толкатель
Толкатель , или толкатель клапана — это компонент клапанного механизма который преобразует вращательное движение в линейное движение при активации клапана. Чаще всего он встречается в двигателях внутреннего сгорания , где он преобразует вращательное движение распределительного вала в линейное движение впускных и выпускных клапанов, прямо или косвенно.
Ранее этот термин использовался для обозначения части клапанного механизма в балочных двигателях, начиная с 1715 года. Этот термин также используется для обозначения компонентов пневматических цилиндров и ткацких станков .
История
[ редактировать ]
Первое зарегистрированное использование термина «толкатель» относится к клапанному механизму 1715 года двигателя Ньюкомена , ранней формы парового двигателя. Ранние версии двигателей Ньюкомена 1712 года имели клапаны с ручным управлением, но к 1715 году эта повторяющаяся задача была автоматизирована за счет использования толкателей. На балке двигателя рядом с цилиндром свисал вертикальный «стержень пробки». К этому стержню были прикреплены регулируемые блоки или «толкатели», и когда балка двигалась вверх и вниз, толкатели прижимались к длинным рычагам или «рожкам», прикрепленным к клапанам двигателя, запуская цикл клапанов пара и впрыска воды для управления двигателем. [1]
Эта операция с помощью толкателей на стержне пробки продолжалась в начале двадцатого века с двигателем Cornish . [2]
Начиная с 19 века, в большинстве паровых двигателей использовались золотниковые или поршневые клапаны , которые не требуют использования толкателей.
В двигателе внутреннего сгорания толкатель (также называемый «толкателем клапана» или «толкателем кулачка») [3] [4] [5] Это компонент, который преобразует вращение распределительного вала в вертикальное движение для открытия и закрытия впускного или выпускного клапана .
Основными типами толкателей, используемых в автомобильных двигателях, являются цельные, гидравлические и роликовые. [6] [7]
Чтобы уменьшить износ вращающегося распределительного вала, толкатели обычно имеют круглую форму, и им разрешено или даже рекомендуется вращаться на месте. Это сводит к минимуму износ, вызванный контактом распределительного вала с одной и той же точкой основания толкателя в каждом цикле работы клапана, что может привести к образованию канавок. Однако в некоторых относительно небольших двигателях с большим количеством цилиндров (например, в двигателе Daimler '250' V8 ) толкатели были маленькими и невращающимися. [ нужна ссылка ]
Основание большинства гладких толкателей имеет слегка выпуклый профиль, чтобы смягчить контакт передней кромки кулачка распределительного вала.
Альтернативы
[ редактировать ]Альтернативой толкателю является «толкатель пальца», представляющий собой поворотную балку, служащую для преобразования вращения распределительного вала в открытие и закрытие клапана. Толкатели пальцев используются в некоторых высокопроизводительных двигателях с двойным верхним распредвалом (DOHC), чаще всего в мотоциклах и спортивных автомобилях. [8]
Регулировка клапанного зазора
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( февраль 2020 г. ) |
В большинстве двигателей с верхним расположением клапанов (OHV) правильный зазор между распределительным валом и толкателем достигается путем поворота установочного винта на конце коромысла, который контактирует с концом толкателя, до тех пор, пока с помощью щупа не будет достигнут желаемый зазор . Слишком большой зазор приводит к износу из-за несоосности деталей и ухудшению работы двигателя, а слишком маленький может привести к изгибу толкателей или прогоранию клапанов.
Контргайка фиксирует установочный винт на месте. Ослабленные установочные винты могут привести к катастрофическому выходу двигателя из строя, что привело к авиакатастрофам со смертельным исходом. [9]
На некоторых двигателях с верхним расположением клапанов 1960-х годов, таких как двигатель Ford Taunus V4 и двигатель Opel CIH , регулировка толкателя выполнялась путем установки высоты точки поворота коромысла (вместо типичного метода регулировочного винта на конце коромысла). На двигателях Opel CIH 1965-1970 годов выпуска со сплошными толкателями регулировка толкателей производилась при работающем двигателе. [10]
Гидравлические толкатели
[ редактировать ]
Гидравлический толкатель , также известный как «гидравлический подъемник клапана» и «гидравлический регулятор зазора», содержит небольшой гидравлический поршень, который заполняется моторным маслом под давлением. [4] [11] Поршень действует как гидравлическая пружина, которая автоматически регулирует зазор толкателя в зависимости от давления масла. Хотя перемещения поршня небольшие и нечастые, их достаточно для того, чтобы срабатывание клапанов стало саморегулируемым, и нет необходимости вручную регулировать зазор толкателей.
