Выбор количества клапанов в ГРМ. Условия работы выпускных клапанов. Из каких материалов изготавливают клапаны, их седла и направляющие втулки?

Механизм газораспределения: назначение, требования, классификация. Основные элементы клапанного ГРМ.

 

ГРМ служит для впуска горючей смеси в цилиндр или воздуха и выпуска отработавших газов.

К ГРМ предъявляются требования:

1) Хорошая очистка и наполнение цилиндра, обеспечивается подбором оптимальных фаз газораспределения и максимальными проходными сечениями органов газораспределения и минимальными гидравлическими сопротивлениями впускного и выпускного клапанов.

2) Надежная работа механизма на всех режимах работы без разрывов кинематической цепи.

3) Надежное запирание объема цилиндра в процессах рабочего хода и сжатия.

4) Высокая долговечность деталей, обеспечивается подбором материалов выбором уровня допускаемых напряжений, обеспечение хорошей смазки и равномерности износа элемента.

Классификация ГРМ

- клапанные;

- золотниковые;

- комбинированные.

Клапанные ГРМ – получили наиболее широкое распространение, потому как они имеют следующие достоинства: надежное запирание цилиндра, конструктивная простота и технологичность, высокое быстродействие.

Основные элементы клапанного механизма: I клапанная группа: клапан, седло клапана, направляющая втулка, пружина, верхняя тарелка; II механизм привода клапана: рычаг (коромысло), штанга, толкатель, кулачок.

По расположению клапана:

- нижний клапанный механизм;

- верхний клапанный механизм.

Нижний клапанный механизм имеет следующие достоинства: простота привода клапана, удобство и доступность осуществления регулировки, снижение высоты двигателя и упрощение конструкции головки. Недостатки: невозможность получить малую камеру сгорания, большая поверхность камеры сгорания, большие потери, связанные с перетеканием заряда внутри камеры сгорания.

Верхний клапанный механизм: минимальная камера сгорания, высокая степень сжатия, в случае переноса распределительного вала вверх, получаем малые инерционные нагрузки.

По расположению распределительного вала:

- нижнее расположение;

- верхнее расположение.

При нижнем расположении упрощается механизм привода от коленчатого вала, но усложняется механизм привода клапана. Верхнее расположение позволяет уменьшить инерцию подвижных элементов привода клапана и, следовательно, увеличить время сечения.

Привод клапана может осуществляться следующим образом:

- непосредственно: количество элементов и инерции минимально, но на клапан действуют боковые нагрузки. Стакан позволяет уйти от боковых сил.

- при помощи рычага: боковые нагрузки минимальны, одним распределительным валом можно управлять двумя рядами клапанов.

- при помощи одноплечных рычагов: позволяет равномерно распределять нагрузки между кулачком и рычагом и обеспечивает удобность регулировки механизма.

 

Сравнительный анализ верхнего и нижнего расположения клапанов.

 

Клапанные ГРМ – получили наиболее широкое распространение, потому как они имеют следующие достоинства: надежное запирание цилиндра, конструктивная простота и технологичность, высокое быстродействие.

По расположению клапана:

- нижний клапанный механизм;

- верхний клапанный механизм.

 

Нижний клапанный механизм.

Достоинства:

- простота привода клапана;

- удобство и доступность осуществления регулировки;

- снижение высоты двигателя и упрощение конструкции головки.

Недостатки:

- невозможность получить малую камеру сгорания;

- большая поверхность камеры сгорания;

- большие потери, связанные с перетеканием заряда внутри камеры сгорания.

 

Верхний клапанный механизм.

- минимальная камера сгорания;

- высокая степень сжатия;

- в случае переноса распределительного вала вверх получаем малые инерционные нагрузки.

 

По расположению распределительного вала:

- нижнее расположение;

- верхнее расположение.

При нижнем расположении упрощается механизм привода от коленчатого вала, но усложняется механизм привода клапана. Верхнее расположение позволяет уменьшить инерцию подвижных элементов привода клапана и, следовательно, увеличить время сечения.

Привод клапана может осуществляться следующим образом:

- непосредственно: количество элементов и инерции минимальна, но на клапан действуют боковые нагрузки. Стакан позволяет уйти от боковых сил.

- при помощи рычага: боковые нагрузки минимальны, одним распределительным валом можно управлять двумя рядами клапанов.

- при помощи одноплечных рычагов: позволяет равномерно распределять нагрузки между кулачком и рычагом и обеспечивает удобность регулировки механизма.

Выбор количества клапанов в ГРМ. Условия работы выпускных клапанов. Из каких материалов изготавливают клапаны, их седла и направляющие втулки?

 

С увеличением диаметра и хода одного клапана увеличивается расход газа через него по сравнению с расходом через 2-3 клапана с таким же углом и сечением, но одновременно и в большой степени возникают нагрузки механические на привод клапана и тепловые на выпускные клапана.

Переход от 2-х клапанной к 4-х схеме дает выигрыш во времени сечения на 50%.

а) б) в) г)

 

В схемах (а) и (в) вход и выпуск направлены в разные стороны блока цилиндров, это хорошо для дизелей и это не очень хорошо для карбюраторных двигателей. Схема (а) выгоднее и упрощает механизм привода клапана. В схемах (б) и (в) больше гидравлические сопротивления и неравномерны тепловые условия выпускных клапанов. Увеличение количества клапанов приводит к усложнению механизма их привода и снижает прочность головки цилиндра.

Выпускной клапан находится при непосредственном контакте с горящим топливом.

Материалы клапанов. Изготавливают из жаропрочных сталей – не ответственных машин (40ХН, 50ХН, Г9М), для форсированных двигателей (45Х14, Н14В2Н, 40ХНМА, 55Х20Г2АН4). Иногда в целях экономии, из жаропрочных сталей изготавливаются только головка клапана, а стержень из (40Х, 40ХН) и свариваются в стыке. Впускные 40Х, 40ХНМА. Форсированные – Х9С2, 40Х10С2М, 30Х13Н7С2.

Седла клапанов служат для повышения износостойкости опорной поверхности клапана. Могут выполняться непосредственно в головке, если материал головки чугун.

 

 

Вставные седла могут устанавливаться:

 

- по резьбе - запрессовка

 

- по конической поверхности - направляющее седло

 

Деформация седла более вероятна, чем деформация клапана.

Для изготовления седел используются следующие материалы: бронза, чугун, легированные стали, порошковые стали. Для повышения твердости опорные поверхности седла могут покрываться твердыми сплавами (стеллит, победит).

Материалы направляющих втулок: бронза, перлитные чугуны, порошковые металлы, металлокерамика.