of 11/11
SILNIKI SPALINOWE 1– PODSTAWY INSTRUKCJA LABORATORYJNA REGULACJA UKŁADU ROZRZĄDU I WYZNACZANIE FAZ ROZRZĄDU

SILNIKI SPALINOWE 1 – PODSTAWY - pojazdy.pwr.wroc.pl · - możliwość stosowania mokrych tulei cylindrowych, - dobra sztywność głowicy, - łatwy dostęp do zaworów i prosta

  • View
    213

  • Download
    1

Embed Size (px)

Text of SILNIKI SPALINOWE 1 – PODSTAWY - pojazdy.pwr.wroc.pl · - możliwość stosowania mokrych tulei...

  • SILNIKI SPALINOWE 1 PODSTAWY

    INSTRUKCJA LABORATORYJNA

    REGULACJA UKADU ROZRZDU IWYZNACZANIE FAZ ROZRZDU

  • WSTP1. Ukad rozrzdu

    Zadaniem ukadu rozrzdu silnika spalinowego jest sterowanie wlotem wierzegoadunku do cylindrw oraz wylotem gazw spalinowych. W zalenoci od typu silnika zasadadziaania ukadu rozrzdu jest nastpujca:- w silnikach czterosuwowych; za pomoc zaworw grzybkowych, suwakw lub zaworw

    obrotowych- w silnikach dwusuwowych; za pomoc tokw, tokw i zaworw grzybkowych

    jednoczenie lub zaworw grzybkowych.Najczciej obecnie stosowanym rozwizaniem ukadu rozrzdu zaworowego jest ukadgrnozaworowy. Na rysunku 1.1 przedstawiono schematycznie taki ukad.

    Ukad grnozaworowy stosuje si zarwno w czterosuwowych silnikach o zaponieiskrowym, jak i w silnikach o zaponie samoczynnym. Charakterystyczn cech ukadugrnozaworowego jest umieszczenie zaworw w gowicy. Do najistotniejszych korzycistosowania rozrzdu grnozaworowego naley:- stosowanie zwartych komr spalania, umoliwiajcych uzyskanie duych stopni

    sprania,- uzyskanie duego wspczynnika napenienia,- prosta budowa bloku,- zmniejszenie napre cieplnych w bloku,

    Rys. 1.1. Schemat kinematyczny ukadu rozrzdugrnozaworowego

    Rys. 1.2. Klasyczny ukad rozrzdu:1 waek rozrzdu z krzywkami sterujcymi,2 szklanka popychacza,3 laska popychacza,4 dwigienka zaworowa,5 ruba regulacyjna luzu zaworowego,6 zawr,7 spryna,8 miseczka spryny

  • - moliwo stosowania mokrych tulei cylindrowych,- dobra sztywno gowicy,- atwy dostp do zaworw i prosta regulacja luzw zaworowych.Na rysunku 1.2 przedstawiono klasyczny ukad rozrzdu z wakiem w bloku silnika iprzeniesienie napdu na zawory poprzez popychacze, laski popychaczy oraz dwigienkizaworowe.

    1.1. Krzywka waka rozrzduRuchy zaworu wymusza krzywka waka rozrzdu. W mechanizmach rozrzdu

    silnikw spalinowych stosuje si trzy rodzaje krzywek (rys. 1.3).Krzywki o zarysie wypukym (rys. 1.3a) zarys czci roboczej takiej krzywki wyznaczajdwa uki o promieniach R i ro. Moe ona wsppracowa zarwno z popychaczem paskim,jak i rolkowym. W przypadku wsppracy z popychaczem paskim krzywka o zarysiewypukym nazywa si krzywk harmoniczn.Krzywka o zarysie paskim styczne (rys. 1.3b) zarys czci roboczej takiej krzywkiwyznacza uk wierzchokowy o promieniu ro oraz dwie proste styczne. Moe onawsppracowa jedynie z popychaczem zakoczonym rolk. Krzywki o zarysie paskimstosuje si gwnie w silnikach rednio- i wolnoobrotowych.Krzywki o zarysie wklsym (rys. 1.3c) zarys czci roboczej takiej krzywki wyznaczajdwa uki wklsy o promieniu R oraz wierzchokowy o promieniu ro. krzywki takie mogwsppracowa jedynie z popychaczami rolkowymi i s stosowane w silnikach rednio- iwolnoobrotowych.

