Перечислите компоненты системы газораспределения поршневого двс – регулируемый механизм газораспределения аксиально- поршневого двигателя внутреннего сгорания — патент РФ 2218468

Система газораспределения

Для осуществления в двигателях рабочих циклов, непрерывно следующих один за другим, необходимо в определенные моменты подавать в рабочий цилиндр свежий заряд и удалять из него отработавшие газы.

Эти функции выполняют органы газораспределения. В четырехтактных двигателях газораспре­деление состоит из клапанов (впуск­ных и выпускных), клапанных рыча­гов и толкателей, распределительного вала с сидящими на нем кулачковыми шайбами, передаточных зубчатых колес и промежуточных валов. В боль­шинстве двухтактных двигателей органами газораспределения явля­ются окна в цилиндровой втулке (вы­пускные и продувочные), закрытие и открытие которых производится поршнем. Могут применяться вспо­могательные клапаны, расположен­ные по пути воздуха к каким-либо окнам, или же клапаны в крышке цилиндра, заменяющие собой выпуск­ные окна. При наличии клапана в крышке двухтактный двигатель должен быть снабжен и соответствую­щим клапанным приводом.

Общее понятие о работе клапанов было дано выше. Они работают в условиях периодической ударной нагрузки, а также высоких темпера­тур (особенно выпускные клапаны). Поэтому обычно клапаны отковыва­ются из высококачественной жаро­упорной стали (хромоникелевой, вольфрамовой, ванадиевой и др.).

На фиг. 96 представлен впускной клапан в собранном виде, вставленный в цилиндровую крышку. Он состоит из корпуса 11 с направляющей втулкой 4, штока 3 с тарел­кой 1, гнезда 13 и пружины 10. При такой конструкции клапан в соб­ранном виде вставляется в отверстие крышки 12 и крепится к ней при помощи фланца и шпилек.

Клапаны открываются внутрь рабочих цилиндров. Этим дости­гается большая плотность клапанов, прижимаемых рабочими газами. Гнезда для возможности замены в случае коробления иногда выполняют отдельно от корпуса клапана. Съемное гнездо прижи­мается корпусом к кольцевому выступу крышки цилиндра.

Особенностью указанного на фиг. 96 клапана является наличие козырька 2, назначение которого для бескомпрессорного дизеля рассматривалось выше. Козырек может быть установлен в наивыгоднейшее положение даже во время работы двигателя следующим образом: отпускается гайка 9, приподнимается рычажок 8 и шток клапана поворачивается ключом за квадрат на его конце. По дости­жении требуемого положения рычажок 8 опускается и прижимается гайкой 9; клапан более не может повернуться, так как рычажок своим хвостом 7 входит в выточку в рычаге 6, открывающем клапан при работе дизеля.

Для облегчения выемки клапанов иногда применяются отжимные винты 5, которые, будучи ввинчены во фланец со сквозным отвер­стием, упираются в верхнее днище крышки и отжимают клапанный корпус.

Выпускной клапан по своей конструкции мало чем обличается от впускного. Высокая температура отработавших газов, с которыми соприкасается выпускной клапан, вызывает коробление тарелки с плоским основанием. Поэтому нижнее основание выхлопного кла­пана выполняется утолщенным посредине с утонением к краям. В маломощных двигателях тарелка клапанов изготовляется заодно со шпинделем. В больших двигателях тарелки клапанов иногда изго­товляют отдельно от шпинделя. Тарелка может, например, навинчи­ваться на шпиндель, после чего последний расклепывается. Для устранения прогорания выпускных клапанов может быть применено водяное охлаждение корпуса, а в некоторых случаях и самих выпу­скных клапанов (фиг. 97).

Обычно в цилиндре устанавливаются два клапана — впускной и выпускной. У быстроходных двигателей устанавливаются для увеличения суммарного проходного сечения обычно по два впускных и выпускных клапана. В некоторых двигателях клапаны попеременно служат для впуска и выпуска. Это хотя и усложняет конструкцию клапанов и их привод, но облегчает условия работы клапанов вслед­ствие периодического охлаждения их засасываемым воздухом; кроме того, обдуваемое гнездо очищается от нагара.

У некоторых двухтактных двигателей требуется установка кла­пана, регулирующего подачу продувочного воздуха. Это автомати­чески действующий пластинчатый клапан (фиг. 98), состоящий из чугунного корпуса, который крепится шпильками к цилиндру в ресивере 1, чугунных или бронзовых фигурных коробок 2, стянутых двумя крышками 3 и болтами. На фиг. 98 справа показана нижняя часть клапана. Каждая коробка имеет пластинчатый диск 4. Действие клапана основано па разности давлении в цилиндре и ресивере. Когда давление в цилиндре меньше, чем в ресивере, пластинчатые диски приподымаются; когда же давление в цилиндре превзойдет давление продувочного воздуха или когда поршень закроет про­дувочные окна, диски опустятся на свои гнезда фигурных коро­бок и ресивер будет разобщен от цилиндра.

Для нормальной работы дви­гателя моменты открытия и за­крытия клапанов, окон, дей­ствия приборов зажигания или топливо подач и, иначе — фазы газораспределения, устанавливают таким образом, чтобы обеспечить наилучшую очистку цилиндра от продуктов сгорания и наиболее полное за­полнение его свежим зарядом. Взаимосвязь между фазами (мо­ментами) газораспределения обычно для наглядности изображается спирально построенной круговой диаграммой. Она представляет собой графи­ческое изображение пути оси шейки мотыля с показом тех положений радиуса мотыля, ко­торыми характеризуются фазы газораспределения. Отсчет уг­лов поворота мотыля производят от или до ближайшей мертвой точки.

На фиг. 99 дана круговая диаграмма четырехтактного ди­зеля.

