Чайнов Н.Д. - Конструирование двигателей внутреннего сгорания (1037884), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Иногда дляпередачи движения нескольким клапанам используются траверсы. Этитраверсы изготовляют из малоуглеродистых цементируемых хромоникелевых сталей с направляющей частьюпрямоугольного или круглого сечения. В последнем случае траверсадолжна удерживаться от поворота.Механические системы с кулачковыми валами, осуществляющимиРис. 8.26. Штанги и устройство регулирования зазора в приводе клапана:а – стальная штанга, выполненная как одно целое с наконечниками; б – дюралюминиеваяштанга с напрессованными стальными наконечниками; в – стальная штанга, изготовленнаяметодом высадки; г – составная стальная штанга с запрессованными наконечниками; д –коромысло с регулировочным болтом308работу клапанов, весьма разнообразны.
Однако такие системы не позволяют выполнять оптимальное управление работой клапанов во всем диапазоне режимов работы двигателя.В настоящее время большое внимание уделяется внедрению, в первую очередь, на автомобильных двигателях электромагнитного приводаклапанов, обеспечивающего требуемое регулирование высоты подъемаи фаз открытия и закрытия каждогоклапана. Благодаря использованиюэлектромагнитного привода клапанов распределительный вал заменяют электромагнитными соленоидами, которые приводят в действие каждый впускной и выпускной клапаны. На рис. 8.27 схематично показано устройство электромагнитногопривода клапана известной фирмыпо производству клапанов TRW.Специальный электронный блокуправляет перемещением якоря 1,связанного со штоком клапана 5 спомощью электромагнитов 2 и 3.Энергия, затрачиваемая на перемещение клапанов, накапливается впружинах 4 и 6, расположенных оппозитно относительно якоря 1 иимеющих одинаковые характеристики.
Электромагниты обеспечиваютфиксирование якоря в закрытом иполностью открытом положенияхклапана и совместно с пружинамиуправляют его движением. По данным фирмы TRW, с помощью этойсистемы можно добиться снижениярасхода топлива на 10 %, а в комбинации с отключением отдельных цилиндров более чем на 15 %.8.1.4. Определение геометрическихпараметров клапанов, "времясечение" клапанаПри определении геометрическихпараметров клапанов исходят из требования получения наилучшего наполнения и очистки цилиндра двигаРис. 8.27. Схема электромагнитного приводаклапана:1 – якорь; 2, 3 – электромагниты; 4, 6 –пружины; 5 – шток клапанаРис. 8.28.
Схема определения проходного сечения при открытом клапане309теля. На рис. 8.28 показана схема определения проходного сечения приоткрытом клапане. Основными параметрами клапана являются его диаметр d, диаметр горловины d2, обычно близкий по значению d, угол a,образованный фаской клапана, иполный ход клапана h. Площадь проходного сечения клапанной щелипри текущем перемещении клапанана hx равна площади боковой поверхности усеченного конуса, меньшийдиаметр которого d, а больший диаметр d + 2hxcosasina. Площадь проходного сечения клапана Fк достигаетмаксимального значения при полностью открытом клапане, когда hx = h:F к = pdh(cos a )[1 + (h 2d)sin 2a ].С другой стороны, площадь проходного сечения горловины составляет Fг = 0,25p(d22 - dc2 ).
Из условияравенства площадей Fк и Fг при допущении d2 » d получают соотношениеh » 0,25d cos a .(8.1)Из выражения Fк видно, что площадь проходного сечения увеличивается с уменьшением угла a, однакопрочность головки клапана при этомснижается.
Обычно угол a принимают 45°, хотя впускные клапаны иногда выполняют и с a = 30°.Принятые площади проходныхсечений в горловине и клапаннойщели проверяют по значению условной средней скорости потока газаW = c m D 2 idг2 (здесь cm – средняяскорость поршня; i – число одноименных впускных или выпускныхклапанов, приходящихся на одинцилиндр). Для автомобильных итракторных двигателей с двухклапанными головками скорость свежего заряда в горловине составляет 50–80 м/c, а скорость отработавших газов 70–100 м/c. В случае применения бËльшего числа клапанов наодин цилиндр указанные скоростиможно снизить соответственно до 35и 50 м/c, что уменьшает гидравлические потери на впуске и выпуске.Для улучшения наполнения свежим зарядом и очистки цилиндровот продуктов сгорания открытие изакрытие клапанов производят не вмертвых точках положения поршней, а с некоторым отклонением всторону опережения при открытии изапаздывания при закрытии.
Моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленчатого вала, называют фазами газораспределения.Впускной клапан в четырехтактномдвигателе открывается до ВМТ с опережением на угол a1, а закрываетсяпосле НМТ с запаздыванием на уголa2 в начале такта сжатия.
Выпускнойклапан открывается в конце тактарасширения с опережением относительно НМТ на угол a3 и закрывается после ВМТ с запаздыванием наугол a4 в начале такта наполнения.На рис. 8.29 показаны фазы газораспределения четырехтактногоРис. 8.29. Фазы газораспределения четырехтактного двигателя310Рис. 8.30.
