NAJČEŠĆE VARIJANTE IZVOĐENJA SISTEMA RAZVODA

Transcript

1 NAJČEŠĆE VARIJANTE IZVOĐENJA SISTEMA RAZVODA SISTEM RAZVODA RADNE MATERIJE ZADATAK: Da obezbedi pravovremeno otvaranje i zatvaranje usisnih i izduvnih organa kako bi se omogućila što potpunija i kvalitetnija izmena radne materije - pražnjenje od produkata sagorevanja i punjenje svežom radnom materijom. Ko 4-taktnih motora razvodni organi su danas skoro isključivo ventili (mada je bilo konstrukcija motora kod kojih se razvod ostvarivao pomoću rotacinih razvodnika ili pokretljive cilindarske košuljice). Kod -taktnih motora se primenjuje zasunski razvod (ulogu zasuna najčešće igra sam klip) ili kombinovani zasunsko-ventilski razvod. 5 U opštem slučaju sistem ventilskog razvoda konvencionalnog tipa sadrži sledeće komponente: 1. Ventilski sklop 4. Bregasto vratilo 3. Elementi pogonregastog vratila 4. Elementi za prenos pogona od brega do ventila (podizač, šipka podizača, klackalica) 5. Elementi za regulaciju zazora ventila 1 Konstrukcija komponenata zavisi od više faktora: - Položaja ventila (u bloku ili u glavi) - Rasporeda ventila (u redu ili pod uglom) - Broja ventila po cilindru (,3,4 5) - Broja i položajregastih vratila (jedno ili više breg. vratila, smeštenih u bloku ili glavi motora) - Vrste pogonregastog vratila (što opet dosta zavisi od njegovog položaja) 3 POLOŽAJ I RASPORED VENTILA - Stojeći ventili u bloku motora (a) - kod nekih konstrukcija oto motora. Prednosti: kompaktna gradnja i mala visina motora; jednostavan pogon bregastog vratila i ventila jer se premošćuje malo rastojanje. Nedostaci: razvučena komora sagorevanja - slaba ekonomičnost i mala otpornost prema detonaciji (primena malog ε); slab koef. punjenja η v zbog višestrukog lomljenja struje i malog prečnika ventila. Sve ostale prikazane varijante - viseći ventili u glavi motora. Viseći ventili mogu biti u redu, pri čemu ravan osa ventila može biti vertikalna (a,b,c) ili pod uglom u odnosu na osu cilindra (klinasta komora sagorevanja kod oto motora). Viseći ventili mogu biti i u V rasporedu (d,e) kada su ose ventila pod uglom.

2 Kod paralelnih ventila usisni i izduvni kanali su sa iste strane glave tako da je tok strujanja povratan. Prednost je jednostavniji pogon ventila. Kod ventila pod uglom usisni i izduvni kanali su sa različite strane glave i radi se o tzv. poprečnom strujanju pri izmeni radne materije. Načelno, kod ovakvog rasporeda ventila postiže se bolji oblik komore sagorevanja (kod oto motora polusverna), veći presek ventila i povoljniji pristup kanala tako da se ostvaruje veći η v. BROJ VENTILA PO CILINDRU - Kod modernih motora visokih performansi se u cilju povećanja protočne površine ventila i smanjenja otpora strujanja primenjuje više od dva ventila po cilindru (1 izduvni i 1 usisni). Primenjuje se,3,4 i 5 ventila po cilindru. uv iv uv uv iv uv iv iv uv uv uv iv uv iv Najčešća varijanta kod viševentilskih motora je u i i (4- ventilski motor). Osim smanjenog otpora strujanja, prednost ovakvog rešenja je i manja pokretna masa ventila kao i povoljan oblik komore sagorevanja sa centralnim položajem svećice, odnosno, brizgača kod dizel motora. Kod 4- ventilskog motora često se jedan od usisnih kanala zatvara (pomoću leptiraste klapne) pri nižim režimima rada motora kako bi se ostvarile veće brzine strujanja i veća turbulencija pri delimičnim opterećenjima i na nižim brojevima obrtaja. Šema otvaranja istoimenih ventila može biti ista (kada se mahom pokreću preko jednog brega, klackalice i tzv. mosta ili različita, sa različitim profilimrega. POLOŽAJ I BROJ BREGASTIH VRATILA Bregasto vratilo može biti postavljeno u bloku motora (varijante a i b) ili u glavi motora (varijante c,d i e). Što je bregasto vratilo niže u bloku to je njegov pogon jednostavniji jer je rastojanje od kolenastog vratila manje. S druge strane, tada su za prenos