СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Вход или Регистрация

ПОМОЩЬ В ПАТЕНТОВАНИИ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМ Научно-техническая библиотекаНаучно-техническая библиотека SciTecLibrary
 
Cтатьи и Публикации МАТЕРИАЛЫ ПРО ГИДРОАВТОМАТИКУ ДВИГАТЕЛЕЙ

Материалы про гидроавтоматику двигателей

© Владислав Синица

Написать автору: vladislav_sinitsa@samara21.ru

Зная принцип действия гидрокомпенсаторов зазоров клапанов и гидронатяжителей цепи, нетрудно и далекому от конструирования человеку набросать схемку "своего" ГК. Впрочем, так поступают и недалекие от проектирования двигателей люди. Стоит всего лишь пролистать подшивки патентной литературы за последние двадцать лет (в основном зарубежные - у нас только недавно пришла мода на эти "излишества"), как вы сразу увидите, чего не имеет смысла производить. И не потому, что данные конструкции защищены патентом, просто большинство из них не работоспособны.

Техническому шпионажу всегда более тонко противостоит такого же свойства и дезинформация. Пустить конкурентов по ложному следу, чтобы они пустили на ветер (каламбур) денежки на разработку тупиковых идей - мечта любого президента автомобильного концерна. Ближайший пример тому - саабовский двигатель с качающимся блоком цилиндров и, может быть, изменяющейся степенью сжатия - с какой помпой все обставлено ради запудривания чужих мозгов. Как еще можно объяснить тот факт, что данный наддувный двигатель сравнивают с атмосферным того же объема?! Когда вазовцам надоест возится с роторным двигателем Ванкеля, им есть на что переключится...

Но наши спецы тоже не лыком шиты - копируют (извините, творчески развивают) конструкции, прошедшие проверку временем в именитых фирмах. Правда иногда технологи слегка "приглаживают" буржуйские витиеватости под наши “междометийные” условия, или сама девочка-копи.., т.е. разработчик указала не тот размер, мечтательно задумавшись о чем-то большем... Поэтому не удивляйтесь, если почти (!) мерседесовские гидрокомпенсаторы на наших "Нивах" будут стучать и выходить из строя. Доходит до абсурда: отечественные двигателисты патентуют скопированные (!!!) конструкции. В таком случае можем посоветовать им писать сценарии для "Аншлага" - меньше вреда.

Теперь немного классификации: гидрокомпенсаторы зазоров клапанов условно подразделяют на гидротолкатели (которые взаимодействуют непосредственно с кулачком распредвала и клапаном - размещаются между ними) и на гидроопоры рычагов клапана (которые, как явствует из названия, служат опорой и точкой качания рычага-рокера). Экзотические виды ГК - в штанговом приводе клапанов с нижним расположением распредвала (в основном на американских дизелях) и в рычагах-коромыслах, качающихся на оси (Мерседес, БМВ) - наши проектировщики, к счастью, пока не внедряют.

Практически все разновидности ГК используют подвод давления масла из системы смазки двигателя, хотя гидроопоры и ГК в штанговом приводе могут быть и автономными, абсолютно или частично (с капельным подводом масла из одноименного тумана). Гидроопоры могут быть также ввинчиваемые или вставляемые в лунки. Достоинства и недостатки каждого из подвидов будем разбирать на действующих примерах отечественных двигателей.

На волговских движках гидротолкатели (ГТ) появились из отечественных раньше всех. За основу взят один из мировых стандартов (поэтому при желании можно воспользоваться импортными) с наружным диаметром 35 мм. ВАЗ тоже решил не вы.._делятся и купил лицензию у фирмы INA на ГТ с наружным диаметром 30 мм. Кроме габаритов ГТ различаются еще внутренними мембранами для удержания объема масла. Гидротолкатели, выпускаемые пермским заводом ИНКАР для наших автозаводов, имеют самую "древнюю" конструкцию без дополнительной перегородки, снижающей вероятность подсоса воздуха плунжером при колебаниях масла внутри ГТ. На уменьшенных (30 мм) ГТ используют М-образную мембрану с боковой вертикальной подштамповкой для подвода масла - в этом случае заметно снижается масса гидротолкателя, что необходимо для возможности увеличения максимальных оборотов двигателя без зависания клапанов.

Однако даже дополнительная М-образная мембрана не поможет, если ГТ был неправильно заправлен маслом, точнее, в него попал воздух. Впрочем, растворенные в масле газы постепенно высвобождаются и заполняют ГТ, но это происходит в течении длительного срока. В обоих случаях ГТ начинает стучать во время запуска двигателя, особенно в холодное время года, пока газы обратно не растворятся в масле - температура и давление способствуют последнему. Отсюда вывод: ГТ периодически надо прокачивать, как тормоза, маслоподводящим отверстием вверх (ГТ - на боку), покачивая и постукивая корпус, чтобы удалить пузырьки воздуха. Отечественные ГТ легко разбираются, что упрощает ремонт и промывку (на ИНКАРе так восстанавливают порядка тысячи ГТ в месяц), а обратно собирать их (как и прокачивать) необходимо полностью погруженными в емкость с маслом (желательно жидкой “синтетики”), чтобы исключить попадание воздуха в замкнутый объем ГТ. И при установке следить за тем, чтобы масло не вытекало из ГТ.