а) Открытие впускного кла­пана (О. вп.) устанавливают с опережением, т. е. до прихода поршня в в.м.т. Это делается для того, чтобы к началу хода поршня вниз клапан был уже достаточно открыт и не создавал боль­шого сопротивления проходу всасываемого воздуха. На круговой диаграмме видно, что начало впуска воздуха совпадает с концом выпуска отработавших газов, при котором, как говорилось, эти газы своей инерцией создают некоторое разрежение над поршнем. Поэтому начавший открываться еще до прихода поршня в в. м. т. впускной клапан создает условие для частичного подсоса воздуха, который несколько продувает пространство над поршнем, умень­шая количество остаточных газов, а следовательно, обеспечивая луч­шее наполнение цилиндра свежим воздухом.

Опережение впуска устанавливается от 5 до 30° пово­рота мотыля до в. м. т. (угол а на диаграмме).

б) Закрытие впускного клапана (3. вп.) делается с запаздыванием, т. е. после прохода поршнем н. м. т. Нужно это для того, чтобы к концу всасывающего хода поршня кла­пан был достаточно открыт и не создавал большого сопротивления проходу воздуха в цилиндр. По­мимо этого, к концу хода всасы­вания и в начале хода сжатия дав­ление в цилиндре продолжает быть меньше атмосферного, почему за­полнение цилиндра воздухом про­должается и тогда, когда поршень начнет уже двигаться вверх. Таким образом, при запаздывании закрытия впускного клапана в цилиндр может поступать дополни­тельная порция воздуха, чему также способствует инерция воздуха во всасывающей трубе. Угол запаздывания ? впускного клапана составляет 18—50° после н. м. т.

в)  Подача форсункой распыленного топлива в цилиндр двигателя (О. Ф.) производится с опережением, т.е. до в.м.т., с учетом периода задержки воспламенения. Предварение начала впрыскивания регулируется с таким расчетом, чтобы сгорание развивалось к моменту прохода поршнем в.м.т. Слишком большое предварение впрыска может вызвать начало интенсивного сгорания ранее прихода поршня в в.м.т., что вызовет преждевременное резкое повышение давления, а чрезмерно малое предварение впрыска может вызвать слишком позднее начало сгорания, что снизит эффективность рабочего хода. Угол опережения впрыска ? топлива подбирается опытным путем и находится примерно в пределах 15—30° до в. м. т.

г) Открытие выпускного клапана (О. вып.) назначается до прихода поршня в н. м. т. Это опережение выпуска составляет ? ? = 40 ? 60° поворота мотыля до н.м.т. Делается это для того, чтобы к началу хода выпуска (с н.м.т.) давление в цилиндре успело почти урав­няться с атмосферным и открытие клапана уже было бы полным. Этим предотвращается создание слишком большого противодавления при выталкивающем ходе поршня. В конечном счете, опережение открытия выпускного клапана имеет целью уменьшить работу, затра­чиваемую па выталкивание отработавших газов из цилиндра.

д) Закрытие выпускного клапана (3. вып.) обычно делают с запаздыванием, т. е. после прохождения поршнем в. м. т. Это осуществляют для того, чтобы в конце выпуска открытие клапана было еще достаточным и не создавало большого сопротивления выпуску. Однако запаздывание закрытия является не столь важным, как опережение открытия выпускного клапана. Объясняется это тем, что к моменту прихода поршня в в. м. т. скорость его быстро замедляется, а газы в выхлопной трубе продолжают по инерции двигаться со столь большой скоростью, что в пространстве над поршнем может полу­читься даже разрежение; таким образом создаются благоприятные условия для очистки цилиндра от отработавших газов.

Угол запаздывания ? берется 0—25° после в.м.т. Закрывать выхлопной клапан ранее прихода поршня в в.м.т. нельзя, так как при этом получится сжатие остатках отработавших газов и они устре­мятся в открывающийся в это время впускной клапан.

Все фазы газораспределения не могут быть одинаковыми для всех типов двигателей. Они подбираются опытным путем и зависят главным образом от быстроходности двигателей, величины проход­ного сечения клапанов и объема рабочего цилиндра. Все углы опе­режения и запаздывания, открытия и закрытия клапанов, вообще говоря, берутся тем больше, чем быстроходнее двигатель и чем меньше сечение клапанов.

Круговая диаграмма газовых и карбюраторных двигателей (а следовательно, и фазы их газораспределения) в основном сходна с только что рассмотренной. Однако момент начала открытия впу­скного окна может здесь происходить с запаздыванием (за в.м.т.). Объясняется это тем, что при наличии опережения открытия впуск­ного клапана начало его открытия совпадает с движением поршня к в.м.т. В случае ненормального состава смеси, или если двигатель быстроходный, процесс догорания иногда продолжается и в период выпуска; пламя догорания через начавшийся открываться с опере­жением впускной клапан попадает в трубопровод горючего газа, или смесительный клапан, или в кар­бюратор и вызывает взрыв, мо­гущий произвести разрушения.

Кроме этого отличия, в круго­вой диаграмме указанных двига­телей вместо момента начала дей­ствия форсунки будет указан мо­мент зажигания смеси.

Фазы газораспределения двух­тактных двигателей могут также быть изображены на круговой диа­грамме. Они зависят от принятого типа продувки и расположения окон.

На фиг. 100 дана примерная круговая диаграмма двухтактного дизеля без наддува. Здесь начало подачи топлива осуществлено с опережением на 17° поворота мо­тыля до прихода поршня в в. м. т.. За 68° до н. м. т. поршень, дви­гаясь вниз, открывает выпускные окна, и расширившийся отработавший газ начинает выпускаться; продолжающий опускаться поршень на 52° до п. м. т. открывает впускные (продувочные) окна, и происходит продувка с заполне­нием цилиндра свежим воздухом. При движении поршня вверх впускные окна закрываются через 52° после п. м. т., выпускные — через 68° после и. м. т.

Клапаны газораспределения получают движение от привода. Основной частью приводного механизма является распределительный вал, на котором закреплены шайбы с выступами — кулаки. Работа распределительного вала основана на периоди­ческом воздействии на клапаны посредством качающихся рычагов или толкающих штанг.

