2.5.2Распределительные валы

Общее устройство распределительных валов и их подшипников.

Распределительные валы изготовляют из углеродистых сталей марок 20, 25, 30 или хромистых и хромоникелевых. У быстроходных и нереверсивных двигателей распределительный вал часто выполняется заодно с кулачковыми шайбами, у остальных двигателей кулачковые шайбы насаживаются на него.

При нижнем расположении распределительный вал заводится в гнезда блок-картера с торца двигателя. Чтобы облегчить эту операцию, вал обычно изготовляют составным по длине. Соединение его частей производится различными способами. На рис. 60, а изображена половина распределительного вала двигателя 6ЧСП 18/22, имеющая фланец 2 для соединения его со второй половиной. У двигателей типа НФД48 конец 1 (рис. 60, б) носовой части распределительного вала входит внутрь расточки его кормовой части 4. Соединение фиксируется шпонкой 5 и втулкой 2, крепящейся винтом 3.

Чтобы была обеспечена возможность для заведения распределительного вала с кулачковыми шайбами в гнезда блок-картера, вал может быть изготовлен с шейками 6 (рис. 60, а), радиус которых должен быть больше, чем расстояние вершин кулачковых шайб 1 от оси вала. Чаще, однако, распределительный вал заводится в гнезда блок-картера вместе с надетыми на него подшипниками. Подшипники (рис. 61, а) выполняются из двух половин 3 и 6, заплавленных баббитом. Половины надеваются на шейку 1 распределительного вала и крепятся болтами 2. После этого распределительный вал заводится в гнезда блока, причем каждый подшипник крепится в гнезде 4, например штырем 5 (двигатели типа Л275), ввертываемым в блок. Концевой подшипник (рис. 61, б), также состоящий из двух половин 1 и 3, имеющих фланцы 4 и 6, крепится винтами 5 к приливу 7 блока цилиндров. Подшипники, изображенные на рис. 61, а и б, смазываются маслом, подводимым по каналам 2 (см. рис. 61, б) с торца подшипника. У некоторых двигателей масло подводится через радиальные каналы.

При верхнем, надклапанном расположении распределительные валы 4 и 7 (рис. 61, в, двигатель ЗД6) укладываются в расточки алюминиевых стоек 1, крепящихся шпильками 8 к головке двигателя. Крышка 2 такого объединенного для двух валов подшипника делается общей и крепится концевыми 3 и средней 6 шпильками. Смазка подводится через полости внутри валов 4, 7 и поступает в подшипники по радиальным сверлениям 5.

Аналогично устроен концевой подшипник (рис. 61, г), но валы имеют фиксирующие бурты 3 и 4. В двигателе ЗД6 концевой подшипник используется для подвода масла внутрь валов: масло поступает из канала 1 головки двигателя в канал 2 подшипника, а из него – внутрь валов.

Кулачковые шайбы. Распределительный вал несет на себе кулачковые шайбы для открытия впускных и выпускных клапанов, кулачковые шайбы привода топливных насосов и иногда кулачковые шайбы для пусковых золотников или пусковых клапанов. У реверсивных двигателей кулачковых шайб бывает два комплекта: для переднего и для заднего хода. Если двигатель имеет блочный топливный насос со своим кулачковым валом, то на распределительном валу кулачковые шайбы топливных насосов отсутствуют. На распределительном валу двухтактного двигателя с индивидуальными насосами и щелевой продувкой необходимы лишь кулачковые шайбы привода топливных насосов.

Кулачковые шайбы отковывают из вязкой стали каждую в отдельности или в виде блока из нескольких шайб. Рабочие поверхности их цементируют и закаливают.

На рис. 62, а показан участок распределительного вала, относящийся к одному цилиндру, двигателя 6С275Л. Он имеет блок 9 кулачковых шайб впускных клапанов и блок 1 кулачковых шайб выпускных клапанов. Каждый блок состоит из шайбы 12 переднего и шайбы 13 заднего хода. Шайбы зафиксированы на распределительном валу 5 общей шпонкой 2 и стальными винтами 3, 10, предотвращающими осевой сдвиг шайбы. Профиль шайб имеет цилиндрическую вершину, выполненную с радиусом г. Она сопряжена с затылочной поверхностью радиуса R касательными плоскостями. Такой профиль шайбы называется тангенциальным.