Лучше всего было бы сделать несколько микроскопических отверстий (лазером) в верхней фаске ГТ, чтобы воздух имел возможность выхода без значительного падения давления масла. Для серийного производства это, наверное, слишком дорого, а у нас - литр жидкой "валюты" знакомому дяде Васе с оборонного предприятия. Отверстия можно прожигать электроэррозионным способом (что мы делали на опытных образцах), но этот процесс еще более медленный и дорогостоящий, к тому же отверстия меньше диаметра проволочки (порядка 0,1...0,15 мм) не получишь.

Эта же мера обеспечит хоть какую-то циркуляцию масла через ГТ, что уменьшит вероятность полимеризации молекул масла внутри ГТ с образованием сгустков и отложений. Но и здесь надо знать меру: со свежими порциями масла могут проникать и взвешенные продукты износа, которые впоследствии отрицательно скажутся на герметичности шарикового клапана. Отсюда основные рекомендации сводятся к использованию хороших масел (минимум полусинтетики и желательно одного производителя в течение всего срока эксплуатации авто) и отказ от нестойких присадок, разлагающихся с выделением газов. И не забывать с каждой заменой масла (делая это почаще) промывать двигатель специальными средствами!

Для гидрокомпенсаторов-гидроопор (ГО) рычага клапана ВАЗ-21214 проблемы воздушного пузыря и обновления масла внутри объема ГО отходят на второй план по сравнению с надежностью их фиксации в резьбовых лунках. Маслоподводящая рампа (вынужденный элемент в конструкции, не приспособленной изначально для ГК) поджимается к бобышкам головки блока самими ГО без всяких уплотнений. И это при том что момент затяжки ГО не превышает 2,5 кгс*м (23 Нм) из-за возможности заклинивания плунжеров ГО. Герметичность стыков (а значит, и давление в системе смазки двигателя и его ресурс) зиждется на точном соблюдении технологии обработки торцев бобышек. Ну-ну…

Слабый момент затяжки ГО без их контровки от выкручивания в совокупности с вибрациями должен и будет (!) приводить к их откручиванию, как это часто бывало с аналогичными “гермесовскими” при халатной фиксации ГО. В результате клапан ГРМ “зажимается” и начинает прогорать, а кулачок распредвала стачивается вплоть до однообразного цилиндра (есть прецеденты). Несколько тысяч машин, оснащенных данными устройствами, уже колесят по дорогам Отечества – скоро можно будет подводить статистику.

ГО для двигателя ВАЗ-21233 отличаются от “двести четырнадцатых” собратьев отсутствием резьбы и маслоподводящей рампы (выполнена проточкой в головке блока цилиндров). Для них основным “креш-фактором” является точность выполнения гнезд под ГО. На опытной головке блока автору довелось наблюдать зазор между ГО и лункой в несколько десятых долей миллиметра при допуске порядка четырех сотых! Успокаивает то, что надежды на постановку в производство этой головки блока также минимальные.

Следующим на очереди в оснащении ГО стоит газовский дизель ГАЗ-560 (Штейр). Пока еще действует запрет австрийцев на внесение изменений в конструкцию лицензионного двигателя, но дальновидные конструкторы с ГАЗа озаботились поиском оптимального решения для теперь уже своего детища. Таковым стала компоновочная схема ГО на основе одного из вариантов заявки на изобретение №  2001100448. Его особенности отражены в Формуле изобретения: частичная автономность с подводом масла из капельного тумана, выступание кромки плунжера над кромкой корпуса (что исключает заклинивание от попадания в этот зазор посторонних частиц), использование шарика в качестве шаровой опоры рокера и размещение стопорного кольца в средней части корпуса (до этого его устанавливали сверху). Благодаря этим новшествам получился надежный, технологичный, адаптированный к уже существующей головке блока дизеля гидрокомпенсатор. В скором времени на предприятии “АГРЕГАТ”, что в городе Сим Челябинской области, будут изготовлены первые опытные образцы ГО. Испытаниям и особенностям установки данных ГО будет посвящен отдельный материал.

Гидрокомпенсаторы для ГАЗ-560 (STEYR)

Картинка-сборка (рис. справа). Пружинка не показана. ГК вставляются вместо регулировочных болтов.

Что немцу хорошо, то русскому...

Типа про репку

Кто из нас в детстве не восторгался этой сельскохозяйственной новеллой? И наверняка, никто не искал в ней глубинного смысла, хотя пращур-сочинитель заложил в эту притчу ответы на извечные российские вопросы: "Кто виноват?" и "Что делать?". Вы перечитайте данное литературное произведение еще раз, более внимательно: какая великолепная организация производства, какая стройная вертикаль власти!

Если отбросить политику и оставить только техническую сторону процесса "тащения", то можно заметить, что бабка призвала на помощь не дочь или зятя (либо их вариации), а немощную внучку. Таким образом, прослеживается принцип необходимой достаточности, при которой бралось во внимание и глубина залегания корнеплода репки, и угол приложения силы к ботве (чтобы она, сочная и хрупкая, не обломилась), и состояние хлястика на телогрейке деда. А как последовательно снижалось приращение добавочного усилия - для пущей выразительности можно было бы ввести дополнительный персонаж: муравья или таракана, но тогда бы это пособие для менеджеров всех уровней выглядело бы как┘ сказка.