На фиг. 101 дан один из вариантов взаимосвязи распределитель­ного вала с клапаном. При вращении распределительного вала 1 сидящий жестко па нем кулак 2 своим выступом 3 набегает на ролик 4 двуплечего рычага

5; вследствие этого ролик приподнимается, а другой конец рычага опускается на шток клапана и, преодолевая натяжение пружины 6, открывает клапан. При дальнейшем повороте распределительного вала ролик сходит с выступа кулака, правый конец рычага опустится, а левый поднимается, и под действием пру­жины клапан закроется. Ось рычага крепится в кронштейнах крышки цилиндра и смазывается через специальное отверстие.

Число оборотов всякого распределительного вала четырехтакт­ных двигателей должно быть вдвое меньше, чем коленчатого, так как цикл осуществляется за два оборота коленчатого вала. У двухтакт­ных двигателей, имеющих выпускные клапаны в крышках цилин­дров, число оборотов распределительного вала должно быть равно числу оборотов коленчатого вала, так как цикл соответствует одному обороту этого вала.

В дизелях распределительный вал приводит также топливные насосы, что значительно увеличивает нагрузку на вал. Для удобства монтажа распределительный вал часто изготовляют разъемным. Материалом обычно служит сталь, идущая на изготовление колен­чатого вала.

Кулачки на распределительном валу должны устанавливаться соответственно расположению клапанов. Количество их для четырехтактных двигателей должно быть равным числу клапанов: впускных, выпускных, форсуночных (у компрессорных дизелей) и числу при­водов топливных насосов (у бескомпрессорных дизелей). Кулаки
(фиг. 102, а) на распределительный вал насаживаются на шпонках, а для предотвращения осевого смещения имеют установочные болты. Кулачки отковывают из малоуглеродистой стали и после механиче­ской обработки подвергают поверхностной закалке для повышения износоустойчивости.

В крупных тихоходных двигателях кулаки изготовляют из отбеленного чугуна. Иногда (у быстроходных дви­гателей) кулаки отковываются вместе с распределительным ва­лом, составляя с ним одно целое.

Профиль выступающей части кулака зависит от необходимых фаз газораспределения, передаточного числа клапанного привода и делается по специальному расчету. Высота выступа кулака должна соответствовать величине хода клапана с учетом соотношения плеч рычага. Чаще всего выступы делаются как одно целое с цилиндри­ческой частью кулака, но иногда, например, для привода форсунки компрессорного дизеля или топливного насоса некоторых бескомпрессорных дизелей, выступы делаются съемными (фиг. 102, б).

В зависимости от расположения распределительного вала и конструкции двигателя передача движения к клапанам может осуществляться от рычагов или, при низком расположении распределитель­ного вала, от рычагов с толкателями (фиг. 103). Рычаги изготовляются из стали или чугуна и в сечении чаще всего имеют двутавровую форму.

В некоторых двигателях с клапанами, открывающимися вверх, толкателями служат штоки, являющиеся продолжением стержня клапана и опирающиеся на кулаки распределительного вала (фиг. 104).

Сам распределительный вал при­водится в движение от коленчатого вала различными способами в зави­симости от конструкции двигателя, его мощности, числа оборотов, места расположения распредели­тельного вала и пр. Чаще всего привод распределительного вала осуществляется посредством ше­стеренчатой передачи, размещен­ной в торцовой части двигателя. Высокая техника обработки зубчатых колес в последнее время позво­лила значительно повысить коэффициент полезного действия зубчатых передач. На фиг. 105 показано расположение приводных шестерен распределительного вала у четырехтактного дизеля. На коленчатом валу жестко сидит шестерня 1, соединенная с большой передаточной шестерней 3, вращающейся на оси 2, закрепленной при помощи фланца к цилиндровому блоку. К этой шестерене бол­тами 4 крепится малая передаточная ше­стерня (на фигуре ее не видно), приводящая в движение шестерню 5 распределительного вала 6 и шестерню 7; последняя соединена болтами с конической шестерней 8, служащей для передачи вращения центробежному регу­лятору. Вся эта передача закрыта общим кожухом.

Недостатком шестеренчатой передачи яв­ляется значительный шум при работе. В крупных тихоходных двигателях при вы­соком расположении распределительного вала иногда применяется бесшумная передача движения роликовыми цепями; при этом для увеличения угла охвата звездочек цепью и натяжения ее при вытяжке требуется на­тяжное устройство.

На фиг. 106 дана схема передачи от ко­ленчатого вала к распределительному с по­мощью промежуточного, часто называемого регуляторным, вала. Число его оборотов обычно равно числу оборотов коленчатого вала, что позволяет его использовать для установки регулятора.


Двигатель. Классификация, механизмы и системы ДВС

На современных тракторах и автомобилях в основном применяют поршневые двигатели внутреннего сгорания. Внутри этих двигателей сгорает горючая смесь (смесь топлива с воздухом в определенных соотношениях и количествах). Часть выделяющейся при этом теплоты преобразуется в механическую работу.

Классификация двигателей

Поршневые двигатели классифицируют по следующим признакам:

  • по способу воспламенения горючей смеси — от сжатия (дизели) и от электрической искры
  • по способу смесеобразования — с внешним (карбюраторные и газовые) и внутренним (дизели) смесеобразованием
  • по способу осуществления рабочего цикла — четырех- и двухтактные;
  • по виду применяемого топлива — работающие на жидком (бензин или дизельное топливо), газообразном (сжатый или сжиженный газ) топливе и мно­готопливные
  • по числу цилиндров — одно- и многоцилиндровые (двух-, трех-, четырех-, шестицилиндровые и т.д.)
  • по расположению цилиндров — однорядные, или линейные (цилиндры расположены в один ряд), и двухрядные, или V-образные (один ряд цилиндров размещен под углом к другому)

На тракторах и автомобилях большой грузоподъемности применяют четырехтактные многоцилиндровые дизели, на автомобилях легковых, малой и средней грузоподъемности — четырехтактные многоцилиндровые карбюра­торные и дизельные двигатели, а также двигатели, работающие на сжатом и сжиженном газе.

