Рубрика: Устройство трактора

Рис. 1. Схема клапанного механизма газораспределения: 1 — шестерня коленчатого вала; 2 — промежуточная шестерня; 3 — клапан; 4 — направляющая втулка; 5 — пружина; 6 – упорная тарелка; 7 — коромысло; 8 — ось коромысла; 9 — контргайка; 10- регулировочный винт; 11 — штанга; 12 — толкатель; 13 — кулачок распределительного вала; 14 — шестерня распределительного вала

Для впуска воздуха и выпуска продуктов сгорания необходимо при определенном угле поворота коленчатого вала соединять цилиндры двигателя с впускными и выпускными коллекторами. Это обеспечивается верхнеклапанным механизмом газораспределения (ГРМ).

Во время работы двигателя коленчатый вал через шестерни 1, 2 и 14 (рис. 1) вращает распределительный вал, имеющий кулачки 13. В нужный момент кулачок подходит к толкателю 12, поднимает его, штангу 11 и короткое плечо коромысла 7. При этом коромысло поворачивается вокруг оси 8 и длинным плечом нажимает на стержень клапана 3, дополнительно сжимая пружину 5 и открывает клапан. Закрывается клапан под действием этой же пружины.

Каждый цилиндр имеет два клапана впускной и выпускной. Плавный подъем и опускание клапана, и длительность его открытия обеспечивается определенным профилем кулачка. Необходимая последовательность открывания клапана достигается соответствующим размещение кулачков на валу.

Так как рабочий цикл четырехтактного двигателя происходит за два оборота коленчатого вала, а впускной и выпускной клапаны за это время должны открываться только по одному разу, распределительный вал вращается вдвое медленнее коленчатого. Достигается это установкой на распределительном валу приводной шестерни 14, имеющей вдвое больше зубьев, чем шестерня коленчатого вала.

Клапан должен открываться при определенном положении поршня в цилиндре. Согласованность действия газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов обеспечивается соединением распределительных шестерен по специально нанесенным меткам.

Во время работы двигателя детали механизма нагреваются и расширяются. Чтобы при этом не нарушалась плотная посадка клапана в седле, между клапаном и бойком коромысла регулировочным витом 10 устанавливают тепловой зазор (для разных двигателей он находится в пределах 0,3-0,5 мм). Малый зазор, а, следовательно, и неплотная посадка клапана в седле, приводит к прорыву горячих газов через щели и перегреву клапана (возможно коробление тарелки клапана и обгорание ее фаски).

В случае увеличения зазора возникают звонкие стуки, которые хорошо прослушиваются при работающем двигателе. Кроме того, сокращается время и уменьшается величина открытия клапанов, вследствие чего ухудшается очистка цилиндров от продуктов сгорания и уменьшается наполнение их свежим зарядом. Чтобы продлить время открытия клапанов и улучшить наполнение, очистку цилиндра, клапаны открываются с некоторым опережением (до того, как поршень придет н.м.т.), а закрывается с запаздыванием (после того, как поршень пройдет м.т.), то есть продолжительность открытия клапана составляет более 180° поворота коленчатого вала.

Чтобы обеспечить прокручивание коленчатого вала вручную (во время регулировки клапанного механизма, топливного насоса на момент начала подачи топлива и т.д.), обеспечить пуск дизеля в холодное время года и для его остановки в случае аварийного повышения частоты вращения коленчатого вала дизели Д-65 и их модификации имеют декомпрессионный механизм.

Декомпрессионный механизм служит для снижения давления при сжатии воздуха в цилиндрах путем сообщения рабочего объема цилиндров с атмосферой.