В самом деле, почему же, имея такой совершенный образец для подражания, отдельные отечественные разработчики ваяют "шедевры", под которыми можно размещать таблички: "Отбрось аналогии всякий, сюда смотрящий"? Неужели детство у них было настолько тяжелым, что из всех книжек они листали только "Сберегательные"? Впрочем, японцы давно подметили существенную разницу между рукотворными изделиями наших мастеров и детьми.

Сегодняшний наш обзор посвящен гидронатяжителям (ГН) цепи (ремня), предназначение которых заключается в автоматическом (без периодического ТО) поддержании цепи в натянутом положении. Жаль, что пока эта цель в полной мере недостижима для отечественных двигателистов. Основными виновниками низкой работоспособности ГН являются посторонние включения в масле, воздух и - само масло.

Солнце, воздух и вода наши лучшие - враги

Не секрет, что во время обкатки двигателя внутри него вместе с маслом циркулируют продукты износа и просто грязь, смываемая с деталей. Даже верхнеклапанный масляный фильтр пропускает частицы менее 10 мкм, у нижнеклапанного зимой этот предел и вовсе не ограничен. Так что гидронатяжитель может быть заклинен уже с первыми оборотами двигателя! Судя по отзывам владельцев "Волг" с новым 406-ым двигателем, печальные теоретические прогнозы хорошо согласуются с практикой. Иногда механизм натяжения цепи выходит из строя при статически работоспособном ГН - свою "лепту" в развитие автосервисного обслуживания стремятся внести воздух и масло.

Существует различные конструктивные уловки для минимизации вредного воздействия каждого из отрицательных факторов. Например, для снижения вероятности заклинивания от попадания неотфильтрованного мусора в зазор плунжерной пары ГН, кромки плунжера делают острыми (без снятия фаски), чтобы ими как ковшом экскаватора осадок сдвигался, а не проникал в зазор между корпусом и плунжером. Одновременно можно было бы увеличить сам зазор, но тогда ухудшится и герметичность области высокого давления.

С воздухом борются с помощью дополнительных дроссельных отверстий и каналов, но самым эффективным способом остается элементарная вертикальная установка ГН. В этом случае земное притяжение работает на нас, вытесняя воздух верх, из области высокого в область низкого давления, где он достаточно безвреден.

На двигателях ЗМЗ 406-й серии только верхний гидронатяжитель монтируется почти вертикально, поэтому и лучше справляется со своей задачей. Второй (нижний) ГН, как и вазовские гидронатяжители 21214 и 21233, расположен горизонтально, и за их работоспособность не может поручиться никто - налицо явный конструктивный просчет!

Воздух в область высокого давления ГН попадает, например, при сборке на автозаводе, т.к. гидронатяжители туда поступают "сухими". При запуске двигателя масло из системы смазки двигателя заполняет все пустоты, предварительно загнав воздух в область высокого давления. С нагревом двигателя повышается температура и воздуха, который (физика!) увеличивает свой объем и давление, вытесняя (как кукушонок) масло из области высокого давления. В результате у плунжера появляется свободный ход на величину исчезнувшего масла, а дополнительная порция масла из системы смазки двигателя не поступает - шариковый клапан, поджатый изнутри давлением воздуха, закрыт.

Биение цепи порядка 0,5 мм есть даже при использовании механических натяжителей, но в случае с гидравликой положение усугубляется тем, что кроме самих рывков цепи, на нее еще действует сила натяжения плунжера, достигающая 15 кгс! Из истории механических натяжителей известно, что перетяжка цепи (например, с помощью монтировки) приводит к быстрому износу башмака натяжителя и вытягиванию самой цепи. Динамические рывки с указанным усилием и прогрессирующее увеличение амплитуды колебаний (объема паразитного воздуха внутри ГК) довершают разгром.

Шаг вперед - два шага назад?.

Самое обидное для автовладельцев то, что годовой гарантийный срок данная конструкция скорее всего выдержит, а дальше - вы будете работать на сервисные службы завода. Вот только за рубежом малый ресурс цепи и механизма ее натяжения будет воспринят крайне отрицательно всеми, в том числе и влиятельными организациями по защите прав потребителей. Отзывы машин для замены деталей (на такой же брак!), штрафы, подпорченный имидж - известная "карусель" для наших заводов.

Отечественные автолюбители данную проблему (на вазовских машинах) будут решать просто: выдернут внешний маслопровод с тройником у датчика давления масла, нарастят механический натяжитель от ВАЗ-2101 (который уже используют "самоделкины" для волговского шестнадцатиклапанника) и установят его, благо, крепежные места идентичны. Эта же операция избавит собственников машин с модернизированным двигателем от возможных потеков масла (во время эксплуатации) и его "фонтана" в случае аварии (т.т.т. через левое плечо!). Однако не все так плохо: через некоторое время появится еще один вариант доработки двигателя, более рациональный - автономный механический натяжитель для всех марок автомобилей.