Основные механизмы и системы двигателя

Поршневой двигатель внутреннего сгорания состоит из:

  • корпусных деталей
  • кривошипно-шатунного механизма
  • газораспределительного механизма
  • системы питания
  • системы охлаждения
  • смазочной системы
  • системы зажигания и пуска
  • регулятора частоты вращения

Устройство четырехтактного одноцилиндрового карбюраторного двигателя показано на рисунке:

Устройство одноцилиндрового четырехтактного карбюра­торного двигателя

Рисунок. Устройство одноцилиндрового четырехтактного карбюра­торного двигателя:
1 — шестерни приводи распределительного вала; 2 — распределительный вал; 3 — толкатель; 4 — пружина; 5 — выпускная труба; 6 — впускная труба; 7 — карбюратор; 8 — выпускной кла­пан; 9 — провод к свече; 10 — искровая зажигательная свеча; 11 — впускной клапан; 12 — го­ловка цилиндра; 13 — цилиндр: 14 — водяная рубашка; 15 — поршень; 16 — поршневой палец; 17 — шатун; 18 — маховик; 19 — коленчатый вал; 20 — резервуар для масла (поддон картера).

Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) преобразует прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение ко­ленчатого вала и наоборот.

Механизм газораспределения (ГРМ) предназначен для своевременного соединения надпоршневого объема с системой впуска свежего заряда и вы­пуска из цилиндра продуктов сгорания (отработавших газов) в определенные промежутки времени.

Система питания служит для приготовления горючей смеси и подвода ее к цилиндру (в карбюраторном и газовом двигателях) или наполнения ци­линдра воздухом и подачи в него топлива под высоким давлением (в дизеле). Кроме того, эта система отводит наружу выхлопные газы.

Система охлаждения необходима для поддержания оптимального теп­лового режима двигателя. Вещество, отводящее от деталей двигателя избы­ток теплоты, — теплоноситель может быть жидкостью или воздухом.

Смазочная система предназначена для подвода смазочного материала (моторного масла) к поверхностям трения с целью их разделения, охлажде­ния, защиты от коррозии и вымывания продуктов изнашивания.

Система зажигания служит для своевременного зажигания рабочей смеси электрической искрой в цилиндрах карбюраторного и газового двига­телей.

Система пуска — это комплекс взаимодействующих механизмов и сис­тем, обеспечивающих устойчивое начало протекания рабочего цикла в ци­линдрах двигателя.

Регулятор частоты вращения — это автоматически действующий меха­низм, предназначенный для изменения подачи топлива или горючей смеси в зависимости от нагрузки двигателя.

У дизеля в отличие от карбюраторного и газового двигателей нет сис­темы зажигания и в системе питания вместо карбюратора или смесителя ус­тановлена топливная аппаратура (топливный насос высокого давления, топ­ливопроводы высокого давления и форсунки).

регулируемый механизм газораспределения аксиально- поршневого двигателя внутреннего сгорания — патент РФ 2218468