    1.2. PopychaczPopychacz wsppracuje z krzywkami waka rozrzdu. Najczciej spotykane rodzaje

    popychaczy przedstawiono na rys. 1.4.Popychacze paskie stosuje si powszechnie w silnikach szybkoobrotowych, co tumaczy siich prostot, ma mas, cich prac i atwoci smarowania wau rozrzdu wbudowanego wskrzyni korbowej.Popychacze rolkowe maj bardziej zoon budow i s zawsze cisze ni popychaczepaskie ze wzgldu na zastosowanie rolki i jej uoyskowanie. Zaletami popychaczyrolkowych jest ich dua trwao, mae opory ruchu i zdolno do przenoszenia duych si.Popychacze dwigniowe stosuje si zarwno w przypadku umieszczenia wau rozrzdu wbloku, jak i w gowicy silnika. Zalet popychaczy dwigniowych jest moliwo przesuniciaosadzenia waka rozrzdu wzgldem osi zaworw lub lasek popychaczy.

    Rys. 1.3. Zarys krzywek stosowanych w mechanizmach rozrzdu: a) krzywka o zarysie wypukym,b) krzywka o zarysie paskim, c) krzywka o zarysie wklsym

  • Rys. 1.4. Zasadnicze odmiany popychaczy: a, b paskie; c rolkowe; d, e dwigniowe

    Rys. 1.5. Zesp popychacza hydraulicznego [1]: 1 krzywka, 2 komora oleju, 3 kulka zaworu zwrotnego,4 doprowadzenie oleju, 5 komora wysokiego cinienia, 6 szklanka popychacza, 7 toczek, 8 cylinderek, 9 spryna kasowania luzu, 10 trzonek zaworu

  • Popychacze wykonywane z eliwa lub stali wglowej, lecz powierzchnia czynna (stopa)popychacza eliwnego jest obielona, a popychacza stalowego nawglona i hartowana.

    Oddzieln grup stanowi popychacze hydrauliczne. Popychacz hydrauliczny(rys. 1.5) skada si z dwch ruchomych czci:- szklanego popychacza (6) z toczkiem (7),- cylinderka (8).Cinienie wywierane przez spryn(9) rozsuwa obie te czci tak, aby usun luz. Zawrzwrotny (3) zapewnia napenianie i uszczelnianie komory wysokiego cinienia (5). W chwili,gdy krzywka (1) naciska na szklank popychacza (6), zawr zwrotny (3) zamyka si, acinienie w komorze wysokiego cinienia wzrasta (5). Wzrost cinienia nie powoduje jednakzmniejszenia objtoci oleju w komorze, a zatem popychacz dziaa jak sztywny element.Kasowanie luzu nastpuje, gdy krzywka (1) nie naciska na szklank popychacza i cinienie wkomorze (5) maleje. Spryna (9) odsuwa cylinderek od toczka, aby usun luz midzykrzywk i trzonkiem zaworu. W tym momencie zawr zwrotny (3) otwiera si, co pozwala nadoprowadzenie do komory wysokiego cinienia pewnej iloci oleju. Ilo ta zaley od luzu,ktry naley usun. Na rysunku 1.6 przedstawiono budow samego kompensatorahydraulicznego, ktry moe by zamontowany w szklance popychacza lub midzy trzonkiema dwigienk zaworow.

    Popychacze hydrauliczne lub kompensatory hydrauliczne nie powinny by aniregulowane, ani naprawiane. W takich rozwizaniach luzu zaworowego nie reguluje si.

    1.3. Laska (drek) popychaczaLask (drek) popychacza stosuje si w celu przenoszenia ruchu popychacza na

    dwigni zaworow. Jest ona najczciej z jednej strony zakoczona kulicie i osadzona wgniedzie wykonanym w popychaczu, a z drugiej strony ma czasz wsppracujc zkocwk kulist ruby regulacyjnej dwigni zaworowej. Czsto w celu zmniejszenia masylasku popychaczy wykonuje si z rurki stalowej cignionej bez szwu lub z prta ze stopulekkiego. Przykadowe konstrukcje lasek popychaczy przedstawia rysunek 1.7.

