МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ОКНА И КЛАПАНЫ

Нарушения во времени питания цилиндров дизеля воздухом или топливом, в очистке их от отработавших газов и т. п. немедленно вызовут неполное сгорание топлива и, как следствие, снижение экономичности, образование сажи (дымление), появление токсичных газов, отравляющих окружающую среду. Сажа осядет на деталях дизеля, сам дизель перегреется, мощность его уменьшится, расход топлива увеличится. Могут возникнуть и другие нежелательные явления.
В двухтактных дизелях с прямоточно-щелевой продувкой (например, в дизелях 10Д100 и 2Д100) газы из цилиндров удаляются через окна в цилиндровой втулке. Окна открываются самим поршнем (нижним). Газы, отработавшие в цилиндрах двухтактных дизелей, имеющих клапанно-щелевую продувку (например, в дизелях 14Д40, 11Д45), выпускаются с помощью клапанов, В соответствии со своим назначением они называются выпускными. В четырехтактных дизелях Д50, М750, Д49, Д70 и др. выпуск газов из цилиндров производится также с помощью выпускных клапанов.

МЕХАНИЗМ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

А как заполняются цилиндры свежим воздухом? В четырехтактных дизелях (Д49, Д70, Д50, М750) это осуществляется через каналы в цилиндровой крышке, которые перекрываются впускными клапанами. В двухтактных дизелях 10Д100, 2Д100, 11Д45, 14Д40 и др. воздух в цилиндры поступает через окна в цилиндровой втулке; окна открываются и закрываются самим поршнем (на дизелях типа Д100 верхним поршнем). Механизм, который управляет движением впускных и выпускных органов и обеспечивает подачу воздуха и топлива в полном соответствии с установленным для данного дизеля порядком работы цилиндров, называется газораспределительным. Таким образом, устройство механизма газораспределения дизелей определяется тактностью дизеля, а на двухтактных дизелях — типом продувки.
На рис. 67 показана наиболее простая схема клапанного механизма дизелей типа Д50; такую же схему имеет клапанный механизм дизелей тепловозов ЧМЭЗ и ЧМЭ2.

Рис. 67. Простейшая схема привода клапанного механизма

Открытие клапанов в таких дизелях осуществляется распределительным валом, который приводится во вращение от коленчатого вала через зубчатую передачу (рис. 68). Поскольку цикл работы каждого цилиндра четырехтактного дизеля совершается за два оборота коленчатого вала, то распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого. Поэтому ведомое зубчатое колесо имеет в два раза больше зубьев, чем ведущее зубчатое колесо.Как же преобразуется вращательное движение распределительного вала в поступательное движение клапанов? Деталями, с помощью которых создается движение в системе рычагов, являются кулачки. Кулачкам придают нужную форму, благодаря которой получают заданную продолжительность открытия впускного или выпускного клапана в каждом цилиндре в соответствии с диаграммой газораспределения. Поэтому профиль кулачка имеет важное значение.Чем шире выступ кулачка, тем большее время управляемый им клапан остается открытым, давая проход свежему воздуху в цилиндр или отработавшим   газам   из  цилиндра.
Чтобы улучшить очистку цилиндров от отработавших газов, на дизелях 2Д50, ПД1 и ПД2 постройки Пензенского дизельного завода выступ у выпускного кулачка сделан таким же широким, как и у впускного кулачка, и они имеют одинаковую форму.

Рис. 68. Схема зубчатой передачи

Дизели ПД1, 2Д50 и Д50 имеют шесть цилиндров, поэтому на распределительном валу размещено шесть кулачков для впускных клапанов и шесть для выпускных. Каждый кулачок должен открывать и закрывать клапаны в соответствии с порядком работы цилиндров дизеля (1-3-5-6-4-2, см. с. 80). Это достигается за счет соответствующего расположения кулачков на валу по отношению друг к  другу.
Во время работы дизеля ролики толкателей (см. рис. 67) катятся по криволинейной поверхности кулачков. От этого штанги периодически поднимаются и опускаются и с помощью рычагов открывают или закрывают впускные и выпускные клапаны. Рычаги привода клапанов размещены в специальной коробке, устанавливаемой па каждой крышке цилиндра (рис. 69). На дизелях типов Д70, М750 и др. с двухрядным V-образным расположением цилиндров имеются два распределительных вала, кулачки которых приводят в движение клапаны своего ряда цилиндров. На дизелях Д49 установлен один распределительный  вал.  Через   сложную систему рычагов он приводит в движение впускные и выпускные клапаны всех цилиндров дизеля.

ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Начнем с того, что клапаны, открывшись, должны возвращаться в исходное положение. Для быстрого и плотного закрытия клапанов на их стержни надевают пружины. Что же мешает клапану постоянно следовать за кулачком? Ответ очень простой — силы инерции. Они стремятся на участке закрытия клапана оторвать ролик, а вместе с ним и другие детали механизма газораспределения от поверхности кулачка. В связи с этим на стержни клапанов ставят по две пружины: наружную большего диаметра и внутреннюю меньшего диаметра (рис, 70). Эти пружины должны преодолеть силы инерции и обеспечить неразрывность связи кулачка с клапаном, т. е. обеспечить безударную работу деталей привода и закрытие клапана в соответствии с профилем кулачка.

Рис. 69. Привод клапанов дизелей ПД1, 2Д50, Д50

Для нормальной работы дизеля необходимо, чтобы каждый клапан в закрытом положении плотно прилегал к своему месту посадки (седлу) в крышке, не допуская пропуска воздуха при сжатии и пропуска газов в момент сгорания топлива в цилиндре. Для этого посадочные места на крышке цилиндра и клапана точно обрабатывают и притирают с помощью специальных  паст.
В цилиндровой крышке дизелей Д49 и Д70 размещено по четыре клапана: два впускных и два выпускных.
Для чего установлено не по одному, а по два клапана? Главное требование, которое предъявляется к клапанам дизеля, — это создание наилучших условий для впуска воздуха и выпуска газов. Если при впуске воздух, проходя клапан, будет испытывать большое сопротивление, то заряд воздуха в цилиндре и давление в начале сжатия уменьшаются, что невыгодно. При выпуске, если проходное сечение выпускного клапана будет малым, цилиндр не успеет достаточно хорошо очиститься от отработавших газов. Вот почему проходные сечения клапанов должны быть максимальными. Эта цель и достигается при увеличении числа клапанов. А что, если увеличить диаметр выпускного клапана? Тогда, казалось бы, вместо двух можно ограничиться одним клапаном. Однако в этом случае температура тарелки клапана повысится, так как ухудшатся условия отвода тепла (возрастет термическое сопротивление тарелки клапана). Естественно, что в таких условиях работа клапана усложнится и его придется изготовлять из более жаростойких материалов. Не случайно поэтому на некоторых зарубежных тепловозных дизелях в одной цилиндровой крышке размещают даже шесть клапанов (три впускных и три выпускных). Известны, однако, и дизели, имеющие только один впускной и один выпускной  клапан.
Клапаны работают в неблагоприятных условиях, так как подвержены сильному нагреву (до 600—700° С). Особенно сильно нагреваются выпускные клапаны, так как они омываются газами в момент выпуска из цилиндра, поэтому эти клапаны изготовлены из так называемой жаростойкой стали, хорошо противостоящей   высоким   температурам.

Рис.70 Цилиндровая крышка тепловозных дизелей типа Д49

Когда клапан закрыт, между его колпачком и бойком рычага, перемещающего клапан, должен оставаться небольшой зазор. Его величина на холодном дизеле должна находиться в пределах 0,4 — 0,5 мм. Для чего нужен зазор? Известно, что при нагревании тела расширяются. Так, например, между рельсами железнодорожного пути оставляют зазоры. В жаркие летние дни зазоры едва заметны, зимой же в сильные морозы они увеличиваются. Если соединять рельсы вплотную, то, удлиняясь при нагревании, они изогнутся. То же может получиться с деталями привода клапанов, которые нагреваются при работе. Значит, зазор нужен для того, чтобы в моменты, когда ролик находится на затылочной части кулачка, клапаны имели возможность полностью закрыть выпускные и всасывающие отверстия в крышке цилиндра.
Если зазора не будет, то детали привода после нагрева удлинятся и не дадут пружинам клапана закрыть его, что приведет к нарушениям в рабочем процессе дизеля.
Правильная установка величины зазора при регулировке имеет очень большое значение. Чрезмерное увеличение зазора также нежелательно потому, что боек будет сильно ударять по колпачку клапана, вызывая быстрый износ деталей привода.
В дизелях 11Д45, Д49 и др. необходимую величину зазора в зависимости от температуры деталей привода автоматически поддерживает особое устройство — гидротолкатель, который к тому же уменьшает шум при работе газораспределительного механизма.
Рабочим телом гидротолкателя служит масло, которое поступает из масляной системы дизеля через невозвратный клапан.

В начало статьи
<< Назад --------------------------------- Дальше >>