С устройством последнего мы ознакомим вас после получения охранной грамоты (патента), а пока несколько слов горемычным владельцам "НИВ" с гидронатяжителями цепи, не желающими прерывать гарантию вышеупомянутым образом. После обкатки (3 - 5 тыс км) гидронатяжитель лучше заменить (со сменой масла) на новый, заправленный маловязким маслом (0W30 или аналогичным) в вертикальном положении для удаления воздуха из области высокого давления. Использовать старый ГН можно (после разборки, промывки и дефектовки), но вряд ли кто будет этим заниматься. Устанавливать заполненный маслом ГН довольно сложно, требуется терпение и сноровка, зато будет больше уверенности в последующей работоспособности механизма натяжения цепи.

Экскриментируете, батенька?

Для снижения влияния воздуха и предотвращения его дальнейшего проникновения в область высокого давления ГН ставьте свою "НИВУ" (при остановках и стоянках) правым боком - по ходу движения - вверх. Это очень легко устроить, каждый раз немного наезжая на бордюр (или заранее приготовленный камень в гараже), а во время запуска двигателя - сделать несколько прегазовок до 3000 об/мин. Весь попавший в ГН воздух вы таким образом, наверное, и не удалите, зато будете знать, что сделали для этого все возможное.

Желающим составить другую половину участников ресурсного эксперимента предлагаем делать все наоборот. Тогда во время стоянки масло из компенсационного объема (области низкого давления) будет стекать в поддон двигателя, и воздух проникнет к маслозаборному отверстию клапана плунжера ГН. С первыми оборотами двигателя вместо недостающей порции масла (при остывании объем уменьшается) плунжер глотнет несколько миллилитров воздуха, и этот пузырек станет еще одним затворником в темнице под названием "область высокого давления плунжера ГК". Затем следует нагрев воздуха ® вытеснение масла ® биение плунжера ГН ® износ натяжного механизма и цепи ® подсос воздуха, и все заново. Максимальный пробег до износа башмака натяжителя при таком издевательстве над двигателем не должен превысить 20 тыс км. Кто меньше, господа?

Гидронатяжитель для мотора ВАЗ-21233 более совершенен, но головка блока под него слишком долго идет на конвейер (эдакий производственный "тихоход"). Подвод масла у данного ГН выполнен изнутри двигателя, т.е. отсутствует наружный трубопровод, а компенсационный объем постоянно заполнен маслом. В то же время этот ГН представляет собой застойную зону, в которой будут смешиваться масла при их периодических сменах. В случае необдуманных переборах с марками масел разных производителей в ГН могут происходить химические реакции с выпадением осадка и последующим заклиниванием плунжера ГК.

Большинство вышеприведенных рекомендаций применима и к 233-му гидронатяжителю, прибавляются повышенные требования к чистоте и вязкости первичной (заводской либо ремонтной) заправки маслом - циркуляции через ГН практически нет. И вообще, к маслу (его чистоте, вязкости и периодичности смены) отношение должно быть благоговейным. Однако, как уже было сказано, технология заводской сборки не оставляет шансов для долговременной работы гидронатяжителя.

В одной стране живем - и юмор должен быть одинаковым

Как ни странно, гидронатяжитель для двигателей ЗМЗ-406.10 со ступенчатым (пошаговым) перемещением плунжера - по конструкции самый современный из представленных - был раньше освоен и внедрен на конвейере. Плунжер у этого ГН оснащен стопорным кольцом, а в корпусе выполнены кольцевые проточки с разным наклоном стенок для направленного одностороннего выдвижения плунжера ГН. Обратный ход ограничен шириной кольцевой проточки и составляет (у ярославских ГН) порядка 2 мм. Таким образом, при попадании воздуха в область высокого давления данного ГН амплитуда колебаний не превысит этих 2 мм. Впрочем, и такие биения в массовом масштабе (миллионы циклов!) прогрызают в натяжном башмаке "колорадский каньон". А к причинам заклинивания ГН добавляются плохо обработанные заусенцы на стопорном кольце.

Одной из самых неуловимых и малоизученных неисправностей являются гармонические колебания плунжера в зависимости от упругости пружины и воздействующего давления масла. Из всего диапазона гармоник частот колебания цепи и пульсаций давления масла всегда найдется резонирующая частота, которая приведет к многократному увеличению амплитуды колебаний плунжера вазовских гидронатяжителей 21214 и 21233 (у "волговского" эта величина ограничена 2 мм). Противодействовать резонансу на ГН без проведения широкомасштабных исследовательских работ невозможно.

Надо думать, что со временем обратный ход (читай: амплитуду колебаний) сократят до приличествующих 0,5 мм, хотя технологически это выполнить достаточно сложно. Как и научатся бороться с заусенцами на стопорном кольце (уже прилаживают немецкий ГН, фирмы INA - других способов, наверное, нетlhe). Однако снизить вероятность выхода из строя по остальным причинам (посторонние частицы в масле, резонанс и т.д.) будет довольно сложно. Единственный выход - это оснащение двигателей автономным механическим натяжителем, о котором мы расскажем в следующий раз.

ОБОСНОВАНИЕ НИЗКИХ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ
ГИДРАВЛИЧЕСКИХ НАТЯЖИТЕЛЕЙ ЦЕПИ

Основными причинами выхода из строя гидронатяжителей являются посторонние включения в масле, воздух и ┘ само масло.

