Table of Contents
Работа двигателя внутреннего сгорания характеризуется преобразованием тепловой энергии сгорания топлива в механический крутящий момент, в результате которого особым температурным нагрузкам подвергаются цилиндропоршневая группа и клапанный механизм газораспределения агрегата. В связи с тем, что все нагретые материалы имеют свойства расширятся, а в конструкции двигателя это выражается изменением линейных размеров деталей, данный коэффициент, для исправной работы силовой установки, в рамках её рабочего теплового режима, компенсируется установлением тепловых зазоров между взаимодействующими элементами механизма.
Влияние теплового зазора на работу клапанов
Одной из важнейших тепловых регулировок в конструкции двигателей внутреннего сгорания есть установка зазора в клапанном механизме газообмена. Игнорирование данной регулировки приводит как к нарушению рабочих термодинамических процессов самой силовой установки, так и к физическому выходу из строя элементов её конструкции. Значение размеров тепловых зазоров, порядок регулировки и регламент её проведения установлен производителем конкретного двигателя с учётом его конструктивных особенностей и тепловых нагрузок.
Клапанный механизм работает в соответствии с циклами его газораспределения каждого отдельного цилиндра и в целом с порядком работы цилиндров двигателя. Таким образом обеспечивается, при открытии впускных клапанов, своевременное наполнение камер сгорания воздухом для обеспечения сгорания горючей смеси, и открытием выпускных клапанов, полный отвод продуктов её сгорания в такте рабочего выхлопа.
В закрытом положении герметичностью клапанов, вместе с ходом поршня вверх при такте сжатия и рабочим ходом вниз, обеспечивается должный уровень компрессии в камерах сгорания цилиндров для эффективного преобразования энергии сгораемого топлива в механическую энергию. Любое неплотное закрытие, недостаточное открытие или чрезмерное открытие клапанов приводит как к потере мощности двигателя, так и в последствии к поломке механизма.
Традиционно конструкция привода клапанов размещена в составе головки газораспределения двигателя. Тепловой зазор в газораспределении поршневого двигателя внутреннего сгорания устанавливается в цепочке взаимодействующих деталей привода возвратно-поступательного рабочего хода клапанов. Устанавливая зазор компенсируется естественное линейное расширение деталей клапанного механизма, обеспечивая таким образом корректный газообмен, в разогретом до рабочего температурного режима, двигателе.
К чему приводит недостаточный тепловой зазор
Отсутствие или недостаточный зазор в возвратно-поступательном приводе клапана приводит его к неплотному закрыванию и излишнему открытию, так как суммарные линейные размеры разогретых деталей будут несколько больше в сравнении с холодным механизмом. Чрезмерное открытие может приводить к ударам тарелок клапанов о днище поршня в его положении верхней мёртвой точки.
Неплотное закрытие клапана, в результате недостаточного теплового зазора, приводит к снижению компрессии в камере сгорания цилиндра, снижая таким образом мощность двигателя. При полном отсутствии зазора, выражаясь языком профессионалов — «когда клапан зажат», после разогрева двигателя в цилиндре произойдет полное падение компрессии, что приведёт к отсутствию воспламенения горючего в нём. Такой цилиндр вообще не будет работать, а двигатель начнёт троить.
При ударах тарелок клапанов о днище поршней физически повреждаются как сами клапана, так и поршни, а работа двигателя сопровождается характерным шумом.
К чему приводит увеличенный тепловой зазор
Большой зазор будет приводить к неполному открытию клапана, в результате уменьшенного хода привода. Плохое открытие впускного клапана препятствует нормальному наполнению цилиндра воздухом в такте всасывания, что негативно влияет на полное сгорание топлива.
Неполное открытие выпускного клапана приводит к плохой вентиляции цилиндра в такте выхлопа.
В случаях увеличенного зазора как впускного, так и выпускного клапана приводит к потере мощности в результате неполного сгорания, повышенному расходу топлива и перегреву двигателя. Кроме этого при увеличенных зазорах работа клапанного механизма отличается шумом, а с увеличением температурного режима двигателя клапана с увеличенными тепловыми зазорами подвержены прогоранию.
Типы регулировок теплового зазора клапанов
В простых силовых установках, с естественным атмосферным наполнением воздуха в цилиндры, стандартно тепловые зазоры впускных и выпускных клапанов одинаковы. В высокооборотистых двигателях, или в установках, оборудованных турбинами для принудительного нагнетания воздуха в цилиндры, выпускные клапана, подвергающиеся более высоким тепловым нагрузкам, имеют больший тепловой зазор в сравнении с впускными.
В зависимости от температурных нагрузок и линейных размеров деталей механизма распределения тепловые зазоры, в самой распространённой части эксплуатируемых двигателей, могут иметь значения от 0.2 до 0.5 мм. Регулировку клапанного механизма в части установления теплового зазора производят на остывшем двигателе. Стандартно производитель рекомендует достижения средней температуры 20-25°С. Непосредственно настройку клапанов одного цилиндра осуществляют в закрытом их положении при положении поршня цилиндра в верхней мертвой точке такта сжатия.
В зависимости от конструкции газораспределительного механизма двигателя, в части способа регулирования теплового зазора, настройка может производится как периодически в рамках регламентного обслуживания или ремонта в ручном режиме, так и автоматически с помощью встроенных в привод газораспределения гидрокомпенсаторов.
Ручная настройка
Самое простое решение организации зазора клапанов в конструкции двигателя есть регулировка с помощью резьбовых упоров фиксируемых контргайками, установленных на плече качения коромысла, взаимодействующего с штангами механизма газораспределения. Результат настройки проверяют размерным щупом, установленным между бойком коромысла и упорным торцом клапанного стержня.
Такой типу регулирования теплового зазора имеют масса двигателей, используемых в составе автомобильной и тракторной технике. Например, двигатели Д-240 трактора МТЗ 80, Д-260 тракторов МТЗ 1221 и МТЗ 1523, Д-144 трактора Т-40, СМД-18 для ДТ-75, СМД 60, Д-160, ЯМЗ 236(238) и масса других.
Другое решение, например, как в двигателях автомобиле ВАЗ, это предусмотренное конструкцией использование для настройки зазора регулировочных подкладных шайб разной толщины. В данном случае установленный зазор проверяют щупом, установленным между распределительным валом и толкателем.
Автоматическое регулирование
В конструкции газораспределительных механизмов современных двигателей, для автоматической компенсации тепловых расширений, в привод клапанов встроены специальные вставки с гидравлическим принципом действия. Такое решение освобождает от ручной периодической настройки зазоров.
Гидрокомпенсатор представляет собой минигидроузел с поршневым принципом работы по типу обычного гидроцилиндра или шприца. Своей гидравлической полостью компенсатор соединён с масляной системой смазки двигателя через соответствующий канал. Получив тепловое расширение деталь привода клапана создает давление на поршень компенсатора, который производит компенсирующее действие проседанием своей рабочей контактной поверхности при перекачивании моторного масла из своей рабочей полости в систему смазки двигателя. Для ограничения проседания гидрокомпенсатора в его конструкцию встроен подпружиненный шариковый запорный клапан.
Загрузка...