    Rys. 1.6. Kompensator hydrauliczny [2]:1- toczek,2 cylinderek,3 zawr kulowy,4 spryna,5 komora cinienia,6 dopyw oleju,7 zbiorniczek oleju

  • Rys. 1.7. Przykadowe rozwizania konstrukcyjne lasek popychaczy

    1.4. Dwignie zaworowe

    Zadaniem dwigni zaworowej jest przenoszenie ruchu wymuszonego przez krzywkod strony popychacza na zawr. Przykady konstrukcji dwigni zaworowych przedstawionona rysunku 1.8. Dwignia od strony zaworu jest zaopatrzona w odpowiednio zaokrglon iutwardzon stopk wsppracujc z powierzchni czoow trzonka zaworu. Drugi koniecdwigni od strony popychacza ma zwykle rub do regulacji luz zaworowego. Jeeli regulacjaluzu jest przeniesiona na element wsppracujcy z zaworem, to ten koniec dwigni ma tylkokuliste wgbienie do osadzenia kocwki laski popychacza. Dwignie zaworowe snajczciej odkuwane ze stali wglowej 45 lub 55, ze stali niskostopowej, np. chromowej, a wduych silnikach odlewane ze staliwa lub eliwa.

    Rys. 1.8. Przykadowe konstrukcje dwigni zaworowych

  • 1.5. ZaworyZadaniem zaworw jest odsanianie w okrelonym czasie wlotw do kanaw

    dolotowych I wylotowych, a tym samym umoliwienie wymiany adunku. Na rysunku 1.9przedstawiono typowy ksztat zaworu. Grzybek zaworu (talerzyk) uszczelnia wntrze cylindrai kieruje przepywem gazw w czasie wymiany adunkw. Na obwodzie grzybka zaworuznajduje si stokowa powierzchnia uszczelniajca zwana przylgni zaworow. Grzybkizaworw mog by paskie, wklse (kielichowe) lub wypuke. Czsto przylgnie zaworw spoddawane stellitowaniu (napawanie twardego stopu).

    Trzonek zaworu jest prowadzony przez prowadnic zaworow. Stosowana zwykledugo prowadzenia l wynosi:

    l = (6-8)s,gdzie: l dugo prowadzenia,

    s rednica trzonka zaworu.

    Na rysunku 1.9 przedstawiono rwnie typowe rozwizanie konstrukcyjne zaworu w gowicy.W grnej czci trzonka jest zwykle wytoczony rowek, ktry suy do uchwycenia miseczkispryny. Materia zaworu powinien zachowywa dobre waciwoci w wysokichtemperaturach, odznacza si dobr przewodnoci ciepln i du odpornoci na korozj.Najczciej stosuje si stale chromowe (40H) lub chromowo-niklowe (40HN lub 65HN) iinne aroodporne (silichromy, np. X45CrSi9). Prowadnice przewanie odlewa si z eliwaszarego o dobrych waciwociach tribologicznych (eliwo perlityczne). Gdy stosuje sibenzyn bezoowiow, wwczas gniazda zaworowe wykonuje si ze spiekw metalowych.

    Rys. 1.9. Konstrukcja zaworu i jej umieszczenie w gowicy: 1 grzybek zaworu, 2 przylgnia zaworowa, 3 gniazdo zaworowe, 4 trzonek zaworu, 5 prowadnica, 6 spryna, 7 miseczka spryny

  • 1.6. Spryna zaworowaSpryna zaworowa ma do spenienia dwa zadania:

    - zamyka zawr i zapewni dostateczny docisk przylgni zaworowej do gniazda,- wywiera waciwy nacisk na elementy ukadu zaworowego, aby zapobiega odrywaniu

    si popychacza od krzywki waka rozrzdu.Obecnie najczciej stosuje si walcowe spryny rubowe, ktre atwo si produkuje iumoliwiaj zmagazynowanie najwikszej energii w jednostce masy (mae zuyciemateriau). Spryna opiera si nieruchomym kocem o grn pyt gowicy, a ruchomykoniec opiera si zwykle o miseczk zamocowan na kocu trzonka zaworu. Ze wzgldu nadrgania, zmniejszenie wymiarw i pewno pracy w silnikach szybkoobrotowych stosuje sidwie, a nawet trzy, spryny. Kierunek zwojw spryny wewntrznej powinien byprzeciwny kierunkowi zwojw spryny zewntrznej. Jest to istotne midzy innymi wprzypadku pknicia jednej ze spryn.

