Для газообмена в существующих автомобильных и тракторных двигателях применяются клапанные механизмы, выполненные в основном по двум конструктивным схемам: с верхним и нижним расположением клапанов.
При конструировании клапанного механизма необходимо стремиться к максимально возможному удовлетворению двух противоположных требований: 1) получению максимальных проходных сечений, обеспечивающих хорошее наполнение и очистку цилиндра, и 2) к сокращению до минимума массы подвижных деталей газораспределения для уменьшения инерционных нагрузок. В настоящее время широко применяются как двухклапанные, так и многоклапанные конструкции, последние обеспечивают получение повышенных значений коэффициента наполнения, а, следовательно, и большую литровую мощность двигателя. Наиболее широко применяемые схемы расположения клапанов в головке блока цилиндров представлены на рис. 26.
Рис.26. Возможные схемы расположения клапанов: а — в двухклапанной головке; б — в трехклапанной головке; в — в четырехклапанной головке
|
Проектирование механизма газораспределения начинают с определения проходных сечений в седле клапана F кл и в горловине F гор (рис. 27).
Рис. 27. Схема проходного сечения клапана
Площадь проходного сечения в клапане определяют при условии неразрывности потока несжимаемого газа по условной средней скорости в сечении седла при максимальном подъеме клапана на режиме номинального числа оборотов:
F кл = V п.ср F п/(i кл ω вп) (9.1)
где V п.ср — средняя скорость поршня, м/с; F п— площадь поршня, см2; i кл — число одноименных клапанов; ω вп, м/с— скорость газа в проходном сечении клапана (для впускного клапана должна быть равна или меньше скорости, принятой в тепловом расчете при определении потерь давления на впуске (Δ ра). Проходное сечение в горловине должно ограничивать пропускную способность впускного (или выпускного) тракта.
Учитывая, что через горловину проходит стебель клапана, ее площадь обычно принимают F гор =(l,l…l,2) F кл. Диаметр горловины (мм)
(9.2)
Максимальный диаметр горловины ограничивается возможностью размещения клапанов в головке блока при заданных диаметре D цилиндра.
Значение d гор впускного клапана, полученное по формуле (9.2), не должно быть больше:
d гор = (0,38…0,42) D — при нижнем расположении клапанов;
d гор = (0,35…0,52) D — при верхнем расположении клапанов, в том числе:
d гор = (0,35…0,40) D — для вихрекамерных и предкамерных дизелей;
d гор = (0,38…0,42) D — для дизелей с непосредственным впрыском;
d гор = (0,42…0,46) D — для двигателей с клиновидной и плоскоовальной камерами сгорания;
d гор = (0,46…0,52) D — для двигателей с полусферическими камерами сгорания.
Диаметры горловин выпускных клапанов обычно принимают на 10…20% меньше d гор впускных клапанов.
Проходное сечение клапана с коническим уплотнением (см. рис.2) при высоте подъема клапана h клв рассматриваемый момент времени равно
(9.3)
где d гор =d1 — диаметр горловины, равный малому диаметру посадочного конуса клапана (при d гор> d1 площадь F клопределяют по формулам для двух участков подъема клапана), см; α — угол фаски клапана, у современных двигателей α =45° для выпускных клапанов, α =45° и реже α =30° для впускных клапанов);
, см2 при α=30º (9.4)
, см2 при α=45º (9.5)
Максимальная высота подъема клапана (см) при известных значениях F кл и α равна:
при α=30º (9.6)
при α=45º (9.7)
Максимальная высота подъема клапана в автомобильных двигателях изменяется в пределах h кл max =(0,18…0,30) d гор. Для угла α=45º величину h кл max берут по верхнему пределу.