Гидравлические толкатели зависят от подачи чистого масла под соответствующим давлением. При запуске холодного двигателя с низким давлением масла гидрокомпенсаторы часто шумят в течение нескольких секунд, пока не займут правильное положение.
Роликовые толкатели
[ редактировать ]Ранние автомобильные двигатели [ когда? ] использовал ролик в месте контакта с распредвалом, [12] : 44 однако по мере увеличения частоты вращения двигателя «плоские толкатели» с гладкими концами стали гораздо более распространенными, чем толкатели с роликами. Однако в последнее время роликовые толкатели и коромысла с роликовыми толкателями возродились благодаря более низкому трению, обеспечивающему большую эффективность и уменьшающему сопротивление. [7]
Компоновка клапанного механизма
[ редактировать ]
В двигателе с боковыми клапанами — распространенной конструкции автомобильных двигателей до 1950-х годов — клапаны установлены по бокам цилиндра и обращены вверх. Это означает, что распределительный вал можно разместить непосредственно под клапанами без необходимости использования коромысла. При более низких блоках цилиндров толкатели могли напрямую приводить в движение клапаны, даже не нуждаясь в толкателе. [4] [13] Двигатели с боковыми клапанами также требовали регулярной регулировки зазора толкателей, причем в данном случае регулировке подвергались непосредственно сами толкатели. По бокам блока цилиндров были предусмотрены небольшие пластины доступа, открывающие доступ к зазору между клапанами и толкателями. Некоторые толкатели имели регулятор с резьбой, но более простые двигатели можно было регулировать путем шлифования концов стержня клапана напрямую. Поскольку регулировка толкателя всегда заключалась в расширении зазора (притирка клапанов в седла клапанов во время удаления коксования приводит к тому, что они садятся ниже, тем самым уменьшая зазор толкателей), регулировка путем укорачивания стержней клапанов была жизнеспособным методом. В конце концов клапаны будут полностью заменены, что было относительно распространенной операцией для двигателей той эпохи.
В двигателе с толкателем толкатели расположены внизу в блоке двигателя и приводят в действие длинные тонкие толкатели , которые передают движение (через коромысла) на клапаны, расположенные в верхней части двигателя. [14]
В двигателе с одним верхним распределительным валом (SOHC) толкатели интегрированы в конструкцию коромысел как единое целое, поскольку распределительный вал напрямую взаимодействует с коромыслом. Массовое производство двигателей SOHC для легковых автомобилей стало более распространенным в 1970-х годах в виде головок цилиндров с перекрестным потоком и верхними коромыслами, расположенными непосредственно над единственным верхним распределительным валом, как более эффективная конструкция, которую можно было производить экономически эффективно. 1970–2001 годов Двигатель Ford Pinto был одним из первых двигателей массового производства, в которых использовалась конструкция SOHC с зубчатым распределительным ремнем. [15] В этой конфигурации коромысла совмещают в себе функцию толкателя, коромысла и регулировочного устройства. Регулировка зазора клапана обычно осуществлялась с помощью резьбовой шпильки на клапанном конце коромысла. Сторона линейно-скользящего толкателя часто имела высокую степень износа и требовала тщательной смазки маслом с присадками цинка. Относительно необычная конструкция распределительного вала SOHC с четырьмя клапанами на цилиндр была впервые использована в рядном четырехцилиндровом двигателе Triumph Dolomite Sprint 1973–1980 годов , в котором использовался распределительный вал с 8 лепестками, который приводил в действие 16 клапанов посредством хитроумного расположения коромысел. [16] [17]
