Детали клапанного механизма газораспределения

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы в головке цилиндров. При работе двигателя клапаны подвергаются сильному нагреву, ударной нагрузке, износу, а также коррозийному действию горячих газов. Выпускной клапан нагревается до 873… 1073 К (600. .800 °С), а впускной — до 573. .673 К (300. .400 °С). Поэтому впускной клапан изготавливают из хромистой стали, а выпускной — из жаростойкой (сильхромовой). На двигателях Д-240, ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б оба клапана изготовлены из жаростойкой стали.

Клапан состоит из тарелки 1 (рис. 31) и стержня 2. Диаметр впускных клапанов больше диаметра выпускных. В результате достигается лучшее наполнение цилиндров воздухом. Переход от тарелки к стержню сделан плавным. Это придает клапану большую прочность, улучшает отвод теплоты от тарелки и уменьшает сопротивление движению газов.

Рис. 31. Клапанный механизм двигателей:

а — СМД-18БН; б — Д-241; в, г — А-01МЛ и СМД-62: 1 — тарелка клапана;

• 2 стержень; 3 — внутренняя пружина; 4 — наружная пружина;
• 5 — предохранительное пружинное кольцо; 6 — сухарики; 7 — тарелка пружины; 8,9 — выточки; 10 — направляющая втулка; 11 — фаска тарелки клапана;
• 12 — нижняя упорная шайба пружины; 13 — втулка; 14 — впускной клапан;
• 15 — выпускной клапан; 16 — вставное кольцо

Фаска 11 тарелки служит для плотного закрывания седла в головке цилиндров. Фаска и седло выполнены обычно под углом 45°. Плотность прилегания фасок и седла достигается путем шлифовки и притирки их друг к другу. На торцевой части тарелки клапанов некоторых двигателей имеются прорези или сверления для шпинделя притирочного станка.

Стержень клапана точно обработан по всей длине и отшлифован. В его верхней части сделана цилиндрическая выточка 8, в которую входят выступы сухариков 6. Сухарики представляют собой коническое кольцо, разрезанное на две половины. Они удерживают тарелку 7 пружин. На двигателях А-01МЛ, СМД-60, СМД-62, ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б между сухариками и тарелкой пружин установлена закаленная втулка 13. Она зажимает сухарики и нижним торцом опирается на тарелку. На двигателях СМД-14БН, СМД-18БН под выточкой 8 имеется вторая цилиндрическая выточка 9, в которую вставлено пружинное кольцо 5, предотвращающее падение клапана в цилиндр в случае его обрыва.

бб На двигателях СМД-14БН, СМД-18БН и Д-240 пружины 3 и 4 клапана находятся между тарелкой и головкой цилиндров. Верхним концом они упираются в кольцевые проточки тарелки, а нижним — в цилиндрические углубления в головке цилиндров. На двигателях А-01МЛ, СМД-60, СМД-62, ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ-240Б пружины размещены между тарелкой и нижней упорной шайбой 12, которая упирается в цилиндрическое углубление головки цилиндров. Поскольку втулка 13 опирается на тарелку только торцом, трение между ними большое и клапан под действием коромысла и вибрации пружины поворачивается. Таким образом достигается увеличение срока службы фасок клапана и седла, стержня 2 и втулки 10.

Седла впускных и выпускных клапанов двигателей СМД-14БН, СМД-18БН и Д-240, Д-241 находятся в головке цилиндров, а выпускных клапанов А-01МЛ, ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б — во вставных кольцах 16 из жаропрочного чугуна, которые запрессованы в головку. Вставные кольца увеличивают срок службы головки и облегчают ее ремонт.

Направляющая втулка 10 обеспечивает направленное движение клапана и посадку его в седло без перекоса. Она запрессована в головку цилиндров. Направляющие втулки изготовляют из чугуна (СМД-14БН, СМД-18БН), стали с покрытием внутри фосфористой бронзой (Д-240, Д-241) или из металлокерамики (СМД-60, СМД-62, ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ- 240Б). Металлокерамические втулки обладают более высокими антифрикционными свойствами.

Пружина 4 (см. рис. 29) создает усилие, необходимое для закрытия клапана 2 и его плотной посадки в седле. Она препятствует отрыву клапана и толкателя 12 от кулачка распределительного вала 13, и таким образом сохраняется установленная продолжительность открытия клапана.

Каждый клапан дизельного двигателя удерживается в закрытом состоянии двумя пружинами — наружной 4 и внутренней 3 (см. рис. 31). Чтобы витки пружин не заклинивались, навивка делается в разные стороны. Наличие двух пружин позволяет уменьшить их размер и облегчает условия работы, предотвращая явление резонанса.