    Na spryny zaworowe stosuje si specjalny drut sprynowy, patentowany(hartowanie izotermiczne poczone z przeciganiem na zimno), wykonany ze staliwysokowglowej (np. 0,65-0,85%), manganowej (65G) lub stali chromowo-wanadowej(50HFA).

    Oprcz klasycznego ukadu rozrzdu coraz czciej wystpuje rozrzdgrnozaworowy z wakiem rozrzdu w gowicy (silniki samochodowe). Na rysunku 1.10przedstawiono schematyczne rozwizania takiego ukadu. Rozwizanie to, mimo komplikacjiz przeniesieniem napdu na waek rozrzdu (pasek zbaty, acuch lub koa zbate), jeststosowane ze wzgldu na ograniczenie do minimum mas ruchomych elementw ukadurozrzdu.

    Rys. 1.10. Schematy kinematyczne ukadu grnozaworowego: a bezdwigniowe przeniesienie napdu zaworu,b dwigienka zaworu dwustronna, c ukad wielozaworowy, d dwigienka zaworowajednostronna

  • Na rysunku 1.10a przedstawiono ukad, w ktrym zawory s bezporednio napdzane przezkrzywki waka rozrzdu. Natomiast na rysunku 1.10b, c i d midzy wakiem rozrzdu azaworami zastosowano popychacze dwigniowe.

    Coraz czciej stosuje si w silnikach samochodowych ukady rozrzduwielozaworowe, gdzie na jeden cylinder przypada 3, 4 lub 5 zaworw (jeden sscy, dwawylotowe, dwa ssce, dwa wylotowe, dwa ssce, trzy wylotowe). Ten system pozwala wznacznym stopniu poprawi wymian adunku w cylindrze, co powoduje wzrost mocy zjednego cylindra. Jednake takie ukady wymagaj stosowania dwch wakw rozrzdu, cokomplikuje ukad oraz wymaga wysokiej jakoci wykonania gowicy.

    2. Badanie ukadu rozrzduPodczas badania ukadu rozrzdu wykonuje si nastpujce pomiary:- luzu zaworowego,- wzniosu zaworowego,- ktw otwarcia zaworw,- ktw wspotwarci zaworw (przekrycia).Po demontau gowicy moliwy jest pomiar:- szczelnoci zaworw pomidzy przylgni a gniazdem,- mikrometra trzonkw zaworowych, prowadnic, krzywki zaworowej,- wyznaczenie charakterystyki spryny lub spryn zaworowych.Regulacj luzu zaworowego wykonuje si w cile okrelonych przez producenta warunkachdotyczcych stanu technicznego silnika. W przypadku klasycznego ukadu rozrzdu podczasregulacji luzu zaworowego naley wykona nastpujce czynnoci:1. Ustawi tok badanego cylindra w grnym martwym pooeniu (GMP) w suwie sprania

    (zawory musza by zamknite).2. Sprawdzi szczelinomierzem rzeczywisty luz midzy stopk dwigni zaworowej a czoem

    trzonka zaworu.3. W przypadku nieprawidowego luzu odkrci przeciwnakrtki na rubie regulacyjnej