Двигатели с двойным верхним распредвалом (DOHC) были впервые разработаны как высокопроизводительные авиационные и гоночные двигатели, при этом распределительные валы устанавливались непосредственно над клапанами и приводили их в движение через простой «ковшовый толкатель». В большинстве двигателей использовалась головка блока цилиндров с поперечным потоком, в которой клапаны располагались в два ряда на одной линии с соответствующим распределительным валом. Регулировка зазора толкателя обычно настраивается с помощью небольшой прокладки , расположенной над или под толкателем. Прокладки изготавливались различной стандартной толщины, и механик менял их, чтобы изменить зазор толкателя. В ранних двигателях DOHC двигатель сначала собирался с использованием стандартной прокладки известной толщины, а затем измерялся зазор. Это измерение будет использоваться для расчета толщины прокладки, которая приведет к желаемому зазору. После установки новой прокладки зазоры следует измерить еще раз, чтобы убедиться в правильности зазора. Поскольку для замены прокладок приходилось снимать распределительный вал, это была очень трудоемкая операция (тем более, что положение распределительного вала могло незначительно меняться при каждой его повторной установке). В более поздних двигателях использовалась улучшенная конструкция, в которой прокладки располагались над толкателями, что позволяло заменять каждую прокладку, не снимая толкатель или распределительный вал. Недостатком этой конструкции является то, что трущаяся поверхность толкателя становится поверхностью регулировочной шайбы, что представляет собой сложную проблему в металлургии массового производства. Первым двигателем массового производства, в котором использовалась эта система, был двигатель 1966–2000 годов. Двигатель Fiat Twin Cam , за ним следуют двигатели Volvo и Volkswagen с водяным охлаждением. [18]
Другое использование
[ редактировать ]
Термин «толкатель» также неясно используется как компонент клапанных систем для другого оборудования, особенно как часть ударного клапана в пневматических цилиндрах . При возвратно-поступательном движении, например, при использовании пневматической дрели или отбойного молотка , клапан может приводиться в действие по инерции или за счет движения рабочего поршня. Когда поршень совершает удары вперед и назад, он ударяется о небольшой толкатель, который, в свою очередь, перемещает воздушный клапан и таким образом меняет направление потока воздуха к поршню. [19]
В ткацких станках толкатель представляет собой механизм, который помогает формировать зев или отверстие в нитях основы (длинное направление) материала черезчерез которую пропускаются уточные нити (из стороны в сторону или в коротком направлении). Кулачки образуют основные узоры на материале, таком как полотняное, саржевое, джинсовое или атласное переплетение. Твид Харриса до сих пор ткут на ткацких станках, в которых до сих пор используются толкатели. [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мемориальный паровоз Ньюкомена . Дартмут, Англия: Общество Ньюкомена .
- ^ Вудалл, Фрэнк Д. (1975). Паровые машины и водяные колеса . Морланд. стр. 31–34. ISBN 0903485354 .
- ^ Сетрайт и анатомия автомобиля , с. 33
- ^ Jump up to: а б с Хиллиер, НОЖ (1981). Основы автомобильной техники (4-е изд.). Стэнли Торнс. п. 44. ИСБН 0-09-143161-1 .
- ^ «Работа клапанной системы» (PDF) . www.thecarguys.net . Проверено 11 февраля 2020 г.
- ^ «Гидравлические подъемники против твердых» . www.summitracing.com . Проверено 11 февраля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б «Чем отличается плоский толкатель от роликового распределительного вала?» . www.summitracing.com . Проверено 11 февраля 2020 г.
- ^ «Об этих толкателях пальцев на двигателях спортивных мотоциклов» . www.cycleworld.com . Проверено 11 февраля 2020 г.
- ^ Александр, Роберт Чарльз (1999). Изобретатель стерео: жизнь и творчество Алана Дауэра Блюмлейна . Фокальная пресса . ISBN 0-240-51628-1 .
- ^ «Тюнинг Опель 1,9 л (Часть I)» (PDF) . www.opelclub.com . Проверено 21 февраля 2020 г.
- ^ Сетрайт и анатомия автомобиля , с. 33
- ^ Хиллер, Виктор Альберт Уолтер (1991). Основы автомобильной техники . Нельсон Торнс. ISBN 978-0-7487-0531-3 . Проверено 11 февраля 2020 г.
- ^ Сетрайт и анатомия автомобиля , с. 34
- ^ Сетрайт, LJK (1976). «Клапанный механизм». В Яне Уорде (ред.). Анатомия автомобиля . Орбис. стр. 29–36. ISBN 0-85613-230-6 .
- ^ «Руководство по настройке Ford SOHC (Pinto)» . www.burtonpower.com . Проверено 20 марта 2020 г.
- ^ «История Доломита» . www.triumphclub.co.nz . Проверено 20 марта 2020 г.
- ^ «Триумфальный Доломитовый Спринт» . www.classiccars4sale.net . Проверено 20 марта 2020 г.
- ^ Сетрайт и анатомия автомобиля , с. 34
- ^ Кеннеди, Рэнкин. Книга современных двигателей и генераторов . Том. VI (изд. 1912 г.). Лондон: Кэкстон. п. 162-166.