Передаточные детали механизма газораспределения передают движение от распределительного вала к клапанам. К ним относятся толкатель 2 (см. рис. 28), штанга 3, коромысло 6 с регулировочным винтом 5, ось 10 коромысел со стойкой 7 и пружинами 4.

Толкатель служит для передачи движения от кулачков распределительного вала к клапанам и для преобразования вращательного движения кулачка в поступательное движение штанги. По форме он напоминает стакан или грибок. Его изготавливают из чугуна или стали, рабочие поверхности шлифуют и термически обрабатывают. Для уменьшения массы толкатели делают пустотелыми.

На рис. 32 приведены толкатели основных дизельных двигателей, применяемых в лесном хозяйстве.

Рис. 32. Толкатели:

а — цилиндрический с плоским днищем; 6 — цилиндрический с выпуклым днищем; в —качающийся: 1 — распределительный вал; 2 — толкатель;

• 3 — штанга; 4 — ось; 5 — втулка; 6 — распорная втулка; 7 — пята;
• 8 — игольчатый подшипник ролика; 9 — ось ролика; 10 — ролик

Цилиндрической частью толкатель перемещается в отверстиях блок-картера (СМД-14БН, СМД-18БН, Д-240, Д-241, СМД-60, СМД-62). бывают цилиндрические (рис. 32, а, б) с плоским (СМД-14БН), СМД- 18БН, СМД-60, СМД 62 и выпуклым (Д-240, Д-241) днищем и качающиеся роликовые (рис. 32, в), применяемые в двигателях А-01МЛ, ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б. Для более равномерного износа толкатель, кроме возвратно-поступательного движения, совершает вращательное — вокруг своей оси. При плоском днище вращательное движение достигается смещением оси толкателя относительно оси кулачка распределительного вала (рис. 32, а), а при выпуклом — применением кулачков распределительного вала, имеющего небольшую конусность (рис. 32, б). Вследствие этого точка касания толкателя с кулачком смещается относительно его оси.

Толкатель двигателей А-01МЛ, ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б (рис. 32, в) представляет собой ролик 10, сидящий на игольчатом подшипнике 8, ось 9 которого закреплена на качающемся рычаге. При вращении кулачка распределительного вала толкатель поднимается и поворачивает рычаг. Рычаги шарнирно надеты на трубчатую ось 4 толкателей, которая закреплена в блоке двигателя. Чтобы уменьшить трение, в отверстие рычага вставлены бронзовые втулки 5. Для предотвращения осевого смещения между толкателями установлены распорные втулки 6. С целью повышения срока службы толкателя в месте его контакта со штангой в него запрессована термически обработанная стальная пята 7 со сферической поверхностью.

Штанга 11 (см. рис. 29) служит для передачи усилия от толкателя к коромыслу. Штанги двигателей СМД-14БН, СМД-18БН, Д-240, СМД- 60, СМД-62 изготовлены из цельного стального прутка, а двигателей А-01МЛ, ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б — из пустотелого стального стержня. На концах пустотелых штанг имеются стальные шлифованные, термически обработанные наконечники. Нижний наконечник имеет форму шара. Он опирается на сферическую поверхность толкателя. Верхний наконечник может иметь форму либо шара, либо на нем может быть углубление сферической формы. На него опирается головка регулировочного винта. Концы штанг, выполненных из цельного стального прутка, имеют такую же шаровую форму или углубления, они также отшлифованы и термообработаны.

Коромысло 6 (см. рис. 29) представляет собой двуплечий рычаг с плечами различной длины. На коротком плече имеется резьбовое отверстие, в которое ввернут регулировочный винт 8 с контргайкой 9. В нижний конец винта упирается штанга 11. С помощью винта 8 регулируют зазор между бойком длинного плеча коромысла и торцом стержня клапана 2. Рабочая поверхность бойка отшлифована и подвергнута термической обработке.

Коромысла впускных и выпускных клапанов двигателей СМД-14БН, СМД-18БН, Д-240, 241, А-01МЛ, ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б одинаковые, а двигателей СМД-60, СМД-62 — разные. В средней части коромысла имеется отверстие с бронзовой втулкой, которое служит для установки коромысла на оси.

Поверхности трения (коромысло — ось и винт — штанга) смазываются маслом, которое подводится по трубчатой оси 7 к втулкам и по сверлениям в коромысле — к винту 8, а через него — к штанге 11.

