Budowa i działanie zaworowego mechanizmu rozrządu – temat nr 11

A/

Elementy układu rozrządu: krzywka, popychacz, laska popychacza, dźwignia zaworowa, zespól

zaworu grzybkowego ze sprężyną.

B/

Charakterystyka sprężyny zaworowej.

C/

Hydrauliczny układ napędu zaworu wydechowego.

D/

Pojęcie luzu zaworowego i jego nastawa.

Rodzaje rozrządu czynnika roboczego:

1.

Zaworowy – stosowany w silnika czterosuwowych.

2.

Zaworowo-szczelinowy – współczesne silniki dwusuwowe z płukaniem jednokierunkowym (dolot

sterowany tłokiem, wylot przez zawór wylotowy / wydechowy).

3.

Szczelinowy – silniki dwusuwowe starszej konstrukcji (dolot i wylot sterowane tłokiem).

Schemat układu rozrządu silnika czterosuwowego ( rys. 7.34) – składa się z:

•

napęd wału rozrządu,

•

wał rozrządu,

•

mechanizm przeniesienia napędu na zawory,

•

zawory.

Główne elementy typowego układu przeniesienia napędu to:

•

rolka z prowadnicą,

•

popychacz,

•

dźwignia zaworów wsparta na łożysku,

•

zawór wydechowy (korpus, gniazdo, grzybek, trzon, prowadnica trzonu, obsada i sprężyna).

Różnice konstrukcyjne w budowach układów to:

•

przekładnia napędowa – zębate, łańcuchowe,

•

konstrukcja zaworów (zawory w głowicy i w koszach),

•

mechanizm przeniesienia napędu (tradycyjny i hydrauliczny w nowszych rozwiązaniach –rys.7.35),

Uproszczony schemat hydraulicznego układu napędu – rys.7.35 (krzywka, zespół tłoczący, krzywka, siłownik,

przewód hydrauliczny, sprężyna, grzybek).

Konstrukcja hydraulicznego układu napędu – rys.7.49.

Napęd wału rozrządu.

Wał napędzany od wału korbowego poprzez przekładnie zębatą lub łańcuchową.

Przekładnie zębate: przełożenia przekładni: dla dwusuwu 1:1, dla czterosuwu 1:2;

Schematy przekładni rys.7.36; 7.37.

Przekładnie łańcuchowe: łańcuchowe koło napędowe na wale, napinacz (stały lub sprężynowy), koła

łańcuchowe, wał rozrządu, łańcuch (rolkowy podwójny lub potrójny).- schematy ry.7.38.

Przekładnia z napinaczem sprężynowym łańcucha –.rys. 7.39;

Wał rozrządu – steruje zaworami wymiany czynnika:

•

początek otwarcia,

•

wysokością wzniosu,

•

momentem zamknięcia.

Wałem napędzane są również pompy wtryskowe, rozdzielacze powietrza, pompy smarne oleju cylindrowego.

Wykonywane są jako: jednoczęściowe lub składane.

W silnikach małej mocy odkuwane wraz z krzywkami i składane przez łączenia kołnierzowe śrubami

pasowanymi.

W silnikach dużej mocy – krzywki na wał są nakładane.

Krzywki – wymuszają ruch napędzanego elementu tj. zaworu lub tłoka pompy wtryskowej rys.7.42.

Mogą być:

•

odkuwane razem z wałem lub nakładane,

•

montowane na wale na stałe (skurczowo metodą hydrauliczną) lub przestawnie.

Kształt krzywek silników nawrotnych zależy od sposobu przesterowania silnika – osobna dla biegu naprzód i

osobna dla biegu wstecz.

Mechanizm przeniesienia napędu na zawory:

1. Napęd konwencjonalny – mechaniczny (popychacz, dźwignia zaworów z ułożyskowaniem) – rys.7.43.

Popychacze: rolkowe ( rys.7.44), rolkowe z amortyzatorem hydraulicznym ( rys.7.45).

Zadaniem popychacza z amortyzatorem hydraulicznym jest zmniejszenie obciążeń dynamicznych e fazie

otwierania zaworu oraz samoczynna kompensacja luzu zaworowego.

Drążki popychaczy: przenoszą ruch krzywki na dźwignię zaworową, wykonywane z rur stalowych

zakończonych kulistymi końcówkami, tworzącymi przegubowe połączenie. Końcówki drążków wykonane z

twardej stali jako oddzielne elementy – rys.7.46.

