|
|
Клапаны и клапанные приводы
Назначение клапанов
Газы поступают и выходят из работающего цилиндра через
каналы, но эти каналы должны быть открыты только в той части
рабочего цикла, когда необходимо прохождение через них
газов. Все остальное время они должны быть не просто
закрыты, а закрыты достаточно плотно, чтобы предотвратить
прохождение газов, находящихся под высоким давлением. Таким
образом, назначение клапанов — закрывать каналы все время,
кроме того, когда они должны быть открыты. (Следует
отметить, что в случае двухтактных двигателей каналы могут
закрываться благодаря перекрыванию их поршнем, но этот метод
не может быть использован в четырехтактном двигателе.)
Чтобы выполнять свою функцию, клапаны должны:
1 обеспечивать совершенно газонепроницаемое уплотнение
каналов в закрытом состоянии;
2 не оказывать сопротивления прохождению газов в открытом
состоянии;
3 работать с приводом от как можно более простого механизма;
4 работать с минимальным трением.
Типы клапанов
В ходе эволюции двигателей внутреннего сгорания
использовались клапаны различных типов. Основными типами
клапанов были следующие:
Тарельчатые клапаны
Они применялись уже в паровых двигателях, еще до появления
двигателей внутреннего сгорания, а затем использовались в
ранних типах этих двигателей. Конструкция клапанов оказалась
настолько успешной, что они продолжают в настоящее время
оставаться главным типом клапанов из используемых на
современных двигателях.
Золотниковые клапаны
Эти клапаны были наиболее часто используемыми в ранних
двигателях внутреннего сгорания, но оказались менее
эффективными, чем тарельчатые клапаны, и в настоящее время
применяются редко.
Золотниковые клапаны с муфтами
Использовались несколько разновидностей таких клапанов.
Наиболее успешными были конструкции клапанов Кнайт и
Барта-Мак Каллама.
Клапан типа Кнайт был изобретен приблизительно в 1905 году и
состоял из муфты, свободно скользящей внутри цилиндра, а
внутри нее свободно скользила вторая муфта, поршень же
двигался внутри внутренней муфты. Муфты перемещались вверх и
вниз внутри цилидра, а каналы, прорезанные в муфтах, были
расположены так, чтобы обеспечивать открытие каналов
цилиндра в требуемое время.
Эти клапаны применялись компанией Даймлер приблизительно с
1909 по 1933 год, они также использовались европейскими
производителями на автомобилях Панхард, Минерва, Вуасан,
Пежо, а также на некоторых моделях Мерседес.
Золотниковый клапан Барта-Мак Каллама состоит из одной
муфты, которая может совершать как движение вверх или вниз,
так и частично поворачиваться внутри цилиндра; каналы в
муфте открывают в определенное время каналы цилиндра. Этот
клапан были изобретен приблизительно в 1909 году и впервые
был использован на автомобиле модели Аргил в 1911 году. Он
также использовался на некоторых других автомобилях, но
наибольшее применение он получил в авиационных двигателях
компании Бристоль Аэроплэйн К0, начиная приблизительно с
1935 года. Он также использовался в двигателе Напье «Сабр»,
двадцатичетырехцилиндровом двигателе мощностью около 3500 л.
с, а также в поршневых авиационных двигателях Роллс-ройс
типа «Игл», также имеющих двадцать четыре цилиндра и
развивающих мощность более 3000 л. с.
Хотя клапаны этих типов и имели определенные преимущества по
сравнению с обычными тарельчатыми клапанами, они не получили
широкого распространения в автомобильных двигателях. Главным
их недостатком был относительно высокий расход масла и
сильно загрязнен вый выхлоп.
Поворотный клапан
Было разработано несколько типов поворотных клапанов и
некоторые из них показали весьма неплохие результаты. Такой
клапан состоит из поворачивающихся «заглушек»,
располагающихся поперек каналов и имеющих отверстия, которые
в требуемое время открывают рабочие каналы и допускают
протекание газов.
Единственным типом клапанов, который используется в
автомобильных двигателях в настоящее время, является
тарельчатый клапан, и этот тип мы рассмотрим более подробно.
Тарельчатый клапан
Тарельчатый клапан и его детали изображены на рис. 8.1.
Сам клапан состоит из тарелки в форме
диска, центр которой соединен с одной стороны со штоком.
Край тарелки со стороны штока клапана тщательно отшлифован
под углом — обычно 45°, но иногда и 30° — образуя фаску.
Когда клапан закрыт, фаска примыкает к подобным же образом
отшлифованному седлу клапана с внутренней стороны канала.
Состояние фаски и седла клапана чрезвычайно важно для
обеспечения газонепроницаемости клапана. Они шлифуются
специальными приспособлениями и иногда фаски притираются к
седлам с использованием очень мелкого абразива. Является ли
это на самом деле необходимостью, часто является предметом
споров.
Если после значительного периода эксплуатации состояние
фасок и седел плохое и допускает утечки, они должны быть
заново отшлифованы. Для этой цели имеются специальные
машинки.
На рис. 8.2 фаска и седло изображены более детально.
Седло более узкое, чем фаска, чтобы
уменьшить риск попадания частиц углерода между седлом и
фаской, и чтобы обеспечить газонепроницаемое уплотнение при
действии довольно высокого давления. Толщина тарелки
клапана, обозначенная стрелками, также очень важна: острый
угол, в особенности в случае выпускного клапана, может
привести к чрезмерному нагреву и, как следствие,
преждевременному зажиганию (зажигание смеси внутри цилиндра
до появления искры).
В некоторых случаях фаска выпускного клапана шлифуется
приблизительно под углом приблизительно на 1/2° меньшим, чем
угол седла клапана, как изображено на рис. 8.3.
Для этого имеются три причины:
1. Наиболее горячей частью клапана при его работе является
тарелка со стороны штока и дополнительное расширение с этой
стороны делает углы фаски и седла равными, при достижении
рабочей температуры.
2. Выпускной клапан становится очень горячим (часто
раскаляется докрасна, когда двигатель работает при полностью
открытой дроссельной заслонке) и, вследствие этого, менее
прочным. При этих условиях тарелка клапана слегка
прогибается под действием пружины, что может привести к
приподниманию внутреннего края фаски (ближнего к камере
сгорания) от седла клапана, если углы будут одинаковыми в
холодном состоянии.
3. Это уменьшает риск захвата частиц углерода между фаской и
седлом клапана. В этом случае фаска и седло клапана не
должны притираться.
назад
>> |
|