Кулачковые шайбы топливных насосов насаживают на распредели тельный вал так, чтобы их можно было поворачивать относительно вала. Это необходимо для регулирования момента начала подачи топлива. В рассматриваемом случае кулачковые шайбы топливного насоса переднего 8 и заднего 7 хода крепятся к блоку 9 шайб впускных клапанов шпильками 4. Для удобства монтажа шайбы имеют отъемную затылочную часть 11. Шайба 8 центрируется выступом на блоке 9, а шайба 7 — кольцом 6. Возможность поворота («покатки») шайб обеспечивается продолговатой формой отверстий под шпильки 4: при необходимости «покатить» шайбу ослабляется затяжка шпилек 4 и та или другая шайба повертывается на нужный угол.

У двигателей НФД48 (рис. 62, б) все четыре шайбы впускных и выпускных клапанов выполнены в едином блоке 14, зафиксированном на распределительном валу 7 шпонкой 13 и винтом 1. Кулачковые шайбы переднего 4 и заднего 6 хода топливного насоса имеют в данном случае шлицевое крепление. На вал 7 насажена ступица 8, зафиксированная той же шпонкой 13 и штифтом 5. На ступицу 8 свободно насаживаются шайбы 4, 6 топливного насоса и блок 11 кулачковых шайб пусковых золотников, закрепленный штифтом 3. Шайбы топливного насоса сделаны со шлицевыми поясами 9 и 10. Радиальные шлицы пояса 9 сцеплены со шлицами бурта ступицы 8. В поясе 10 сцеплены между собой шлицы шайб 4 и 6. Сцепление обеспечивается тем, что шайбы 4, 6 и 11 стянуты гайкой 2, навернутой на ступицу 8. Гайка 2 застопорена замковой шайбой 12. Для покатки шайб 4, 6 надо отдать гайку 2, сдвинуть вправо шайбу 4 или 6, в зависимости от того, какую из них требуется покатить, и повернуть шайбу. Поскольку пояса 9 и 10 имеют по сто восемьдесят шлицев, покатка на один зуб будет означать поворот шайбы на 2°.

При распределительном вале 2 (рис. 62, в), откованном заодно с кулачковыми шайбами 1 и 3, в клапанном приводе применяются, как правило, плоские толкатели. Боковой профиль шайб при этом создается цилиндрической поверхностью радиуса R. Такие шайбы встречаются иногда (двигатель 18Д) и в приводах, имеющих толкатели с роликом (рис. 62, г). При выпуклом профиле клапаны быстрее открываются. Однако шайбы выпуклого профиля сложны в изготовлении, и силы инерции, действующие в приводе открытия клапана, в данном случае больше, чем при тангенциальном профиле.

Привод распределительного вала. При нижнем расположении распределительный вал приводится от коленчатого вала шестернями. Для плавного зацепления шестерни выполняют с косым зубом.

В четырехтактном двигателе периодичность работы механизма газораспределения и подачи топлива составляет два оборота коленчатого вала. Следовательно, распределительный вал такого двигателя должен вращаться вдвое медленнее, чем коленчатый. У двухтактного двигателя он должен вращаться с той же скоростью, что и коленчатый вал. С целью уменьшения размеров шестерен приводы обычно изготовляют с промежуточными шестернями. На рис. 63, а показан привод с одной промежуточной шестерней 3, сцепленной с ведущей шестерней 4 коленчатого и с ведомой 2 распределительного валов. Поскольку двигатель четырехтактный (типа Л275), то шестерня 2 имеет вдвое больший диаметр, чем шестерня 4. Промежуточная шестерня 3, как известно, на передаточное число влияния не оказывает. От шестерни 2 приводится также вал регулятора 1.