Оси 10 коромысел (см. рис. 28) двигателей, кроме ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б, закреплены в стойках 7, расположенных на верхней плоскости головки цилиндров, и крепятся на ней шпильками. От осевого смещения коромысла удерживаются распорными пружинами 4. Оси пустотелые, их полость используется как канал для подвода масла к втулкам коромысел, наконечников штанг, головок регулировочных винтов, направляющих втулок. С торцов оси закрыты заглушками.

Ось коромысел впускного и выпускного клапанов имеет стойку 7. Коромысла клапанов зафиксированы штифтами 38 и затянуты болтами 32. От осевого смещения коромысло удерживается упорной шайбой 39 и стопорным кольцом, которое вставлено в кольцевую проточку оси 10. Подшипником коромысла служит бронзовая втулка 37, запрессованная в его ступицу. Наклонная канавка на внутренней поверхности втулки служит для улучшения смазки.

Во избежание повреждений и загрязнения детали механизма газораспределения, размещенные на головке цилиндров, закрыты колпаками.

Распределительный вал 1 (см. рис. 28) изготовлен из стали или модифицированного чугуна. На нем имеются кулачки, опорные шейки и опорное место для крепления шестерни привода распределительного вала 23. Каждый кулачок воздействует на один клапан — впускной 18 или выпускной 19. Кулачки и шейки выполнены заодно с валом и располагаются на нем в определенном порядке под разными углами в соответствии с порядком работы цилиндров. Они отшлифованы и подвергнуты термической обработке.

Распределительные валы двигателей СМД-14БН, СМД-18БН и Д-240, Д-241 имеют три опорные шейки, двигателя А-01МЛ — семь, СМД-60, СМД-62, ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б — пять. Шейки опираются на бронзовые, стальные или чугунные втулки 25 и 36, закрепленные в блоке двигателя. Масло к ним подается под давлением из канала блока. В одной из шеек имеется сверление для подвода масла в канал, откуда оно подается к коромыслам. Масло в канал поступает в момент совмещения сверления в шейке с каналом в остове двигателя. В большинстве двигателей на переднем конце распределительного вала установлена приводная шестерня 23, в СМД-60 и СМД-62 она расположена на заднем конце.

Осевое перемещение распределительного вала допускается в пределах 0,08…0,5 мм в зависимости от типа двигателя. Основные устройства для его фиксации в двигателях СМД-14БН, СМД-18БН, А-01МЛ, ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б показаны на рис. 33.

Рис. 33. Устройств для фиксации распределительного вала от осевого смещения:

а — двигателя СМД-18БН, б — двигателя А-01МЛ, в — двигателя ЯМЗ-238НБ:

• 1 — шестерня распределительного вала; 2 — подпятник; 3 — втулка передней опоры; 4 — распределительный вал; 5 — штифт; 6 — крышка распределительных шестерен; 7 — регулировочный винт; 8 — упорный фланец; 9 — регулировочные шайбы; 10 — картер шестерен; 11 — болт крепления ведущей шестерни привода топливного насоса; 12 — гайка крепления шестерен распределительного вала;
• 13 — замковая шайба

В двигателях СМД-14БН и СМД-18БН (рис. 33, а) осевые перемещения вала 4 ограничиваются с одной стороны втулкой 3, ас другой — регулировочным винтом 7, в который упирается подпятник 2, запрессованный в торец вала. Винт 7 ввернут в крышку 6 распределительных шестерен 1 и стопорится контргайкой.

В двигателях А-01МЛ, ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б (рис. 33, б, в) распределительный вал от осевого перемещения удерживается упорным фланцем 8, установленным между распределительной шестерней 1 и передней шейкой вала. Продольный люфт вала обеспечивается регулировочными шайбами 9, расположенными между упорным фланцем 8 и картером 10 шестерен. Продольное смещение вала также ограничивается фланцем 8 и передней шейкой. Шестерня 1 крепится на валу при помощи гайки 12 и стопорится замковой шайбой 13.

Распределительные шестерни передают вращение распределительному валу, топливному и масляному насосам, а также другим механизмам. Шестерни распределительного и коленчатого валов однорядных двигателей (СМД-14БН, СМД-18БН, Д-240, Д-241, А-01МЛ) соединены промежуточной шестерней, а V-образных (СМД-60, СМД- 62, ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ-240Б) — непосредственно. Все они изготовлены из стали или чугуна. Для плавной передачи вращения и уменьшения шума шестерни большинства двигателей снабжены косыми зубьями.

На валах шестерни крепят шпонками или болтами в строго определенных положениях. Зубья при сборке двигателя соединяют по сделанным на шестернях меткам. Такая установка обеспечивает согласованное вращение коленчатого и распределительного валов.