Dźwignie zaworowe i ich zamocowanie: przenoszą ruch wymuszony przez krzywki na trzony zaworów,

odkuwane lub odlewane ze staliwa bądź żeliwa..

Osadzone na ułożyskowanej osi w łożysku ślizgowym, zamontowanym na wsporniku osadzonym na głowicy lub

bloku cylindrowym. Smarowane olejem doprowadzanym pod cisnieniem z układu smarowania łozysk.

Przykłady konwencjonalnego mechanizmu przeniesienia napędu na zawory – rys. 7.48;

2.

Napęd hydrauliczny – rys.7.49. (cisnienie pracy 20 MPa)

Budowa: pompa tłokowa, krzywka z popychaczem rolkowym, siłownik tłokowy poruszający trzon zaworu

wydechowego, sprężyna zamykająca zawór.

Zalety: zastosowanie do napędu dużych zaworów, mechanizm jest mniejszy od konwencjonalnego, mniejsze siły

bezwładności, osiowy na cis na trzon grzybka – brak sił bocznych działających na prowadnice zaworu, większa

szczelność i trwałość, oszczędność prac konserwacyjno remontowych

Zawory: dolotowe i wylotowe, sterują wymiana czynnika w silnikach czterosuwowych oraz w dwusuwowych z

rozrzadem szczelinowo – zaworowym.

Budowa – rys.7.50: grzybek, gniazdo zaworowe, korpus zaworu oraz dodatkowo: talerz oporowy sprężyny,

sprężyna, tuleja prowadząca oraz dwudzielny stożek (kamień)mocujący talerz na trzonie grzybka.

Grzybek: talerz, trzon, wykonany z jednolitego materiału lub z różnych zgrzewanych.

Przylgnia -cześć robocza, o kacie wierzchołkowym zwykle 90

o

(fragment grzybka rys.7.51; 7.52)

Trzon: jednolity przekrój kołowy, w górnej części rowek do mocowania talerza oporowego, czoło trzonu

utwardzone, pokryte warstwa stellitu.

Materiały: wykonuje się z materiałów odpornych na korozje, duża wytrzymałość udarową, odporność na

ś

cieranie, wysoką granicę pełzania, dobra przewodność cieplną, dobre własności technologiczne.

Stosowane materiały:

•

ze stali chromowej, chromowo-niklowej, chromowo-krzemowe,

•

stopów specjalnych nimonic 80, nimonic 80A (Ni = 76,69%; Cr = 20%; Ti = 2,2%; Al. = 1,2 %),

•

przylgnie i powierzchnie czołowe trzonów naspawywane stopami żaroodpornymi tzw. stellitami –

stopy kobaltu ( Co

≤

60% ) z dodatkiem chromu ( Cr

≤

35% ) i wolframu ( W

≤

13%),

•

współcześnie nimonic 80/80A - stop na bazie niklu charakteryzujący się bardzo dużą żaroodpornością i

antykorozyjnością.

Gniazda zaworowe (rys.7.53), wykonywane jako:

•

wytoczone bezpośrednio w materiale głowicy lub kosza zaworowego – wadą jest mała trwałość,

ograniczone możliwości regeneracji, zaleta to bardzo dobre chłodzenie

•

oddzielnie pierścienie mocowane w koszu lub głowicy – wykonane ze stali żaroodpornej i

antykorozyjnej, maja duża trwałość i skuteczność chłodzenia.

Korpusy i kosze zaworowe (rys. 7.54) wykonywane z chłodzonym gniazdem, stosowane w silnikach średniej i

dużej mocy – ułatwiona wymiana i regeneracja zaworów.

Sprężyny zaworowe – stosowane śrubowe, stosowana jest jedna lub kilka sprężyn osadzonych współśrodkowo,

zwijanych w przeciwnych kierunkach, powodują ruch powrotny (zamykający zaworu), zapewniają stały docisk

grzybka do gniazda.

Obciążenie i warunki pracy zaworów- ryz.7.55.

Najbardziej obciążone elementy to grzybek zaworu wylotowego – obciazenia cieplne, korozyjne i erozyjne

działanie spalin. Max. temperatura pracy 540-560

o

C.