Не секрет, что во время обкатки двигателя внутри него вместе с маслом циркулируют продукты износа и просто грязь, смываемая с деталей. Даже верхнеклапанный масляный фильтр пропускает частицы менее 10 мкм, у нижнеклапанного зимой этот предел и вовсе не ограничен. Так что гидронатяжитель может быть заклинен уже с первыми оборотами двигателя! Судя по отзывам владельцев "Волг" с новым 406-ым двигателем, печальные теоретические прогнозы хорошо согласуются с практикой. Иногда механизм натяжения цепи выходит из строя при статически работоспособном ГН - свою "лепту" в развитие автосервисного обслуживания стремятся внести воздух и масло.

Существует различные конструктивные уловки для минимизации вредного воздействия каждого из отрицательных факторов. Например, для снижения вероятности заклинивания от попадания неотфильтрованного мусора в зазор плунжерной пары ГН, кромки плунжера делают острыми (без снятия фаски), чтобы ими как ковшом экскаватора осадок сдвигался, а не проникал в зазор между корпусом и плунжером. Одновременно можно было бы увеличить сам зазор, но тогда ухудшится и герметичность области высокого давления.

С воздухом борются с помощью дополнительных дроссельных отверстий и каналов, но самым эффективным способом остается элементарная вертикальная установка ГН. В этом случае земное притяжение работает на нас, вытесняя воздух верх, из области высокого в область низкого давления, где он достаточно безвреден.

На двигателях ЗМЗ 406-й серии только верхний гидронатяжитель монтируется почти вертикально, поэтому и лучше справляется со своей задачей. Второй (нижний) ГН, как и вазовские гидронатяжители 21214 и 21233, расположен горизонтально, и за их работоспособность не может поручиться никто - налицо явный конструктивный просчет!

Воздух в область высокого давления ГН попадает, например, при сборке на автозаводе, т.к. гидронатяжители туда поступают "сухими". При запуске двигателя масло из системы смазки двигателя заполняет все пустоты, предварительно загнав воздух в область высокого давления. С нагревом двигателя повышается температура и воздуха, который (физика!) увеличивает свой объем и давление, вытесняя (как кукушонок) масло из области высокого давления. В результате у плунжера появляется свободный ход на величину исчезнувшего масла, а дополнительная порция масла из системы смазки двигателя не поступает - шариковый клапан, поджатый изнутри давлением воздуха, закрыт.

Биение цепи порядка 0,5 мм есть даже при использовании механических натяжителей, но в случае с гидравликой положение усугубляется тем, что кроме самих рывков цепи, на нее еще действует сила натяжения плунжера, достигающая 15 кгс! Из истории механических натяжителей известно, что перетяжка цепи (например, с помощью монтировки) приводит к быстрому износу башмака натяжителя и вытягиванию самой цепи. Динамические рывки с указанным усилием и прогрессирующее увеличение амплитуды колебаний (объема паразитного воздуха внутри ГК) довершают разгром.

Если автолюбитель будет ставить свою машину левым (по ходу движения) вверх, тогда во время стоянки масло из компенсационного объема (области низкого давления) будет стекать в поддон двигателя, и воздух проникнет к маслозаборному отверстию клапана плунжера ГН. С первыми оборотами двигателя вместо недостающей порции масла (при остывании объем уменьшается) плунжер глотнет несколько миллилитров воздуха, и этот пузырек станет еще одним затворником в темнице под названием "область высокого давления плунжера ГК". Затем следует нагрев воздуха ® вытеснение масла ® биение плунжера ГН ® износ натяжного механизма и цепи ® подсос воздуха, и все заново. Максимальный пробег до износа башмака натяжителя при таком издевательстве над двигателем не должен превысить 20 тыс км.

Гидронатяжитель для мотора ВАЗ-21233 более совершенен, но головка блока под него слишком долго идет на конвейер. Подвод масла у данного ГН выполнен изнутри двигателя, т.е. отсутствует наружный трубопровод, а компенсационный объем постоянно заполнен маслом. В то же время этот ГН представляет собой застойную зону, в которой будут смешиваться масла при их периодических сменах. В случае необдуманных переборах с марками масел разных производителей в ГН могут происходить химические реакции с выпадением осадка и последующим заклиниванием плунжера ГК.

Большинство вышеприведенных проблем близка и 21233-му гидронатяжителю, прибавляются повышенные требования к чистоте и вязкости первичной (заводской либо ремонтной) заправки маслом - циркуляции через ГН практически нет. Однако, как уже было сказано, технология заводской сборки не оставляет шансов для долговременной работы гидронатяжителя.

Как ни странно, гидронатяжитель для двигателей ЗМЗ-406.10 со ступенчатым (пошаговым) перемещением плунжера - по конструкции самый современный из представленных - был раньше освоен и внедрен на конвейере. Плунжер у этого ГН оснащен стопорным кольцом, а в корпусе выполнены кольцевые проточки с разным наклоном стенок для направленного одностороннего выдвижения плунжера ГН. Обратный ход ограничен шириной кольцевой проточки и составляет (у ярославских ГН) порядка 2 мм. Таким образом, при попадании воздуха в область высокого давления данного ГН амплитуда колебаний не превысит этих 2 мм. Впрочем, и такие биения в массовом масштабе (миллионы циклов!) прогрызают в натяжном башмаке "колорадский каньон". А к причинам заклинивания ГН добавляются плохо обработанные заусенцы на стопорном кольце.