    dwigni zaworowej.4. Ustawi odpowiedni luz przez wkrcenie lub wykrcenie ruby regulacyjnej.5. Zablokowa rub regulacyjn przeciwnakrtk.Wznios zaworu mierzy si zegarowym czujnikiem przemieszcze. Kocwk pomiarowopiera si o talerzyk czcy spryn z zaworem i obracajc waem korbowym silnikarejestruje si 10 kolejnych cykli otwarcia i zamknicia zaworu. Z uzyskanych wynikwpomiarw wyznacza si redni arytmetyczn.Kty otwarcia mierzy si po wycechowaniu koa zamachowego w stopniach obrotu waukorbowego (OWK). Cechowanie powinno by takie, aby warto 0 OWK odpowiadaaosigniciu GMP przez tok pierwszego cylindra liczc od strony koa zamachowego lub odstrony wentylatora. W obudowie koa zamachowego powinna si znajdowa szczelinapogldowa z naciciem, wzgldem ktrej mona odczytywa warto kta OWK.Wyznaczone kty dla silnika czterosuwowego mona przedstawi graficznie (rys. 2.1) wpostaci spirali o kcie 720, co odpowiada dwu penym obrotom wau korbowego.Aby odczyta kty otwarcia i zamknicia poszczeglnych zaworw, naley wykona nasilniku badawczym nastpujce czynnoci:1. Obraca powoli wa korbowy zgodnie z kierunkiem obrotw silnika do chwili, gdy

    dwignia zaworowa zetknie si z czoem trzonka zaworu (luz zaworowy bdzie rwnyzeru), odczytana warto kta odpowiada pocztkowi otwarcia zaworu.

    2. Obracajc wa korbowy dalej w tym samym kierunku, doprowadzi do pojawienia siluzu midzy czoem trzonka zaworu a stop dwigni zaworowej.

  • 3. Obracajc wa korbowy w kierunku przeciwnym, a do skasowania luzu zaworowego,odczyta warto kta OWK pooenia wau korbowego, odpowiadajc ktowizamknicia zaworu.

    Cakowity kt otwarcia wynosi:- zaworu wylotowego

    w = 180 + ow + zw,- zaworu dolotowego

    s = 180 + os + zs.

    Kt wspotwarci zaworw wynosi: = os + zw.

    Rys. 2.1. Kty otwarcia zaworw silnika czterosuwowego: os kt otwarcia zaworu dolotowego, zs ktzamknicia zaworu dolotowego, ow kt otwarcia zaworu wylotowego, zw kt zamknicia zaworuwylotowego, s cakowity kt otwarcia zaworu sscego, w cakowity kt otwarcia zaworuwylotowego, kt wspotwarcia zaworw

    Wyznaczone kty mona rwnie przedstawi graficznie w postaci rozwinitegowykresu ktw otwarcia zaworw silnika czterosuwowego (rys. 2.2). Rozwinity wykres fazrozrzdu przedstawia zmian czynnych przekrojw zaworw w zalenoci od czasu lub ktaobrotu wau korbowego (OWK). Pole pod tym wykresem przedstawia tzw. czasoprzekrojeotwarcia zaworw. Od wartoci czasoprzekrojw zaley w gwnej mierze skutecznodziaania mechanizmu zworowego.

  • Rys. 2.2. Wykres faz rozrzdu silnika czterosuwowego

    Po demontau gowicy z silnika mona wykona pomiar szczelnoci zaworw midzyprzylgni a gniazdem zaworowym. Polega on na pomiarze czasu, podczas ktrego nastpujespadek cinienia spronego powietrza doprowadzonego do uszczelnionej przestrzeni wkanale gowicy pomidzy przylgni zaworow a gniazdem zaworowym. Przyjmuje si, zezawr szczelnie przylega do gniazda, jeeli czas spadku cinienia spronego powietrza z0,3 MPa do 0,1MPa wynosi powyej 180 s.Po demontau elementw rozrzdu mona wykona pomiary mikrometryczne trzonkwzaworowych, prowadnic, krzywki zaworowej. Wykonuje si to za pomoc dugociomierzaAbbego, rednicwki, mikromierza i zestawu pytek mierniczych.

    Charakterystyk spryny zaworowej wyznacza si przez rejestracj jej ugicia wfunkcji obcienia. Pomiar wykonuje si statycznie przez obcienie spryny maszwikszajc si o sta warto p. W rezultacie otrzymujemy charakterystyk podobn doprzedstawionej na rys. 2.3.

    Rys. 2.3. Charakterystyka spryny zaworowej