Деталі механізму газорозподілу

Впускні та випускні клапани у ДВЗ керовані. Клапани встановлюють безпосередньо у головці циліндра (рис. 1).

При безпосередньому встановленні  клапанів у головці можна збільшити прохідне січення клапана. Установка в корпусах дозволяє проводити заміну і притирання клапанів без розбирання головки і краще забезпечити охолодження клапана,однак конструкція клапана виходить складнішою, а діаметр клапана і його прохідне січення – меншим. Клапани зі вставними корпусами встановлюють переважно у тихохідних двигунах великих розмірів. Клапани відкриваються всередину циліндра, що забезпечує щільне прилягання їх до сідел при високому тиску в циліндрі.

У клапанний комплект входять: властиво клапан 4, що складається із головки з посадочною фаскою і стержня, направляюча втулка 6, клапанні пружини 3, тарілки пружини 2 і 5 , замок тарілки 1  і в окремих випадках корпус 7 клапана і сідло 8. Головка клапана і сідло мають конічну фаску, що служить посадочною поверхнею. Фаски як-слід притираються (пришліфовуються ) для забезпечення доброго ущільнення клапана при посадці і відводі теплоти. Частина стержня, що проходить всередині направляючої втулки, має циліндричну форму і як-слід обробляється. Перехід від головки до стержня виконується плавним, що покращує відвід теплоти, збільшує міцність і зменшує опір руху газів. На кінці стержня для кріплення тарілки клапанних пружин переважно робиться виточка для сухариків.

Під час роботи клапани підлягають високим динамічним навантаженням, особливо при посадці їх на сідло, і знаходяться під дією високих температур. Поверхня головки клапана стикається з газами, температура яких в процесі згоряння досягає 2100 *С. В особливо важких умовах знаходяться випускні клапани: їх головки під час випуску омиваються зі всіх сторін гарячими газами, що рухаються з великою швидкістю.

Температура впускних клапанів під час роботи досягає 250 – 450 *С, а випускних 700 – 950 *С. Високі температури негативно впливають на механічні властивості матеріалу, сприяють ерозії і газовій корозії клапана, коробленню його головки і все це може викликати нещільне прилягання  головки клапана до сідла і заїдання стержня у направляючій втулці. Тому матеріал для клапанів повинен мати хороші  механічні властивості при високих температурах і хорошу зносостійкість. Тому для виготовлення клапанів використовується легована, жаростійка сталь, особливо для виготовлення випускних клапанів. Клапани виготовляються з кованих або штампованих заготовок. Іноді використовуються складові клапани, у яких стержень і головка виготовлені із різних матеріалів і в цьому випадку елементи клапана з’єднуються зварюванням або при допомозі різьби (рідше). Зміцнення факи можна досягти наплавкою стелліту. В особливо напружених в тепловому відношенні двигунах для кращого відводу теплоти від клапана,головку і стержень роблять пустотілими, а порожнину заповнюють на одну третю спеціальними плавкими солями або металічним натрієм ( останній плавиться при 97 *С, а кипить – при 885 *С ). При нагріванні клапана заповнююча його порожнину речовина плавиться і одержана в результаті рідина при енергійному збовтуванні внаслідок обертально-поступальних рухів клапана омиває його внутрішні стінки, що сприяє вирівнюванню температур і кращому відводу теплоти.

Клапанні пружини забезпечують посадку клапана на сідло і утримують клапан в закритому стані після припинення дії сили, що відкриває його, а також при малих тисках у циліндрі ( при розрідженні в перід впуску ). Пружини повинні володіти достатньою жорсткістю, щоб під дією виникаючих при роботі сил інерції деталі приводу не відривались від кулачка. У тихохідних двигунах ставиться одна пружина на клапан. У двигунах середньої швидкості і швидкохідних і при значних масах механізму приводу використовують дві концентрично розташовані пружини різного діаметру. Для того, щоб при поломці однієї пружини її витки не попадали між витками іншої, навивку пружин виконують у різних напрямках. Клапанні пружини виготовляють із спеціального пружинного дроту методом холодної навивки.