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к газораспределительным механизмам аксиально-поршневых двигателей, и позволяет адаптировать последние к конкретной нагрузке и на различных режимах, повышая выходные параметры по мощности, экономичности и экологии. Механизм газораспределения выполнен на основе торцевого кулачка, впускной и выпускной групп тарельчатых клапанов и снабжен механизмом регулирования каждой группы тарельчатых клапанов, который обеспечивается сочетанием двух торцевых кулачков на каждый клапан группы и механизма доворота. Один из торцевых кулачков, ведущий или ведомый, выполнен сборным, состоящим из нескольких, соосно расположенных кулачков, имеющих возможность поворота одного кулачка относительно другого с помощью механизма доворота в процессе работы двигателя. Ведущий кулачок выполнен общим для привода в действие одной из групп клапанов и многопрофильным, с несколькими кулачками одинакового профиля, при этом количество кулачков на диске не равно количеству цилиндров двигателя и они равномерно расположены по окружности. 3 з.п. ф-лы, 3 ил. Изобретение относится к двигателестроению, в частности к газораспределительным механизмам двигателей внутреннего сгорания, и направлено на возможность регулирования работы механизма как по продолжительности срабатывания тактов впуска и выпуска, так и по смещению тактов относительно положения поршня в верхней мертвой точке при различных режимах работы двигателя. В двигателестроении существует серьезная проблема создания двигателей нового уровня как по экономичности, так по мощности и экологическим параметрам. При таких противоречивых требованиях на настоящее время какой-то однозначно принятой конструкции двигателя практически нет. Причем известно, что двигатели внутреннего сгорания, как основа силовых установок, в своем большинстве работают при крайне переменных нагрузках, а это не дает возможности получить наилучшие выходные параметры двигателя на всех режимах работы. Одним из современных направлений совершенствования различных процессов и устройств является их адаптация к конкретным условиям работы с целью получения наилучших выходных параметров. Применительно к поршневым двигателям внутреннего сгорания адаптация их работы к нагрузкам может быть обеспечена возможностью регулирования рабочего объема и регулирования фаз газораспределения. Наиболее полно такую возможность имеют, на наш взгляд, аксиально-поршневые двигатели внутреннего сгорания, у которых регулирование рабочего объема решается достаточно просто и уже реализовано [1]. Регулирование фаз для таких двигателей является более сложным вопросом. В качестве прототипа выбрано устройство по патенту RU 2043524 С1, 6 F 02 B 75/26, 1995 г. «Аксиальный двигатель внутреннего сгорания», содержащий два диска с кулачками как приводы соответствующих групп (впускных и выпускных) клапанов механизма газораспределения. Как аналоги рассмотрены устройства по патентам RU 2009345 C1, 5 F 02 B 75/26, 1994 г. «Двигатель барабанного типа с гильзовым газораспределением и регулируемыми фазами» и RU 2156867 C1, 7 F 01 L 1/14, F 02 D 13/02, F 01 L 13/02, 1999 г. «Механизм управления клапаном газораспределения двигателя внутреннего сгорания. Прототип содержит наиболее близкое конструктивное решение. Так, по прототипу газораспределительный механизм содержит тарельчатые клапаны и их привод на основе диска (дисков) с кулачком на каждую группу клапанов. Но в данной конструкции нет возможности изменить геометрические параметры кулачка непосредственно в процессе работы двигателя. Т.е. устройство по прототипу не содержит регулирования фаз газораспределения как по продолжительности срабатывания тактов впуска и выпуска, так и по положению тактов относительно верхней мертвой точки перемещения поршня. Аналоги близки по назначению, но не содержат общих конструктивных решений с заявляемым, но (первый аналог) дает возможность изменения только продолжительности фазы газораспределения, а второй аналог не обеспечивает возможности независимого друг от друга регулирования по длительности фазы и ее положению. Конструктивно первый аналог выполнен в виде гидроцилиндра, а второй — в виде гильзового газораспределения двигателя внутреннего сгорания и оснащен механизмом доворота. Задачей предлагаемого технического решения является создание регулируемого механизма газораспределения регулируемого аксиально-поршневого двигателя для адаптации последнего к конкретной нагрузке и на различных режимах с целью повышения выходных параметров по мощности, экономичности и экологии, повышения технологичности конструкции привода механизма газораспределения и снижения динамики его работы. Для решения указанной задачи механизм газораспределения аксиально-поршневого двигателя внутреннего сгорания выполнен на основе торцевого кулачка, впускной и выпускной групп тарельчатых клапанов и снабжен механизмом регулирования каждой группы тарельчатых клапанов, который обеспечивается сочетанием двух торцевых кулачков на каждый клапан группы и механизма доворота. Один из торцевых кулачков, ведущий или ведомый, выполнен сборным, состоящим из нескольких соосно расположенных кулачков, имеющих возможность поворота одного кулачка относительно другого с помощью механизма доворота в процессе работы двигателя. В другом варианте содержится два механизма доворота, работающих независимо, один из которых смещает элементы сборного кулачка, а другой — кулачок, сопрягаемый со сборным или сборный кулачок в целом. Ведущий кулачок выполнен общим для привода в действие одной из групп клапанов и многопрофильным, с несколькими кулачками одинакового профиля, при этом количество кулачков на диске не равно количеству цилиндров двигателя, и они равномерно расположены по окружности. Перечисленные пути решения поставленной задачи даны на примере одной группы клапанов. Следовательно, в регулируемом механизме газораспределения двигателя в целом привод клапанов другой группы выполняется аналогичным образом. Применение в приводе клапана двух торцевых кулачков дает возможность уменьшить высоту профиля каждого из кулачков, что обеспечивает осевой ход ведомого кулачка (и клапана), равный двум высотам профилей обоих кулачков. С другой стороны, за счет поворота ведомого кулачка в ту или обратную сторону механизмом доворота появляется возможность смещать фазу на опережение или запаздывание к положению поршня относительно его верхней мертвой точки. Наличие сборного кулачка позволяет изменять геометрические параметры профиля кулачка, в частности увеличивать или уменьшать угол профиля кулачка за счет поворота одного из элементов сборного кулачка относительно их общей оси. Тем самым меняется длительность фазы газораспределения. Сборный кулачок может быть выполнен как ведущим, так и ведомым. Но наилучшим вариантом конструктивного исполнения является выполнение его ведомым, т.к. ведомый кулачок не совершает вращательное движение (не считая поворота), а только осевое, что упрощает конструкцию привода доворота. Соответственно, для поворота элемента сборного кулачка необходим свой привод, работающий независимо от предыдущего. Выполнение ведущего кулачка единого на все клапаны группы многопрофильным позволяет уменьшить его частоту вращения и, следовательно, снизить динамику работы механизма газораспределения и уменьшить износ его двигателей. При этом существенно сокращается количество деталей по сравнению с приводом клапана отдельной парой торцевых кулачков. Все перечисленные признаки позволяют решить поставленную задачу, что позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственных связей между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигнутым техническим результатом. Перечисленные признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при проведении патентных исследований, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна». Анализ уровня техники по доступным источникам информации показал, что заявляемое техническое решение явным образом не следует из известного на сегодня уровня техники и, на взгляд авторов, можно сделать вывод о соответствии его критерию «изобретательский уровень». Заявка содержит три фигуры. На фиг. 1 представлен вариант конструкции регулируемого индивидуального привода двумя торцевыми кулачками; на фиг.2 показана схема сборного однопрофильного ведомого торцевого кулачка и показан его изменяющийся профиль; на фиг. 3 дана схема многопрофильного сборного ведущего кулачка и показан его изменяющийся профиль. Один из вариантов регулируемого индивидуального привода клапана двумя торцевыми кулачками (фиг. 1) предназначен для сообщения возвратно-поступательного перемещения тарельчатому клапану и регулирования его работы по длительности фазы и смещение ее на опережение или запаздывание к положению поршня относительно его мертвой точки. Устройство газораспределительного механизма условно показано на примере одного клапана группы (впускной или выпускной). Механизм выполнен в головке блока 1 и закреплен непосредственно на блоке цилиндров 2. В головке блока расположены тарельчатые клапаны 3 с пружинным комплектом 4, зубчатые венцы внутреннего зацепления 5 и 6 привода внутренних кулачков клапанов 1-ой и 2-ой групп (впускных и выпускных) и стойки 7. На головку блока установлены промежуточный диск 8 и крышка головки 9. В крышке головки смонтированы ведущие кулачка 10 с приводом от цепной передачи, и крышка является второй опорой стоек 7. Диск 8 является опорой для сборных ведомых кулачков, состоящих из ведомых кулачков наружных 11, с нарезанными на них зубьями, и внутренних 12, которые соединены с зубчатыми колесами или секторами. Между крышкой головки и диском установлены зубчатые венцы внутреннего зацепления 13 и 14 наружных кулачков. Венцы 13 и 14 соответственно предназначены один для одной группы клапанов, а второй — для другой группы. На стойках 7 расположены коленчатые рычаги 15 с регулировочными винтами 16. Цепная передача привода кулачков закрыта кожухом 17. Работа газораспределительного механизма осуществляется следующим образом. От выходного вала двигателя через цепную передачу ведущие кулачки получают вращательное движение с требуемой частотой. Ведомые сборные торцевые кулачки преобразуют вращательное движение в возвратно-поступательное. Реактивный момент, возникающий на ведомых кулачках, воспринимают зубья зубчатых венцов 5 или 6 и 13 или 14, которые входят в зацепление с зубьями, нарезанными на ведомых наружных кулачках, и зубьями зубчатого колеса или секторов, соединенных с ведомыми, внутренними кулачками, но, в то же время, позволяют осуществлять возвратно-поступательное движение ведомых кулачков. Возвратно-поступательное движение кулачков далее посредством коленчатых рычагов 15 передается на соответствующие клапаны 3. Требуемый зазор между рычагами и клапанами устанавливается с помощью регулировочных винтов 16. Регулирование длительности фазы газораспределения достигается поворотом ведомых внутренних кулачков за счет зубчатого зацепления венцом 5. Зубчатый венец 6 выполняет ту же функцию, но для клапанов другой группы. При повороте внутреннего кулачка относительно наружного, который по углу остается без изменения, происходит смещение профилей кулачков, тогда начало поступательного перемещения сборного кулачка начинается, например, по профилю внутреннего. Зубчатый венец 5 воздействует таким образом на все кулачки данной группы. Регулирование смещения фаз газораспределения производится посредством одновременного доворота внутренних и наружных ведомых кулачков. В этом случае оба венца внутреннего зацепления 5 и 13 или 6 и 14 одной группы клапанов поворачиваются на требуемый и одинаковый угол в том или ином направлении. Приводы зубчатых венцов, работающие независимо друг от друга, могут быть выполнены гидравлическими или электромеханическими и работают от соответствующей системы управления. На фиг. 2 показана схема сборного однопрофильного ведомого торцевого кулачка и показан его изменяющийся профиль. На фиг.3 представлена схема и профиль, но для ведущего многопрофильного торцевого кулачка. Таким образом, данные примеры подтверждают возможность реализации заявляемых отличительных признаков. Источники информации
1. Описание изобретения к авторскому свидетельству «Аксиально-поршневая машина с регулируемым рабочим объемом» SU 1786885 А1, 6 F 01 B 3/02, F 02 B 75/26. 2. Описание изобретения к патенту «Аксиальный двигатель внутреннего сгорания» RU 2043524 C1, 6 F 02 B 75/26. 3. Описание изобретения к патенту «Двигатель барабанного типа с гильзовым газораспределением и регулируемыми фазами» RU 2009345 C1, 5 F 02 B 75/26. 4. Описание изобретения к патенту «Механизм управления клапанами газораспределения двигателя внутреннего сгорания» RU 2156867 C1, 7 F 01 L 1/14, F 02 D 13/02, F 01 L 13/02.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Механизм газораспределения аксиально-поршневого двигателя внутреннего сгорания на основе торцевого кулачка, впускной и выпускной групп тарельчатых клапанов, отличающийся тем, что он снабжен механизмом регулирования каждой группы тарельчатых клапанов, который обеспечивается сочетанием двух торцевых кулачков на каждый клапан группы и механизма доворота.2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что один из торцевых кулачков, ведущий или ведомый, выполнен сборным, состоящим из нескольких, соосно расположенных кулачков, имеющих возможность поворота одного кулачка относительно другого с помощью механизма доворота в процессе работы двигателя.3. Механизм по п.1, отличающийся тем, что он содержит два механизма доворота, работающих независимо, один из которых смещает элементы сборного кулачка, а другой — кулачок, сопрягаемый со сборным или сборный кулачок в целом.4. Механизм по п.2, отличающийся тем, что ведущий кулачок выполнен общим для привода в действие одной из групп клапанов и многопрофильным, с несколькими кулачками одинакового профиля, при этом количество кулачков на диске не равно количеству цилиндров двигателя, и они равномерно расположены по окружности.