Одним из самых неуловимых и малоизученных неисправностей являются гармонические колебания плунжера в зависимости от упругости пружины и воздействующего давления масла. Из всего диапазона гармоник частот колебания цепи и пульсаций давления масла всегда найдется резонирующая частота, которая приводит к многократному увеличению амплитуды колебаний плунжера вазовских гидронатяжителей 21214 и 21233 (у "волговского" эта величина ограничена 2 мм). Противодействовать резонансу без проведения широкомасштабных исследовательских работ невозможно.

Необходимо было создать устройство натяжения ремней (цепи) привода вспомогательных агрегатов не зависящее от вязкостных характеристик масла, не критичное к углу наклона рабочего положения, с высокой унификацией деталей для упрощения изготовления, монтажа и регулировки.

Поставленная цель достигается за счет того, что в натяжном устройстве, состоящем из корпуса, подпружиненного штока с механизмом торможения обратного хода и проушин крепления с резинометаллическими шарнирами, согласно изобретению Синица В.В. и Полей Н.Л. механизм торможения обратного хода выполнен в виде клинового шарикового замка и дополнительно установлена расклинивающая втулка, в одной из проушин выполнена углубленная фаска под вход специнструмента для расклинивания, в упругой шайбе сформованы радиальные отверстия по числу шариков и в корпусе выполнена проточка для фиксации штока в сжатом состоянии.

Работа устройства для натяжения ремней привода основных и вспомогательных агрегатов основана на непрерывной передаче усилия пружины через резинометаллические шарниры проушин исполнительным механизмам двигателя, при одновременном отслеживании деформации (вытягивания) ремня привода и недопущении большого уменьшения межцентрового расстояния точек крепления проушин при обратном ходе.

Для фиксации устройства в сжатом состоянии предусмотрена специальная проточка в корпусе, в которую входят шарики и расклиниваются упругой шайбой. Положение, в котором усилие пружины уравновешивается усилием упругой шайбы при выполнении условия стопорения шариков, подбирается жесткостью упругой шайбы и величиной ее поджатия формованной гайкой.

Для фиксации устройства для поставки на конвейер после окончательной сборки или для смены ремня (цепи) привода основных и вспомогательных механизмов его необходимо сжать для облегчения монтажа приводного ремня при сборке двигателя или замене ремня. С помощью специнструмента, используя предусмотренные для него углубленную фаску в проушине и защитный колпачок, сжимают пружину и воздействуют через шайбу на расклинивающую втулку, которая в свою очередь упирается в пакет шариков и выводит их из защемления клинового замка. Шарики надавливают через упругую шайбу на формованную гайку, закрепленную на штоке. В результате шток начинает перемещаться относительно корпуса, уменьшается межцентровое расстояние точек крепления проушин, а, достигнув проточки в корпусе, устройство фиксируется в сжатом состоянии, и появляется возможность монтажа приводного ремня (цепи).

После установки устройства на двигатель его необходимо перевести в рабочее положение. Для этого кратковременно прикладывают небольшое усилие в прямом направлении на шток. При этом шток смещается, а упругая шайба сжимается. При этом эпюра давления упругой шайбы на шарики сместится из радиальной в осевую сторону, и результирующее усилие выходит из "конуса трения", освобождая шарики из проточки в корпусе. Пружина раздвигает шток и корпус вместе с закрепленными на них деталями, в том числе исполнительным механизмом натяжения ремня (цепи). Упругая шайба вдавливает шарики в конусный зазор корпуса и штока.

В рабочем состоянии натяжное устройство занимает усредненное положение, зависящее от степени деформации приводного ремня (цепи). При этом система находится в статическом равновесии: усилие натяжения пружины уравновешивается упругой деформацией ремня (цепи) привода, шарики размещаются в лунках упругой шайбы от предусмотренных радиальных отверстий и поджаты данной упругой шайбой в клиновой зазор между штоком и корпусом.

Знакопеременные нагрузки, приходящие с исполнительных механизмов двигателя, гасятся упругими элементами резинометаллических шарниров, буртиками эластичного чехла и микроперемещениями штока и корпуса относительно шариков, однако существенного изменения межцентрового расстояния проушин не происходит благодаря повышенному трению шариков в зоне клинового замка штока и корпуса. Характеристики клинового замка подобраны таким образом, чтобы кроме торможения обратного хода было возможным еще раздвижение штока и корпуса после подклинивания шариков, т.е. усилие пружины должно быть больше трения покоя клинового замка. Для снижения трения, из-носа и возможной коррозии на внутренние поверхности устройства нанесена смазка, а эластичный чехол предотвращает ее попадание во внешнюю среду.

Отсутствие гидравлических клапанов и рабочей жидкости позволяет устанавливать натяжное устройство под любым углом к вертикали, а проблемы изменения вязкости масла от температуры и кавитации отпадают сами собой.