Розподільні вали призначені для управління рухом клапанів. В залежності від числа клапанів і схеми їх приводу кулачки на розподільному валу розташовані таким  чином,що відповідає прийнятим для даного двигуна порядком роботи циліндрів.

Висота і профіль кулачка обумовлюють моменти відкривання і закриванн клапана і величину прохідного січення для газів. Профіль кулачка повинен забезпечувати плавне переміщення клапана, достатньо швидке його відкриття і закривання при допустимих для нормальної роботи силах інерції. В значній мірі цим вимогам відповідає широко використовуваний випускний симетричний профіль кулачка.

Рис. 3. Розподільчий вал із з’ємними кулачками:

1 – розподільчий вал; 2 і 3 – кулачки;

У більшості випадків кулачки роблять як одне ціле з розподільчим валом. Для зменшення тертя і зношення їхня поверхня належно обробляється (цементується, закалюється або азотується і шліфується). У тихохідних двигунах середньої і більшої потужності на розподільчі вали встановлюють з’ємні кулачки ( рис. 3). Складені вали зі з’ємними кулачками роблять стальними;  цілі вали штампують із сталі або відливають із спеціального чавуну.

Рис. 7. Привід розподільчого валу зубчато-пасовою і ланцюговою передачею

Розподільні вали приводяться у рух від колінчастого валу зубчастою або ланцюговою передачею (рис. 7), або через проміжні валики з конічними шестернями. У якості підшипників для розподільчих валів найчастіше використовують підшипники ковзання, залиті бобітом або свинцевистою бронзою. Підшипники кочення використовують порівняно рідко.

Механізм приводу верхніх клапанів 6 ( рис. 8,а ) від розподільчого валу 1 складається із штовхачів 2, штанг 3, коромисел (важілів) 5 з регульованими гвинтами і валиків 4 коромисел, встановлених у стійках на головках. У механізмі приводу нижніх клапанів відсутні коромисла з опорами і штанги. Кулачок діє на стержень клапана безпосередньо через штовхач з регульованим гвинтом. Найменша кількість деталей приводу виходить при розташуванні розподільчого валу над клапанами і безпосередній дії кулачка на стержень клапана  (рис.8,б), або через ричаг 7 (рис. 8, в).

Штовхачі передають штанзі осьову силу від кулачка і сприймають виникаючі при цьому бокові сили. Штовхач являє собою круглий стержень або стакан (рис. 9 а, б). Нижньою частиною штовхач стикається з кулачком. У тихохідних і середньошвидкісних двигунах нижню частину роблять з роликом  (роликові штовхачі ). У швидкохідних двигунах використовується штовхач полегшеного типу; нижня частина штовхача має форму грибка (плоскі штовхачі). У випадку розташування приводу з нижніми клапанами ставиться регулювальний болт для регулювання зазору між стержнем клапана і штовхачем. Наявність зазору у ланках клапанного приводу необхідна для компенсації теплового розширення стержня клапана і інших деталей.

У механізмі розподілення деяких двигунів використовують так звані гідравлічні штовхачі (рис. 9, в), які автоматично усувають зазори у клапанному механізмі, що зменшує шум у роботі механізму. У гідравлічному штовхачі сила від коромисла 2 передається на стержень клапана 1 через плунжер 6 і шар оливи,що поступає із системи мащення через зворотній клапан 5. Зворотній клапан притискається до сідла пружиною 4 і відкривається при зменшенні тиску оливи в надплунжерній порожнині. Таким чиним, надплунжерна порожнина завжди заповнена оливою. Додатковою пружиною 3 плунжер весь час притискається до стержня клапана, що виключає можливість утворення зазору при тепловому розширенні деталей приводу клапана. При русі коромисла вниз зворотній клапан закривається, тиск в підплунжерній порожнині зростає і сила на клапан передається через шар оливи і плунжер.

Штанги являють собою стальні трубки, на кінцях яких запресовані стальні наконечники.

Коромисла служать для зміни напрямку руху, що передається штангою. Коромисло штампується із сталі і обертається на валику у бронзових втулках. Болт для регулювання теплового зазору переважно встановлюється на короткому плечі важеля.