Тема 1.3. Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для восприятия давления газов и преобразования прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Механизм состоит из неподвижных и подвижных деталей. К подвижным деталям относятся: блок цилиндров, гильзы цилиндров, головка блока цилиндров, к неподвижным – поршень в сборе, шатун, коленчатый вал и маховик.

Блок цилиндров составляет одно целое с верхней частью картера и служит основанием для крепления всех основных деталей и агрегатов, обслуживающих двигатель. Он отлит из чугуна (может быть и силуминовый). Когда блок выполнен с верхней частью картера, эту конструкцию называют блок-картером.

Блок цилиндров имеет обработанные посадочные отверстия для гильз цилиндров, а на поверхностях, сопрягаемых с головкой блока, имеются отверстия для подачи охлаждающей жидкости из водяной рубашки в головки блока цилиндров.

Нижняя внутренняя часть блока цилиндров разделена поперечными перегородками на отсеки, в каждом из которых расположено по цилиндру. В нижней части блока с наружной стороны имеются водораспределительные каналы, а с внутренней стороны – камеры штанг толкателей. В блоке просверлены каналы для прохода масла.

Поперечные вертикальные перегородки внутри блока цилиндров совместно с передней и задней стенками картера двигателя обеспечивают необходимые прочность и жёсткость блока цилиндров. В этих перегородках, а также в передней и задней стенках картера, растачивают гнёзда под верхние половины коренных подшипников коленчатого вала, нижние половины которых помещаются в специальных крышках, крепящихся к блоку цилиндров болтами.