С течением времени приводной ремень изнашивается (вытягивается), и усилие пружины перемещает исполнительные механизмы двигателя, а так же шток (относительно корпуса) с формованной гайкой, упругой пружиной и пакетом шариков в новое положение равновесия, преодолевая трение клинового замка. Причем шарики сдвигаются на неизношенные конусные поверхности штока и корпуса, что увеличивает срок службы устройства. Присутствие смазки и наличие вибраций при работе двигателя значительно облегчают это движение. Большой запас хода между двумя крайними положениями натяжного устройства дает возможность использовать его без дополнительных регулировок. Раздвижение штока и корпуса осуществляется плавно, без ярко выраженных ступеней во всем диапазоне рабочего хода.

При возникновении усилия обратного хода, превышающего усилие пружины, происходит сжатие резинометаллических шарниров и перемещение штока относительно корпуса по шарикам пропорционально суммарной упругой деформации данных деталей. Ввиду малости вышеуказанных величин большого изменения межцентрового расстояния проушин не наблюдается, и в то же время нет абсолютной жесткости конструкции, т.е. рывки обратного хода амортизируются.

Сжимающее усилие передается между штоком и корпусом с помощью трения между ними и пакетом шариков, большое количество которых снижает удельные нагрузки и степень износа рабочих поверхностей. 

Таким образом, создано устройство натяжения ремней привода вспомогательных агрегатов не зависящее от вязкостных характеристик масла; не критичное к углу наклона рабочего положения; с высокой унификацией деталей для упрощения изготовления, монтажа и регулировки; с возможностью быстрой замены ремня привода без выполнения операции снятия натяжителя с двигателя. 

ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ
РЕГУЛИРОВКИ ФАЗ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Для обеспечения оптимальных мощностных параметров двигателя, его высокой экономичности и снижения токсичности отработавших газов ведущими автопроизводителями мира все чаще применяется регулировка фаз газораспределения (ФГР). В настоящее время используют два варианта регулировок: сдвиг фаз и масштабирование (обычно с изменением подъема клапана).

Сдвиг фаз реализуется проще, но менее эффективен в плане увеличения мощности, а так же требует двух распределительных валов - поворотом вала, управляющего впускными клапанами, собственно и выполняется уменьшение или увеличение перекрытия клапанов на разных оборотах двигателя. Однако положительная добавка мощности от увеличения перекрытия клапанов на высоких оборотах двигателя частично компенсируется отрицательным фактором - снижением дозарядки топливно-воздушной смесью (ТВС) в результате уменьшения угла закрытия клапана после прохода НМТ.

Регулировка ФГР масштабированием диаграммы подъема кулачка в серийном производстве реализовано фирмой Honda в виде попеременно работающих кулачков с различной разверткой: на малых оборотах - с "узкими" фазами, на высоких (порядка 5000 об/мин) - с "широкими". Переключение происходит под управлением давления масла в системе смазки с помощью гидроцилиндров. Таким образом варьируются не только ФГР, но и высота подъема кулачка. Сложность изготовления, настройки и эксплуатации подобных устройств не дали им широкого распространения, хотя они и позволяют повысить удельную литровую мощность до 100 л.с./дм3 без наддува.

Разрабатываемые вазовскими специалистами конструкции, копирующими хондовскую, несовершенны по массово-кинематическим параметрам, сложны с технологической точки зрения и требуют перехода на новую головку блока, что ставит под сомнение воплощение самой идеи в металле.

На самарском предприятии "Гидроавтоматика" на основе патента РФ №2133348 во втором квартале 2000 года будет изготовлена опытная партия устройств для регулировки ФГР, полностью унифицированных с гидроопорами 21214-1007160 и не требующих никаких других переделок в двигателе, кроме установки распредвала с "широкими" ФГР. В условиях конвейерной сборки это повлечет за собой только перенастройку шлифовального станка для распредвалов.

Регулировка фаз данными устройствами в отличие от "ступенчатых" хондовских осуществляется плавно во всем диапазоне вращения коленчатого вала двигателя, благодаря чему обеспечиваются оптимальные ФГР для всех режимов работы двигателя.

Изменение ФГР происходит за счет податливости штока устройства (гидроопоры): на малых оборотах утопание штока составляет 2 - 3 мм, на высоких (около 4000 об/мин) шток стоит жестко, как у обычной гидроопоры, т.е. утопание равно нулю. Соответствующим образом (исходя из соотношения частей рокера, разделенных линией соприкосновения с кулачком) и почти линейно от оборотов двигателя изменяется высота подъема и углы начала и конца открытого состояния клапана (см. рис.1). Диапазон регулировки - до 60° с каждой стороны развертки по углу поворота коленчатого вала двигателя! Причем и у выпускного клапана тоже. В результате перекрытие клапанов варьируется в пределах 120°! Таким образом параметры наполнения цилиндров ТВС двухклапанных двигателей приближаются и даже превосходят аналоги четырехклапанных! Возрастают мощность и крутящий момент (см. рис.3), особенно в диапазоне высоких оборотов, без ухудшения экономичности и экологичности двигателя.