Декомпрессионный механизм смонтирован в головке цилиндров и состоит из двух валиков 9 ( см. рисунок), установленных в отверстиях стоек вала коромысел. Против каждого клапана в валики ввернуты винты 31 с контргайками. На фланце передней части крышки головки цилиндров смонтировано устройство управления механизмом с рукояткой 8. При повороте рукоятки в верхнее положение винты 31 нажимают головками на плечи коромысел клапанов и, не давая им закрываться при тактах сжатия, декомпрессируют дизель. Клапаны работают в неблагоприятных условиях: выпускной нагревается до 600…800, а впускной — до 300…400° С; полусухое трение стержней и втулок, агрессивное действие газов на головки. Впускные и выпускные клапаны одинаковой конструкции. Для улучшения наполнения цилиндров свежим зарядом тарелки впускных клапанов имеют больший диаметр, чем выпускных. Выпускные клапаны изготовлены из жаропрочной стали, впускные – из хромоникелевой. Тарелки клапанов имеют фаску, шлифованную под углом 45°. Такую же фаску имеет седло клапана в головке. Фаски тарелок клапанов наплавлены сплавом на никелевой основе (для повышения их износостойкости). Клапанные пружины обеспечивают надежную посадку клапанов в седле в период закрытия. Пружина одним концом упирается в головку цилиндров, а другим — в тарелку, удерживаемую на стержне клапана сухариками 30 из углеродистой стали. Отметим, при этом, что диаметры тарелок клапанов и жесткость пружин у дизелей семейств Д-65 и Д-240 разные. Коромысла 32 клапанов надеты на пустотелые оси, смонтированные в стойках на головке цилиндров дизеля. Рабочая поверхность длинного плеча (боек) шлифуется и закаляется. В резьбовое отверстие короткого плеча ввернут регулировочный винт 10 с контргайкой. Стойки коромысел крепятся к головке цилиндров шпильками. Штанги 12 изготовлены из углеродистой стали или трубчатые, их рабочие поверхности закаливаются. Толкатели 5 стальные, со сферической опорной поверхностью и каналом для слива масла из клапанного механизма в поддон картера двигателя. Распределительный вал 14 стальной, трехопорный. Кулачки и опоры закалены токами высокой частоты. Кулачки вала рассматриваемых дизелей конусные, в результате чего толкатели кроме поступательного движения получают вращение, что улучшает их смазку и приработку. На переднем конце вала крепится приводная шестерня 2. От осевого перемещения вал удерживается упорным фланцем 4.

Вращается вал во втулках, запрессованных в блок-картер дизеля. [Тракторы «Беларус» семейств МТЗ и ЮМЗ. Устройство, работа, техническое обслуживание. Я.Е. Белоконь, А.И. Окоча, Г.В. Шкаровский; Под ред. Я.Е. Белоконя. 2003 г.]

Статьи по теме: распределительный механизм; особенности механизма распределения двигателя Д-14; распределительный механизм двигателя Д-36; ТО КШМ и ГРМ двигателя трактора

Распределительный механизм своевременно открывает и закрывает отверстия для впуска в цилиндры воздуха или горючей смеси и выпуска отработавших газов. Он состоит из клапанов с деталями крепления, распределительного вала с шестернями и передаточного механизма. В зависимости от расположения клапанов механизмы распределения могут быть с подвесными клапанами, расположенными в головке, и со стоячими клапанами, расположенными в блоке. Механизмы со стоячими клапанами проще по устройству, двигатели с такими механизмами имеют меньшую высоту, так как у них отсутствует ряд передаточных деталей, размещенных на головке. Однако у дизельных двигателей ввиду очень малого объема надпоршневой части камеры расположение клапанов в блоке осуществить невозможно.

От устройства и работы распределительного механизма зависит качество очистки цилиндров от отработавших газов и степень наполнения их воздухом. Эти процессы происходят тем лучше, чем больше диаметр тарелки клапана, выше скорость движения клапана в моменты открытия и закрытия, значительнее высота подъема и продолжительнее открытие. У двигателей с подвесными клапанами увеличение диаметра тарелки ограничено размерами цилиндра. Диаметры тарелок впускного и выпускного клапанов в сумме составляют обычно 85—95% диаметра цилиндра. Продолжительность открытого состояния клапанов (фаз впуска и выпуска) зависит от моментов открытия и закрытия клапанов, которые однотипны для всех тракторных дизелей.

Открывается впускной клапан до ВМТ. Величина опережения ограничивается главным образом тем, что клапан, опускаясь, может удариться о движущийся вверх поршень.

Закрывается впускной клапан после НМТ в тот момент, когда поступление в цилиндр воздуха, происходящее после НМТ по инерции, прекращается.

Выпускной клапан открывается до НМТ, когда газы в цилиндре уже не могут произвести значительной полезной работы. Закрытие выпускного клапана происходит после ВМТ с таким расчетом, чтобы сохранить достаточное проходное сечение клапана в конце выпуска, не препятствовать продолжающемуся по инерции движению газов и обеспечить продувку камеры сгорания чистым воздухом, который подсасывается через открывающийся впускной клапан. Опережение открытия клапанов относительно мертвых точек и запаздывание закрытия увеличивают продолжительность фаз распределения и тем самым улучшают очистку и наполнение цилиндров.

Тарелки впускного и выпускного клапанов могут быть различными или одинаковыми по диаметру. В первом случае тарелку впускного клапана несколько увеличивают за счет уменьшения тарелки выпускного, это способствует лучшему наполнению цилиндра. Однако при этом увеличивается вес впускного клапана, а с ним и сила инерции, возникающая при его движении, кроме того, клапан больших размеров сильнее нагревается, легче подвергается короблению. Все это вызывает более быстрый износ и даже возможность обрыва впускного клапана.