Гильзы цилиндров обычно мокрого типа, они отлиты из специального модифицированного чугуна, обладающего повышенной прочностью и износостойкостью или из сталей марок 35ХМЮ, 35ХМЮА и др. С целью повышения износостойкости втулок используют азотированные стальные втулки. Мокрые – снаружи омываются охлаждающей жидкостью, в отличие от сухих, которые устанавливаются в специальные отверстия в блоке и с охлаждающейся жидкостью не соприкасаются.

Головка блока цилиндров вместе с днищем поршня и стенками цилиндров образует камеру сгорания. Конструкция головки блока цилиндра зависит от формы камеры сгорания, числа и расположения клапанов, форсунок или свечей зажигания, впускных и выпускных каналов, системы охлаждения.

Головка отливается из чугуна или алюминия. В верхнюю часть запрессованы направляющие втулки клапанов. Головка крепится шпильками. В нижней части головки имеются отверстия для запрессовки сёдел клапанов. На верхней плоскости головки размещены клапаны с пружинами, коромысла клапанов со стойками, а также латунные стаканы под форсунки для дизельных двигателей. Сверху головка закрыта стальной штампованной крышкой. Уплотнение обеспечивается прокладками.

Поршень представляет собой металлический стакан, установленный в цилиндре с некоторым зазором. Верхняя, усиленная часть поршня, воспринимающая давление газов, называется головкой, а нижняя, направляющая часть, – тронком или юбкой. Приливы в стенках тронка, служащие для установки поршневого пальца, называются бобышками.

Поршни бензиновых двигателей изготавливают из алюминиевых сплавов, а дизельных – из чугуна или стали. Поршни бывают сплошные и составные.

В бензиновых двигателях головка поршня имеет плоское днище и толстые стенки с внутренними рёбрами, повышающими её прочность и обеспечивающими хороший отвод тепла. В дизелях конструкции головок поршней весьма разнообразны и зависят от типа дизеля и системы смесеобразования. В головке на боковой наружной поверхности имеются канавки для установки поршневых колец.

Для улучшения приработки поршней в цилиндрах и для уменьшения износа на тронк поршня наносят специальные покрытия. Обычно трущуюся поверхность тронка лудят – покрывают очень тонким слоем олова (толщиной 0,004…0,006 мм). В средней части тронка делают приливы-бобышки с отверстиями для установки поршневого пальца.

Для того чтобы при нагревании поршень мог бы расширяться без заедания в цилиндре, поршень устанавливают с зазором между стенкой цилиндра и тронком. Чтобы в холодном двигателе зазор между поршнем и цилиндром не был чрезмерно большим, что может вызвать стуки поршня и прорыв газов из цилиндра, в алюминиевых поршнях применяют пружинящие разрезные тронки. При боковом разрезе по всей длине тронк несколько пружинит, и поршень вставляется в цилиндр холодного двигателя плотно, с малым зазором. При нагревании поршня разрез даёт возможность тронку расширяться без заедания поршня в цилиндре. Применяют также поршни с частичным, несквозным разрезом Т – или П — образной формы, что повышает жёсткость тронка.

Для уменьшения бокового зазора сечение тронка делают не круглой, а овальной формы. Величина овальности равна примерно 0,15…0,29 мм. Поршень устанавливают в цилиндре холодного двигателя с минимальным зазором по большой оси овала тронка, располагаемой в плоскости качания шатуна, где действуют боковые силы, прижимающие поршень к стенкам цилиндра.

Поршневые кольца устанавливаемые в поршне, разделяются на компрессионные и маслосъёмные (рис. 3).

Рис.3. Поршневые кольца и эпюра давления

Компрессионные кольца уплотняют поршень в цилиндре и служат для предотвращения прорыва газов через зазор между тронком поршня и стенкой цилиндра. Маслосъёмные снимают излишки масла со стенок цилиндров, препятствуя проникновению его в камеру сгорания.

Компрессионные кольца устанавливают в верхние канавки на головке поршня (два-три кольца). Верхнее уплотнительное кольцо работает в очень тяжёлых условиях (нагрев от стенок головки, трения и соприкосновения с горячими газами), поэтому сложно обеспечить надлежащую смазку. Уплотняющее действие достигается благодаря прижатию к зеркалу цилиндра и лабиринтному действию уплотнения, которое обеспечивается путем перетекания газа через зазоры под кольцами в заколечные полости поршневых колец. Маслосъёмные кольца (одно или два) располагают под компрессионными кольцами на головке или одно кольцо размещают внизу на тронке.

Компрессионные кольца изготавливают из чугуна путём их индивидуальной отливки и последующей обработки. На кольце делают вырез, называемый замок, и позволяющий кольцу пружинить. Замки бывают прямые, косые и составные.

Для увеличения плотности прилегания кольца к стенке цилиндра его изготовляют таким образом, что в свободном состоянии форма кольца отклоняется от окружности, вследствие чего при сжатии его и установке в цилиндр обеспечивается правильное распределение давления кольца на стенку цилиндра по всей окружности.

Для улучшения условий работы компрессионные кольца, работающие в наиболее тяжёлых условиях, обычно покрывают пористым хромом (общая толщина покрытия 0,10…0,15 мм, толщина слоя пористого хрома

0,04…0,06 мм). Хромированная поверхность износоустойчива, а пористый слой хрома хорошо удерживает в себе смазку.

Маслосъёмные кольца для улучшения прилегания к зеркалу цилиндра имеют расширитель (осевой 4 и радиальный 5). Оба расширителя представляют собой стальные гофрированные пружинящие кольца. Рабочая поверхность покрыта хромом. Для удаления масла, скапливающегося под кольцами, предусмотрены прорези или сверления в самих кольцах, а также радиальные отверстия в стенке направляющей поршня.

Маслосъёмные кольца изготавливаются из чугуна. Кроме чугунных применяют стальные составные кольца.

Поршневой палец предназначен для шарнирного соединения поршня с шатуном. Палец, представляющий собой короткую стальную трубку, которая проходит через верхнюю головку шатуна и концами лежит в бобышках поршня. При работе двигателя на палец действуют силы, стремящиеся его изогнуть; поверхность пальца подвергается износу в верхней головке шатуна и в бобышках поршня. Палец изготавливается из мягкой углеродистой стали и подвергается термической обработке (цементации или закаливанию).

