизованную смазку клапанного привода, при которой во избежание потерь масла крышки цилиндров закрываются колпаками (см. рис. 210).

В двигателях с высокой скоростью вращения часто применяются толкатели, условно называемые плоскими. У них нет роликов и кулачковая шайба 1 (рис. 59, а) воздействует на плоскую поверхность головки 2 толкателя 3. Иногда плоские толкатели имеют форму стакана 2 (рис. 59, б), в углубление дна которого упирается сферическая головка штанги Л. Чтобы уменьшить общий износ торцовой поверхности толкателя, ось его часто смещается относительно середины кулачковой шайбы (см. рис. 59, а). В этом случае при каждом набегании шайбы толкатель будет повертываться.