Диаграмма "времясечение" клапанадвигателя. В районе ВМТ в концетакта выпуска и начале такта наполнения впускной и выпускнойклапаны на протяжении a1 + a4 угла поворота коленчатого вала открыты. Величину a1 + a4 называютперекрытием клапанов. Благодаряперекрытию клапанов обеспечивается продувка камеры сгорания иуменьшение тепловой напряженности деталей цилиндропоршневойгруппы, включая головку (крышку)цилиндров и клапаны. Перекрытиеклапанов возрастает с увеличениемдавления наддува.Кроме геометрических параметров клапанов и значений фаз газораспределения, для оценки гидродинамической эффективности механизма газораспределения используют интегральный параметр"времясечение" А, характеризующий одновременно с продолжительностью открытия также площадь проходного сечения клапана,t2Ф1A = ò F a dt =F a da , (8.2)6n ò0t1где Fa – текущая площадь проходного сечения клапана; t1, t2 – времяначала открытия и закрытия клапана, с; Ф – продолжительность открытия (угол действия) клапана.Для впускного и выпускного клапанов четырехтактного двигателя соответственно Фвп = a1 + 180° + a2 иФвып = a3 + 180° + a4, а для двухтактного двигателя Фвып = a3 + a4.На рис.
8.30 дана диаграмма"времясечение" клапана. "Времясечение" А равно в соответствующем масштабе площади под кривойFa проходного сечения клапана, соответствующей рассматриваемомумоменту времени t (углу поворотаколенчатого вала a). Площадь А2 соответствует значению "времясечение" при перемещении поршня отВМТ до НМТ, а площади А1 и А3 –предварению впуска и запаздыванию закрытия впускного клапана.При неизменных фазах газораспределения и полном ходе клапана hзначение "времясечение" зависитот профиля кулачка. Влияние профиля кулачка при этом оцениваютпо средней теоретической скоростиW ¢ » 30cmFп/iAn (здесь Fп – площадьпоршня).
Для двухклапанных головок W ¢ для впускного клапана составляет 90–150 м/c в случае двигателей с принудительным воспламенением и 80–110 м/c для дизелей;311при применении бËльшего числаклапанов на один цилиндр указанные скорости можно снизить соответственно до 62 и 55 м/c.8.2. Кулачки. Кинематикаи динамика механизмагазораспределенияОдной из важнейших задач, решаемых при проектировании механизма газораспределения с кулачковым приводом клапанов, являетсясинтез закона движения толкателя.Последнее непосредственно связано с профилированием кулачков.Существуют различные подходы кполучению профиля кулачка призаданных фазах газораспределенияи максимальном ходе толкателя иликлапана (при непосредственномвоздействии кулачка на клапан).Одна группа методов предусматривает предварительное заданиеконфигурации профиля кулачка,например, образованного дугамиокружностей различных радиусов.
Воснову другой группы методов положен заданный закон движениятолкателя (клапана). В результатедолжен быть получен профиль кулачка, при котором обеспечиваетсяпринятый закон с учетом ряда дополнительных условий, в частности, допустимых значений положительных и отрицательных ускорений на различных участках движения толкателя (клапана). В последнее время в связи с повышениембыстроходности двигателей и требований к механизму газораспределения при формировании заданныххарактеристик двигателя в целомпредложены более универсальныечисленные методы синтеза законадвижения толкателя и профиля кулачка с учетом конструкции МГР.
Вэтом случае достигается увеличение"времясечение" с выполнением навсем протяжении действия кулачкатребований снижения интенсивности колебательных процессов в механизме газораспределения, в томчисле ограничения высших производных от перемещения толкателяпо углу поворота распределительного вала, что в свою очередь обеспечивает более гладкое изменение ускорения толкателя по углу поворотакулачка. Высокая надежность МГРявляется обязательным условиемпри любом варианте его выполнения. Важным требованием являетсяобеспечение технологичности изготовления кулачка.На рис. 8.31 показан симметричный кулачок, при использованиикоторого обеспечивается постоянный подъем клапана на участке СС.Окружность радиуса rн, от которой вточке А начинается рабочий участоккулачка, называется начальной илиделительной. Если тыльную сторонукулачка выполнять по делительнойокружности rн, т.е.
проектироватьтак называемый идеальный клапанный механизм, то при работе двигателя вследствие теплового расширения деталей механизма возможен отход клапана от седла и нарушениеуплотнения камеры сгорания. Длятого, чтобы предотвратить разгерметизацию камеры сгорания, когда поРис. 8.31. Профиль кулачка312ложение толкателя (клапана) соответствует тыльной стороне кулачка,в клапанном механизме между клапаном и тыльной стороной кулачкапредусмотрен регулируемый тепловой зазор s. При работе двигателя наразличных режимах зазор будет изменяться в зависимости от тепловогосостояния деталей МГР, а при нижнем расположении распределительного вала от теплового состояниякорпуса и головки (крышки) цилиндров двигателя.
В последнем случае,например, у двигателей воздушногоохлаждения тепловой зазор при работе может оказаться больше, чем вхолодном состоянии вследствие того, что тепловое расширение цилиндров и их головок превысит тепловоерасширение клапанов.При верхнем расположении распределительного вала тепловой зазор в холодном состоянии больше,чем при работающем двигателе.Так как профилировать целесообразно идеальный кулачок, то дляучета тепловой деформации радиустыльной стороны кулачка rк уменьшают на значение теплового зазораs относительно радиуса начальнойокружности: rк = rн - s. При верхнем расположении распределительного вала и непосредственномдействии кулачка на клапаны черезцилиндрические толкатели на автомобильных двигателях в холодном состоянии зазор составляет0,08–0,20 мм для впускных и 0,10–0,35 мм для выпускных клапанов.Зазор регулируется с помощью набора регулировочных шайб.В случае нижнего расположенияраспределительного вала, наличияштанги и коромысла зазор междустержнем клапана и бойком коромысла или стержнем клапана и регулировочным болтом принимают0,3–0,35 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