pogona do ventila potrebne relativno dugačke šipke podizača ventila (varijant) koje značajno povećavaju pokretnu masu sistema i time i inercijalne sile. Ovakvo rešenje se danas primenjuje kod sporohodijih motora. Kod rešenja sregastim vratilom u glavi motora je masa oscilatorno pokretnih elemenata znatno manja i time i inercijalne sile, ali je prenos pogona sa kolenastog nregasto vratilo složeniji zbog velikog rastojanja. Rešenje je pogodno za visoke brojeve obrtaja i često se primenjuje kod savremenirzohodih motora. Kod linijskih motora sa V rasporedom ventila mogu biti bregasta bratila, posebno za usisne i izduvne ventile (varijanta d). Kod motora sa V i bokser rasporedom cilindara mogu biti čak posebna bregasta vratila za usisne i izduvne ventile za oba reda cilindara (ukupno 4 bregasta vratila). U svetskoj tehničkoj praksi su odomaćene neke skraćenice koje se odnose na raspored i položaj ventila i bregastih vralila. OHV -vićeći ventili u glavi (Over Head Valves) OHC - bregasto vratilo u glavi (Over Head Camshaft) DOHV - dvregasta vratila u glavi (Doouble Over Head Camshaft)

3 ELEMENTI POGONA BREGASTOG VRATILA Za prenos kretanja sa kolenastog nregasto vratilo se radi sinhronizacije rada ventila mora koristiti prenosnik sa konstantnim prenosnim odnosom (bez klizanja). To su zupčanici, lančani prenosnik i zupčasti kaiš. Kod 4-taktnog motora je broj obrtajregastog vratila dvaput manji nego kol. vratila a kod -taktnog motora je broj obrtaja isti. -Zupčasti kaiš je takođe rešenje koje se često koristi kod savremenih motora sregastim vratilom u glavi. Potrebno je samo postaviti kotur-zatezač u slobodnom kraku kaiša. Prednosti zupčastog kaiša su u tihom radu, otsustvu potrebe podmazivanja i jednostavnoj zameni. Mane su manja nosivost i kraći vek kao i osetljivost na ulje i prljavštinu. Savremena tehnologija izrade zupčastog kaiša omogućava dovoljnu pouzdanost i dug vek trajanja (i do km). 1-noseća čelična vlakna,3 - slojevi tkanine sa dobrim kliznim svojstvima Sve je zaliveno gumom c - Zupčanici se mahom koriste kada je bregasto vratilo postavljeno nisko u bloku (a). Kod većih osnih rastojanja primena zupčanika je neracionalna jer se mora koristiti više zupčastih parova što je komplikovano i skupo. Ipak kod nekih takmičarskih motora se koristi sistem zupčanika i kod bregastog vratila u glavi, zbog velike pouzdanosti u radu. -Lančani prenosnik (jednoredni ili čak dvoredni) se široko koristi kod bregastog vratila u bloku (b) i u glavi motora (c). Kod velikog osnog rastojanja (bregasto vratilo u glavi motora, c) mora se koristiti zatezač lanca (6), koji je uvek u slobodnom kraku lanca, (sa oprugom ili hidrauličnog tipa) i takodje vođice za prigušivanje vibracija lanca (4,7) u vidu šina, često sa gumenim profilom. Prednost lanca je visoka pouzdanost a manuka pri Klackalica sa točkićem radu ukoliko nije adekvatno rešeno vođenje lanca i prigušivanje vibracija. ELEMENTI ZA PRENOS POGONA SA BREGASTOG VRATILA NA VENTILE U opštem slučaju (bregasto vratilo u bloku motora, viseći ventili) ovi elementi mogu sadržati: podizače, koji klize po bregu i primaju bočne sile; šipke podizača, čija dužina zavisi od položajregastog vratila; klackalice, koje su kod ovakve varijante sistema dvokrake (šipka i ventil su sa različitih strana u odnosu na oslonac). Dvokrake klackalice se mogu koristiti i kod jednog bregastog vratila u glavi i ventila pod uglom (varijanta d). Jednokraka klackalica se takođe često koristi kod bregastog vratila u galavi motora (varijanta c). U cilju smanjenja mehaničkih gubitaka (trenja) klackalica može biti izvedena sa točkićem, tj. dodir sregom se ostvaruje preko točkića. Kod bregastog vratila u glavi često se koristi podizač u obliku čašice (varijanta e) bez klackalice. U tom slučaju su ventil i vođica ventila rasterećeni bočnih sila koje u potpunosti prima čašica.