Единственным недостатком подобной схемы регулирования ФГР является шум на малых оборотах вращения коленвала двигателя от достаточно высокой скорости посадки тарелки клапана на седло (см.рис.2). Однако вся остальная кинематическая цепочка (торец клапана-рокер-кулачок-шток гидроопоры) работает в беззазорном состоянии, поэтому ресурс данных деталей не должен измениться, а излишний шум присутствует только на малых оборотах и в сумме не превышает допустимый предел. Схожие недостатки есть и у обычных гидроопор, что уравнивает их позиции.

Наличие приглушенного стука клапанов можно снизить раздельным приводом клапанов (т.е. выпускные - обычными гидроопорами), дополнительной звукоизоляцией, но он же и предотвратит повторную попытку запуска двигателя, предупредит пешеходов о приближении автомобиля, будет способствовать удалению нагара с тарелок клапанов и приработки их поверхностей и седел клапанов.

В любом случае окончательное решение о применении данных устройств регулировки ФГР необходимо принять после всесторонних исследований и их возможной модернизации. Поэтому мы просим подтвердить готовность испытать несколько комплектов УРФ107-100 и выдать заключение о перспективности развития данной темы с учетом следующих факторов:


Чертежи и графики:

Чертеж натяжителя:



Дата публикации: 7 августа 2001
Источник: SciTecLibrary.ru

Вы можете оставить свой комментарий по этой статье или прочитать мнения других в следующих разделах ФОРУМА:
Свернуть Защита интеллектуальной собственности и авторских прав
Диспуты по темам изобретательства. Вопросы по изобретениям, проблемы на пути изобретателей и методы их решения.
Патентование. Все о патентовании изобретений, полезных моделей, промышленных образцов и товарных знаков.
Нерешенные задачи. Здесь идет обсуждение нерешенных задач: безопорный двигатель, вечный двигатель, преодоление гравитации и пр.
Свернуть Точные науки и дисциплины
Дебаты по Теории Относительности Эйнштейна. Все кому не лень хотят опровергнуть Теорию Относительности Эйнштейна. Вам предоставляется слово для аргументации.
Физика, астрономия, математические решения. Физико-математические вопросы, наблюдения, исследования, теории и их решение.
Физика альтернативная. Новые взгляды на физические законы, теории, эксперименты, не вписывающиеся в общепринятые законы физики.
Teхника, узлы, механизмы, электроника и аппаратура. Все про технику, приборы, детали, узлы и механизмы. Электроника, компьютеры, программное обеспечение. Новые технические решения в самых разных областях.
Биология, Генетика, Все о жизни. Генетика и другие вопросы биологии. Их развитие. Медицина. Биотехнологии, агротехника и сельское хозяйство. Эволюционные теории и альтернативные им.
Химия. Вопросы по химическим технологиям, разработкам и применению химических материалов. Химические элементы и их свойства.
Геология, все о Земле и ее обитателях. Геология, метеорология, антропология, сейсмология, атмосферные явления и непознанные эффекты природы.
Свернуть Мозговой штурм
Генератор решений. Здесь Вы можете заработать реальные деньги, помогая решать фирмам, предприятиям и частным лицам те или иные технические задачи, которые перед ними стоят. Те, кто ставят задачи перед участниками должны обозначить гонорар за ее решение и перевести указанную сумму на общий счет генератора.
Головоломки. Если у Вас есть желание поломать голову над интересными логическими задачами - Вам сюда.
Гипотезы. В этой теме идет обсуждение гипотез и предположений, основанных чисто на теории и логике.
Найди ляп! Этот раздел для тех, кто хочет мысленно расслабиться. Он посвящен задачам по поискам ляпов, которые встречаются в литературе, интернете, кино и на телевидении.
Свернуть Взгляд в будущее и настоящее
Глобальные темы. Вопросы касающиеся всех. Глобальные угрозы и злободневные темы современности.
Наука и ее развитие. Все о развитии науки, направлениях и перспективах движения научной мысли и знаний.
Новая Цивилизация. Принципы социального устройства новой цивилизации. Увеличение роли созидательного интеллекта... Отдалённые перспективы развития человечества...
Вопросы без ответов. Этот раздел посвящен вопросам и проблемам, которые до сих пор не решены. Предлагайте свои решения.
Военная стратегия и тактика современных боевых действий. Об особенностях современного военного искусства. Проблемные вопросы теории и практики подготовки вооруженных сил к войне, её планирование и ведение в различных конфликтах на планете.
Свернуть Гуманитарные науки и дисциплины
Философские дискуссии. Диспуты по вопросам жизни, сознания, бытия и иных философских понятий.
Экономика. Вопросы по экономике и о путях развития России и других стран.
Социология, Политология, Психология. В этом разделе обсуждаются вопросы, как отдельных частных исследований данных наук, так и проблема соотношения этих наук с остальными.
Образование. Все об образовании: как учить, кому учить, чему учить и кого учить.
Религия и атеизм. Вопросы религий и атеистические взгляды, религиозные споры.

Хотите разместить свою статью или публикацию, чтобы ее читали все?
Как это сделать - узнайте здесь.

Назад

 
О проекте Контакты Архив старого сайта

Copyright © SciTecLibrary © 2000-2017

Агентство научно-технической информации Научно-техническая библиотека SciTecLibrary. Свид. ФС77-20137 от 23.11.2004.