Как видно из рис. 63, а, кожух шестерни 2 распределительного вала увеличивает габариты двигателя. Для уменьшения диаметра шестерни распределительного вала в приводе часто применяется двухступенчатая передача. В этом случае промежуточных шестерен в приводе две, жестко насаженных на общий вал. Одна из них сцеплена с шестерней коленчатого, а другая — с шестерней распределительного валов. Путем подбора размеров промежуточных шестерен можно получить умеренный диаметр шестерни распределительного вала. При надклапанном расположении распределительных валов в привод вводятся промежуточные валы (рис. 63, б ) , которые используются и для привода различных механизмов.

Ведущая коническая шестерня 1 коленчатого вала сцеплена с ведомой шестерней 2 наклонного вала 3. С помощью пары конических шестерен 4 и 11 наклонный вал 3 приводит в движение вертикальный вал 10, а шестернями 5 — воздухораспределитель и топливный насос (двигатель ЗД6). Вертикальный вал 10 парой конических шестерен 6 и 7 приводит в движение распределительный вал впускных клапанов, а через пару цилиндрических шестерен 8 и 9 — выпускных клапанов. Второй наклонный вал 12 служит для привода генератора. Подобный привод применяется и в V-образных двигателях.

Фазы и диаграмма распределения четырехтактного дизеля. Моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положениями поршня в м. т. Выпускной клапан приходится открывать раньше, чем поршень придет в н.м.т. в конце такта расширения. Если такого опережения открытия клапана не делать, то к началу хода поршня вверх давление в цилиндре не успеет снизиться до давления выпуска и на преодоление этого противодавления газов будет расходоваться излишняя работа. Закрывать выпускной клапан целесообразно уже после перехода поршня через в. м. т. Скорость поршня вблизи м. т. незначительна, и продолжающееся по инерции движение потока отработавших газов будет способствовать отсосу газов из цилиндра. Отсюда же следует и целесообразность открытия впускного клапана до прихода поршня в в.м.т.: поступление свежего заряда одновременно с отсосом из цилиндра продуктов сгорания является продувкой цилиндра

Вблизи н.м.т поршень также движется с небольшой скоростью Поэтому в начале движения поршня вверх при такте сжатия в цилиндре еще будет разрежение, а столб поступающего в него воздуха будет обладать запасом кинетической энергии Если задержать закрытие впускного клапана, то воздух по инерции будет продолжать поступать в цилиндр: будет происходить его дозарядка.

Следовательно, целесообразно открывать клапаны с опережениями, а закрывать с запаздываниями относительно положений поршня в.м.т. Однако нельзя эти опережения и запаздывания делать чрезмерными. Если выпускной клапан открыть слишком рано, то будет бесцельно потеряна энергия еще работоспособного газа, а при чрезмерно позднем его закрытии может начаться отсос продуктов горения из выпускного коллектора. При чрезмерно раннем открытии впускного клапана может произойти выброс отработавших газов во впускной коллектор, а при слишком позднем его закрытии – выталкивание воздуха во впускной коллектор при начавшемся сжатии.

Моменты открытия и закрытия клапанов называются ф а з а м и г а з о р а с п р е д е л е н и я Их определяют опытным путем и приводят в формулярах двигателей в виде углов опережения и запаздывания (по повороту кривошипа). Для большей наглядности часто строят диаграмму газораспределения. У четырехтактного двигателя она имеет вид спирали (рис. 64).

Угол С2 является углом опережения открытия впускного клапана, а угол О4 — углом запаздывания его закрытия. Таким образом, впускной клапан открыт в течение 2+"+ 180°+4 п к в., что составляет продолжительность процесса впуска- угол 1 – угол опережения подачи топлива. Процесс выпуска начинается с опережением на угол 5, когда открывается выпускной клапан, и заканчивается с запаздыванием на угол 3. Общая продолжительность процесса выпуска составляет 5+180°+3п.к.в. Как видно из диаграммы, в течение угла п. к. в. 2+3 оба клапана – впускной и выпускной – открыты одновременно. Этот угол называется у г л о м п е р е к р ы т и я к л а п а н о в . У дизелей без наддува он равен 25 — 70° п. к. в.