4 BREGASTO VRATILO Ugao između izduvnog i usisnog brega jednog cilindra (γ) zavisi od Pored bregova koji upravljaju radom ventilregasto vratilo još šeme razvoda sadrži rukavce svojih oslonačkih ležajeva (koji su uglavnom klizni) UMT SMT UMT i često dodatne elemente, npr. ekscentar za mehanički pogon h h u i pumpe za gorivo kod karburatorskog motora, ako je u bloku 1u γ ponekad zupčanik za pogon pumpe za ulje i sl. Najčešće je izrađeno iz jednog komada ali može biti i sastavljeno sa posebno izrađenim bregovima koji su navučeni na šuplje vratilo. MATERIJALI I TEHNOLOGIJE IZRADE Materijali i tehnološki postupci prilagođeni su karakterističnom opterećenju bregastog vratila a to je veliki površinski pritisak koji izaziva habanje bokrega. Bregasto vratilo se može izradjivati kovanjem ili livenjem nakon čega se rukavci bruse regovi obrađuju kopirnim brušenjem. Kovanregasta vratila se kuju od čelika za cementaciju i to legiranih Č.470; Č.450; Č 40 ili za mala opterećenja ugljeničnih Č.10. Dubina cementiranog sloja je oko 1 mm a tvrdoća oko 60 HRC (bregovi, ekscentar, zupčanik). Jezgro vratila ostaje žilavo. Livenregasta vratila se liju od nodularnog liva nakon čega se bregovi indukciono kale kako bi se postigla tvrdoća od oko 60 HRC. Najnovija tehnologija izrade bregasog vratila je livenje od sivog liva sa odbelom. Specijalnim sistemom hlađenja pri livenju postiže se da unutrašnja struktura vratilude sivo liveno gvožđe koje poseduje čvrstoću i žilavost, dok se na površini ostvaruje belo liveno gvožđe koje je velike tvrdoće tako da nema potrebe za naknadnim otvrdnjavanjem. UGLOVI IZMEĐU BREGOVA Ugao između istoimeniregova iznosi ½ razmaka paljenja po redosledu paljenja motora. 1 β 1 β 1 Θ β β Θ = β + 1 Ako su dodirne linije usisnih i izduvnih ventila u istoj ravi (paralelni ventili) onda ugao između izduvnog i usisnog brega iznosi: Θ 1 γ = = ( β1 β 1 + ) 4 Ako dodirne linije nisu u istoj ravni (npr. 1 bregasto vratilo u glavi, ventili pod V, pogon klackalicama), onda treba uzeti u obzir i ugao između dodirnih linija izduvnih i usisnih klackalica. PROFIL BREGA Profil brega treba da omogući što veći protočni presek ventila ali istovremeno i dobre dinamičke karakteristike sistema tj. što manja ubrzanja i usporenja pokretnih elemenata kako bi se smanjile inercijalne sile, habanje i buka pri radu. Ovi zahtevi su u koliziji tako da je izbor profila kompromis. Moguće su različite varijante profilrega. 1i 3 4