Для максимального наполнения цилиндров нужно, чтобы клапан открывался и закрывался очень быстро и дольше оставался открытым на полную величину. Скорость движения клапанов выбирают такой, чтобы возникающие при этом силы инерции не превысили допустимой величины. Этими же соображениями определяется и выбор максимального подъема клапана. Наивыгоднейшая скорость движения клапана и подъем обеспечиваются выбором соответствующей формы кулачка распределительного вала.

Клапаны при работе двигателя подвергаются сильному нагреванию, действию ударной нагрузки, химическому воздействию газов и истиранию. Температура впускных клапанов составляет в среднем 300 -400°, выпускных— 600—800°. Впускной клапан изготовляют из прочной хромоникелевой стали (40ХН) или хромокремнистой стали (38ХС), выпускной — из жаростойкой хромокремнистой стали (Х9С2).

Для повышения прочности и твердости клапанов осуществляют их объемную закалку. Тарелка клапана имеет коническую фаску с углом при основании 45°. Это создаст хорошее прилегание и центрирование клапана в гнезде головки. Для большей плотности фаска притирается к гнезду. Стержень клапана имеет плавный переход к тарелке, что увеличивает прочность клапана в этом месте, обеспечивает хорошую обтекаемость в интенсивный отвод тепла от тарелки. В верхней части стержня клапана сделала выточка под сухарики, закрепляющие на конце стержня тарелку пружины.

Направляющая втулка клапана изготовляется из антифрикционного серого чугуна (СЧЦ-2) и запрессовывается в отверстие головки. Большая длина втулки и малый зазор со стержнем клапана (0,05—0,12 мм) придают ему прямолинейное движение. Пружина возвращает клапан в гнездо, удерживает его в закрытом состоянии и воспринимает инерционные усилия, возникающие при движении.

Распределительный (кулачковый) вал изготовляют из хромистой (20Х) или высокоуглеродистой стали (сталь 45), кулачки и шейки вала цементируют и закаливают на глубину 1,5—2 мм или подвергают поверхностной закалке ТВЧ на глубину от 2 до 5 м.ч. То или иное расположение кулачков но окружности вала и профиль их обеспечивают выбранные для двигателя фазы распределения. Кулачок выпускного клапана имеет обычно более тупой профиль, вследствие чего фаза выпуска более продолжительна, чем фаза впуска. Это даст возможность у двигателей с различными по размеру клапанами получать достаточно хорошую очистку цилиндра. Кулачковые валы четырехцилиндровых двигателей устанавливаются на трех опорах; подшипники их изготовлены в виде втулок из чугуна СЧЦ-2 и запрессованы в блок. Двухопорные валы обычно монтируют на шарикоподшипниках.

Распределительные шестерни имеют спиральные зубья с плавным и бесшумным зацеплением. Изготовляются они либо из стали 45 (с закалкой), либо из серого чугуна. Чтобы работа кривошипно-шатунного и распределительного механизмов, а также топливного насоса была согласованной, шестерни их закрепляются на валах в определенном положении, а относительно друг друга при сборке устанавливаются по меткам.

Так как распределительный вал и вал топливного насоса должны вращаться в два раза медленнее, чем коленчатый вал, то шестерни этих валов имеют вдвое большее число зубцов, чем шестерня коленчатого вала.
Передаточный механизм состоит из толкателей, штанг, коромысел, валиков коромысел и стоек. Толкатели изготовляются грибовидной формы или в виде стаканчиков из стали 45 или из стали 20Х, они также закаливаются.

Сферическим углублением внутри донышка толкатель упирается в нижний наконечник трубчатой стальной штанги, которая своим верхним наконечником упирается в регулировочный винт коромысла. Коромысло из углеродистой стали с бронзовыми втулками поворачивается на валике. Плечо коромысла, прилегающее к клапану, длиннее плеча, прилегающего к штанге. Это позволяет опустить клапан на нужную величину при небольшом подъеме толкателя. Силы инерции, возникающие при движении толкателя и штанги, при этом уменьшаются. Сверление в плечах коромысла и полость пустотелого валика коромысел служат маслопроводами для подвода масла к втулкам коромысел и наконечникам штанг. [Дизельные колесные тракторы. Гельман Б.М. и др. 1959 г.]

Статьи по теме: газораспределительный механизм; особенности механизма распределения двигателя Д-14; распределительный механизм двигателя Д-36; ТО КШМ и ГРМ двигателя трактора