Obciazenia takie jak:

•

rozciąganie siłami sprężyny i bezwładności w chwili zamknięcia,

•

ś

ciskanie siłami ciśnienia gazów i bezwładności,

•

zginanie zmiennym momentem podczas otwierania i zamykania zaworu,

•

udarowe naciski w chwili zamykania.

Chłodzenie zaworów – woda słodka z obiegu chłodzenia tulei i głowic, chłodzony jest kosz i gniazdo zaworowe,

Rys.7.56.

Smarowanie zaworów – smarowane trzony grzybków i prowadnice z systemu smarowania łozysk lub ręczne w

starszych rozwiązaniach.

Rozrząd szczelinowo-zaworowy czynnika roboczego – rys.7.57.

Rozrząd powszechnie stosowany w wolnoobrotowych silnikach dwusuwowych – najsprawniejsze i

najskuteczniejsze płukanie przestrzeni roboczej.

Zalety systemu:

•

wysoka skuteczność płukania,

•

niezależny rozrząd dolotu i wylotu czynnika roboczego, prosta realizacja doładowania silnika,

•

wyższa sprawność o 2-6 % ogólna silnika,

•

bardzo małe zużycie oleju cylindrowego 0,5-06 g/kWh, dwa razy mniejsze niż przy innych

rozwiązaniach,

•

symetryczne obciążenie tulei cylindrowych i głowic.

Wada – skomplikowana konstrukcja w porównaniu z płukaniem np. poprzecznym lub zwrotnym sterowanym

tłokiem.

Przykłady zastosowania – silniki typu MC/MCE 55.produkcji MAN – B&W oraz firmy Sulzer – typ.RTA;

Cechy wspólne systemów:

•

hydrauliczne otwieranie zaworów,

•

pneumatyczne zamykanie grzybka – novum obu konstrukcji, „sprężynę pneumatyczną” stanowi

siłownik pneumatyczny zasilany sprężonym powietrzem

•

chłodzone woda słodką gniazdo zaworowe, rys.7.58; 7.59; 7.60;

W tych rozwiązaniach istnieje możliwość zastosowania urządzenia zmieniającego, podczas pracy silnika,

moment zamykania zaworu wylotowego:

•

(Variable Exhaust Closing – VEC) firma Sulzer- rys.7.60- schemat sterowania zaworu hydraulicznego;

•

( Variable Injection Timing – VIT )- firma MAN – B&W.

VEC I VIT sterują momentem zamknięcia zaworu wylotowego tak, by w zakresie obciążeń 80 – 100% mocy

nominalnej dla utrzymania stałego ciśnienia sprężania w zmieniającym się zakresie mocy– optymalizacja

procesu roboczego, obniżenie jednostkowego zużycia paliwa w zakresie obciążeń częściowych ( rys.7.61).

Zadaniem ich jest wcześniejsze zamykanie zaworu wylotowego przy spadku obciazenia ze 100 do 80% mocy i

opóźnianie zamknięcia zaworu przy wzroście mocy 80-100%.

Rozrząd szczelinowy czynnika roboczego – rys.7.62.

Stosowany w rozwiązaniach starszej konstrukcji silników dwusuwowych, dolot powietrza i wylot spalin

sterowany tłokiem.

Zaleta – prostota konstrukcji, wada – mała skuteczność płukania.

Układ wylotowy.

Układ wylotowy ( rys.7.64), spełnia zadanie doprowadzenia spalin z cylindrów do turbiny i odprowadzenie ich

do atmosfery.

Zasadnicze elementy to:

•

kolektor spalin z kompensatorami – w systemie pulsacyjnym odprowadzenie spalin z cylindrów do

turbosprężarki, w systemie stałociśnieniowym wylot spalin do wspólnego kolektora i z kolektora

(zasobnika spalin) do turbosprężarki.

•

tłumik – tłumienie hałasu wytwarzanego przez spaliny opuszczające cylindry silnika oraz zastosowany

jako łapacz iskier przy instalacjach kotłów utylizacyjnych ( zapobieganie przedostawaniu się do

atmosfery iskier i cząsteczek paliwa nie dopalonych w silniku oraz odpylanie spalin).

•

przewód wylotowy spalin – odprowadzają spaliny z turbosprężarki do kotła utylizacyjnego ( w

silnikach napędu głównego) lub do komina ( w silnikach zespołów prądotwórczych), wykonywany jako

izolowany cieplnie rurociąg o stosunkowo dużej średnicy.