5 1- Konveksni breg (sa ispupčenim bokom) - koristi se sa ravnim podizačem (a) ili zasvođenim podizačem velikog radijusa (b). - Tangencijalni breg (c) - osnovni krug i radijus vrha su spojeni pravom linijom (tangentom) - može se koristiti samo u sprezi sa podizačem sa točkićem. Retko se koristi jer proizvodi znatnu buku pri radu, mada daje dobar protočni presek. 3 - Konkavni breg (sa udubljenim bokom) - koristiti se u sprezi sa podizačem sa točkićem (d). Osnovni pojmovi će se razmotriti na primeru tzv. harmonijskog brega - konveksnog brega kod koga su osnovni krug (R 0 ) i radijus vrhrega (R ) spojeni kružnim lukom poluprečnika R 1. ur v b 0 0 R b v b Φ 0 R 0 R R 1 0 max p Φ 0 = = ir Na dijagramu se vidi da harmonijski breg ima diskontinualan tok ubrzanja ( ) što rezultira u bučnom radu zbog čega se danas retko koristi. Ipak on predstavlja osnovu za poređenje bregova. Maksimalno pozitivno ubrzanje je merodavno za površinski pritisak između brega i podizača - inercijalna sila usled ovog ubrzanja i sila u opruzi ventila opterećuju bok brega na habanje usled površinskog pritiska. Maksimalno negativno ubrzanje (usporenje) daje inercijalnu silu koja teži da raskine kinematski lanac (razdvoji podizač i breg). Ono je merodavno za proračun sile u opruzi koja mora savladati ovu inercijalnu silu. Pošto opruga takođe opterećuje breg na habanje (i povećava mehaničke gubitke) bitno je da mase mehanizmudu što je moguće manje. U realnosti se pri projektovanju i izradi brega mora obezbediti mekan ulaz brega u zahvat i izlaz iz zahvata, u širem dijapazonu podešenosti zazora. Zbog toga postoje ulazna rampa ili predbreg na relativno velikom uglu ur, i izlazna rampa na takođe velikom uglu ir. Na ovim delovima profila je izdizanje vrlo malo ( mm/ 0 BV) sa vrlo blagim porastom brzine i skoro konstantnom niskom vrednošću ubrzanja. Breg je projektovan sa osnovnim kinematskim krugom R 0, tj. njegovo izdizanje je u odnosu na taj osnovni krug. Taj krug je samo teorijski jer je na kružnom delu profilreg realno izrađen sa radijusom R b koji je manji za tzv. teorijski zazor profila kružnog delrega. = R R mm p 0 b 6 Prelaz sa poluprečnika R b na teorijski poluprečnik R 0 ostvaruje se na rampi. Kada se sada podesi stvarni radni zazor ventila z, nezavisno od njegove veličine (u granicama teorijskog zazora profila) izdizanje započinje sa malom brzinom i približno konstantnim ubrzanjem, tj. ostvaruje se tih rad sistema u određenom dijapazonu podešenosti radnog zazora. ur z p 0 Za kontrolu šeme razvoda ( 1,, β 1, β ) se mora podesiti zazor jednak teorijskom zazoru profila brega.