Шатун служит для передачи действующего на поршень усилия от давления газов на шейку кривошипа коленчатого вала.

Шатун состоит из стержня, верхней и нижней головок, вкладышей и шатунных болтов. Требования к шатуну: обеспечение необходимой прочности и надёжности конструкции в целом, а также работоспособность верхней и нижней головок. Основной конструктивной характеристикой является отношение , где— радиус кривошипа,— длина шатуна. Снижениеуменьшает нормальное давление поршня на стенку цилиндра, однако приводит к увеличению длины шатуна.

Шатун изготавливают из высококачественной стали 35, 45, 40ХН, 40Х и др. Стержень шатуна имеет двутавровое сечение. В случае принудительной смазки поршневого пальца в стержне шатуна высверливают отверстие. Верхняя головка шатуна предназначена для установки поршневого пальца. При плавающем пальце головку изготавливают цельной и в неё запрессовывают одну или две втулки из оловянистой бронзы. Для смазки трущейся поверхности в головке и втулках сделаны отверстия.

Нижняя головка шатуна служит для соединения его с шатунной шейкой коленчатого вала. Для возможности сборки с валом нижнюю головку шатуна делают разъёмной. В нижнюю головку шатуна устанавливают шатунный подшипник, выполненный в виде двух тонкостенных вкладышей, залитых антифрикционным сплавом: оловянисто-алюминиевым, баббитом, свинцовистой бронзой. От проворачивания и сдвига вкладыши фиксируются в головке шатуна отогнутыми усиками, входящими в соответствующие пазы головки.

Основание вкладышей изготовляют из малоуглеродистой стальной ленты толщиной 1…2 мм, на которую наплавляют тонкий слой баббита толщиной 0,2…0,4 мм. Наибольшее применение имеет баббит на свинцовой основе с добавлением примесей, повышающих его качества. Так, широко применяется баббит марки СОС-6-6, содержащий 5,5…6,5% сурьмы, 5,5…6,5% олова, остальное − свинец. Такие вкладыши получили название биметаллических. В целях дальнейшего повышения долговечности подшипников в последние годы стали применять триметаллические тонкостенные вкладыши. В них между стальным основанием и наружным слоем баббита имеется металлокерамический подслой.

Стальные вкладыши у дизелей заливают свинцовистой бронзой, выдерживающей без разрушения большие нагрузки, чем баббит. Применяют также сталеалюминиевые вкладыши, изготовленные из биметаллической ленты.

Коленчатый вал воспринимает усилия от поршней шатунами и преобразует в крутящий момент. Имеет коренные и шатунные шейки, щеки, соединяющие их, противовесы (если они есть), фланец для крепления маховика, носок, на котором установлен храповик для завода рукояткой, распределительная шестерня и шкив привода вентилятора и водяного насоса.

Коленчатые валы являются наиболее ответственными, напряжёнными и трудоёмкими в изготовлении деталей двигателей. Вал воспринимает нагрузки от давления газов, сил инерции поступательно-движущихся и вращательных масс, вызывающие значительные знакопеременные скручивающие и изгибающие моменты. Периодически изменяющийся крутящий момент при определённых условиях может вызвать крутильные и продольные колебания вала, которые приводят к появлению дополнительных напряжений.

Коленчатые валы изготовляют цельными, составными и полусоставными. Коренные и шатунные шейки имеют одинаковый диаметр.

Газораспределительный механизм состоит из следующих деталей: распределительного вала, толкателей, штанги, коромысла, клапанов и распределительных шестерён. Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Материалами служат стали 15, 25, 35, 15ХА и др. или чугун. Втулки опорных шеек изготавливают из стали, покрытой свинцовистым баббитом.

На распределительном валу расположены кулачки, шестерни привода масляного насоса и прерывателя-распределителя, эксцентрик привода топливного насоса. Распределительный вал получает вращение от коленчатого вала.

В четырёхтактных двигателях распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого вала, а в двухтактном число оборотов одинаковое. Привод может быть либо шестерёнчатым, либо цепным. Для уменьшения шума шестерни привода изготавливают косозубыми.

Толкатели предназначены для передачи усилия от кулачков к штангам. Они изготовляются из стали, торцы для уменьшения изнашиваемости делают сферическим (или ролики) и наплавляют отбелённым чугуном.

Штанга передаёт усилие от толкателей к коромыслам и изготавливается либо из дюралюминиевого прутка, либо стали, имеет трубчатое сечение и на концах стальные наконечники. С одной стороны штанга упирается в толкатель, а с другой – в сферическую поверхность регулировочного винта, ввёрнутого в коромысло.

Коромысло передаёт усилие от штанги клапану. Коромысло изготавливают из стали или чугуна и устанавливают в бронзовую втулку на полую ось. Плечи коромысла неодинаковые – со стороны клапана длиннее. Этим уменьшается высота подъёма толкателя и штанги. В короткое плечо коромысла ввёрнут винт для регулировки теплового зазора.

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапан состоит из тарельчатой головки и стержня. Для улучшения наполнения диаметр головки впускного клапана изготовляют больше, чем выпускного.

Изготавливают клапаны из легированных жаропрочных сталей. Переход от тарелки к стержню сделан с большой галтелью, из-за возникающих в этом месте больших температурных напряжений. Форма тарелок клапана определяет его жёсткость и аэродинамичность. Плоская форма, тюльпанообразная − для впускных, выпуклая − для выпускных. Есть клапаны с внутренним охлаждением. При значительных массах целесообразно переходить на две пружины.

Сёдла клапанов для упрощения делают вставными. Материалом может служить жаропрочный чугун. Сёдла запрессовывают в выточки головки цилиндров. С целью повышения износостойкости и коррозионностойкости клапана опорную фаску тарелки, а иногда и фаску клапанного седла, покрывают стеллитом.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о