6 Harmonijski breg ima diskontinualno ubrzanje zbog čega se kao takav retko koristi. Vrši se korekcija profila primenom više lukova, delova sinusoide ili višestepenih polinoma kako bi se dobila kontinualna promena ubrzanja, što je uslov za tzv. bezudarni breg, odnosno, breg koji radi tiho i bez izraženih udara. U praksi se često koristi varijantezudarnog brega koji se po svom tvorcu naziva Kurtz-ov breg a koji se sastoji od delova sinusoide i ima kontinualnu promenu ubrzanja. Načelno je prikazana promena kinematskih veličina za harmonijski i bezudarni Kurtz-ov breg. harmonijski breg bezudarni breg ur p v b 1 3 v b 0 ur - ulazna rampa (predbreg) - deo sinusoide 1 segment sinusoide određenih parametara - segment sinusoide određenih parametara 3 - deo polinoma 4. stepena VENTILSKI SKLOP 1- Ventil - Sedište ventila 3 - Vođica ventila 4 - Opruga ventila 5 - Tanjirić opruge 6 - Poluogrlica 7 - Zaptivna manžetna Nazivni prečnik ventila je prečnik sedišta - d. On zavisi od smeštajnog prostora (vrste komore sagorevanja). Oto motori d us = ( )D (najmanje vrednosti za stojeće ventile u bloku a najveće za polusveričnu komoru) Dizel motori d us = ( )D (veće vrednosti kod dir. ubrizgavanja) d iz ( )d us Ugao nagiba sedišta je 45 o. Kod nekih takmičarskih motora može biti i 30 o di se dobio nešto veći protočni presek. Širina sedišt 1 je kompromis, kod manje širine zaptivanje je bolje ali je lošije sprovođenje toplote sa ventila na sedište -b mm (b -.5 mm). Prečnik stabla ventila: d su =(0.-0.5)d ; d si =(0.-03)d Za izduvni ventil je povoljniji nešto veći prečnik stabla zbog odvođenja toplote, mada se u serijskoj proizvodnji iz razloga unifikacije najčešće usvaja isti. VENTILI Ventili su izloženi velikim mehaničkim i termičkim opterećenjima, naročito izduvni kod kojih radna temperatura ide i do o C. b 1 d 1 d d d s ρ b

7 Termički jako opterećeni izduvni ventili se mogu u cilju poboljšanja hlađenja puniti natrijumom. Natrijumom se puni oko /3 šupljine. Natrijum isparava u vreloj pečurki ventila, čime se ona hladi, para se diže naviše i kondenzuje se na Na hladnijem stablu i kondenzat ponovo pada u pečurku. MATERIJALI ZA VENTILE Ventili se mogu raditi od legiranih čelika za poboljšanje (Č.4730; Č.5430). Češće se koriste austenitni čelici otporni na koroziju i visoke temperature (npr. usisni Č.4557; izduvni Č.4579). Danas se često upotrebljava nestandardni čelik sa većim sadržajem nikla. Ventili se izrađuju izvlačenjem ili istiskivanjem. Ako je vrh stabla u dodiru sa klackalicom on se indukciono kali do tvrdoće 60 HRC. Izduvni ventili su obično stelitirani, tj, na nalegajuću površinu pečurke je navaren prsten od stelita specijalnog tvrdog čelika sa velikim sadržajem Ni. Ponekad se stelit navaruje i na vrh stabla. stelit SEDIŠTE VENTILA Ako je glava motora izrađena od livenog gvožđa ventilska sedišta se mogu direktno obraditi u glavi. Kod aluminijumskih glava potrebno je posebno izraditi sedišta ventila od odgovarajućeg materijala koja se upresuju u glavu motora. Materijal za sedišta može biti liveno gvožđe (SL 6 često legiran sa Cr i Mo). Danas se kod oto motora koji rade sezolovnim benzinom sedišta izrađuju od sinter materijala jer nema olovnih taloga koji dobro podmazuju sedišta ventila. Ugao sedišta ventila se obrađuje tako da mu je ugao za ½ o veći od ugla nagiba zaptivne površine na ventilu (koji je 45 o ). Na taj nači se osigurava naleganje pečurke po spoljnoj strani sedišta. VOĐICA VENTILA Radi se od materijala koji ima dobra klizna svojstva jer se podmazuje samo uljnom maglom. Koristi se sivi liv SL6 legiran sa Cr i Mo a kod vrlo forsiranih motora olovnronza. Usisni ventili se na vrhu vođice zaptivaju gumenim manžetnama sa oprugom di se sprečio prodor ulja u usisni vod i potrošnja ulja. Ponekad se zaptivne manžetne postavljaju i na izduvne ventile iako u izduvnom vodu nema depresije koja intenzivno povlači ulje. OPRUGE VENTILA Opruge ventila su najčešće spiralne cilindrične (ređe konusne) i samo u nekim slučajevima fleksione. Izrađuju se od žice za opruge Č.4830 hladnim namotavanjem. Oba kraja se savijaju kako bi se povećala nalegajuća površina. Cela opruga se izlaže bombardovanju sačmom ili peskiranju radi povećanja dinamičke čvrstoće i smanjenja koncentracije napona. Opruga mora savladati inercijalnu silu koja potiče od maksimalnog negativnog ubrzanja, kako ne bi došlo do odvajanja elemenata (raskida kinematskog lanca). U nekim slučajevima, kada je sila velika, koriste se opruge postavljene jedna u drugoj. Namotane su u suprotnim smerovima da u slučaju loma jedne ne bi došlo do zaglavljivanja u navojcima druge. Donje sedište opruge može biti izvedeno kao rotocap sistem sa tanjrastom oprugom i kuglicama koji omogućava zaokretanje ventila za određeni ugao oko svoje ose pri svakom otvaranju i zatvaranju radi ravnomernijeg habanja ventila i sedišta. rotocap

8 SISTEM ZA REGULACIJU ZAZORA VENTILA Kada ventil miruje na sedištu između njega i elemenata za prenos kretanja srega mora postojati makar minimalan zazor kojim se osigurava sigurno zatvaranje. Ukoliko zazor ne bi postojao ventil bi bio pritisnut kružnim delom brega i otvoren. Time se gubi zaptivanje i dolazi do vrlo brzog oštećenja ventila usled prolaska vrelih gasova. Preveliki zazor, sa druge strane, proizvodi bučan rad sistema, i smanjuje visinu izdizanja ventila. Pri prelasku motora iz hladnog u radno, zagrejano stanje, zazor ventila se menja usled termičkih dilatacija pojedinih elemenata sistema (koje su nejednake) i termičkih dilatacija delova motora (blok, glava). Zbog toga kod konvencionalnih konstrukcija sistema razvoda postoji sistem za regulaciju zazora ventila pomoću koga se u toku održavanja motora periodično vrši podešavanje zazora na vrednosti propisane od strane proizvođača. Proizvođač specificira i uslove pod kojima se vrši provera podešenosti zazora (npr. kod hladnog ili zagrejanog motora i sl.). Na slikama su prikazane neki uobičajeni sistemi za regulaciju zazora ventila. Kod dvokrake klackalice se obično koristi regulacioni vijak sa osiguravajućom navrtkom na samoj klackalici (a) a kod jednokrake klackalice se regulacioni vijak nalazi na osloncu klackalice (b), sto je svakako povoljnije sa stanovišta smanjenja mase izložene inerciji. z z z a b Rešenje kod sistemez klackalica (c), gde se zazor podešava izmenom pločica kalibrisane debljine, je pouzdano i u eksploataciji vrlo dugo zadržava podešene vrednosti, mada je sama operacija podešavanja i zamene pločica složenija. Pločice su otvrdnute. Poslednjih godina se dosta koristi sistem sa hidrauličnim kompenzatorima zazora koji praktično održavajuju nulti zazor ventila, omogućavajući istovremeno tih rad sistema i sigurno zatvaranje ventila. Osim toga, održavanje motora je pojednostavljeno jer nije potrebno nikakvo podešavanje. Kod primene hidrauličnih kompenzatora zazora na profilu brega nisu potrebne rampe. Hiraulični kompenzator zazora može biti izveden u čašici podizača, kao što je prikazano na slici, ili u osloncu jednokrake klackalice. U svakom slučaju on se napaja uljem pod pritiskom iz sistema za podmazivanje motora i obično se predviđa posebna uljna magistrala za njegovo napajanje. I - kada nema opterećenja (u kontaktu je kružni deo brega) opruga (5) anulira zazor; pri tome se u komori (4) stvara depresija i kugličasti ventil (6) propušta ulje iz prostora iznad klipa (gde se ulje dopunjava iz uljne magistrale) u komoru (4). II kadreg deluje pritisak ulja u visokopritisnoj komori (4) poraste jer se ulje ne može vratili (kugličasti ventil je zatvoren); klip () i čaura (3) su praktično kruti i prenose izdizanje na ventil; samo mali deo ulja prođe kroz mali zazor između () i (3), čime se stvori 1 zazor oko mm što je potrebno zbog 6 mehaničkih i termičkih opterećenja. 7 1-čašica 3 -klip 3-čaura 4 4-visokopritisna komora 8 5-opruga za anuliranje zazora 5 6-kugličasti venti 7-opruga kugličastog ventila c 8-uljna magistrala