Двигатель ЯМЗ-240НМ2
Характерной особенностью механизма газораспределения дизелей ЯМЗ является применение для привода клапанов качающегося роликового толкателя. Многолетний опыт эксплуатации показал, что ресурс этой пары не лимитирует общего повышения ресурса двигателя до 10 000 ч.
Закон ускорений толкателя представляет кривую, которая на участке сбега имеет вид полуволны косинусоиды, на участке положительных ускорений - полуволны синусоиды, на первом участке отрицательных ускорений - 1/4 волны синусоиды и на втором участке отрицательных ускорений - квадратной параболы.
Для кривой такого типа характерна непрерывность изменения ускорений. В случае применения кулачков, имеющих данную кривую изменения ускорений, интенсивность упругих колебаний привода невелика.
В массу входит масса клапана и приведенные к нему массы всех деталей механизма газораспределения, участвующих в колебательном движении привода клапана. Масса движется под действием сил двух невесомых пружин (пружины, жесткость которой эквивалентна жесткости передаточных звеньев привода, и пружины с жесткостью, эквивалентной жесткости двух клапанных пружин при силе предварительной затяжки). Кроме того, движению массы препятствует сила трения.
Нижний конец пружины, имеющей жесткость, получает перемещение от толкателя, масса которого, приведенная к оси клапана.
Для анализа динамических качеств привода используется дифференциальное уравнение перемещения массы относительно массы, т. е. уравнение упругой деформации привода клапана.
Одним из основных параметров, определяющих связь между характером возмущения - законом подъема толкателя и интенсивностью колебаний привода клапана, является отношение протяженности участка положительных ускорений толкателя, к периоду собственных колебаний привода. Для безударной работы механизма газораспределения это отношение не должно быть меньше определенной для каждого закона подъема толкателя величины.
Оптимальные значения указанного отношения зависят от формы кривых ускорений и определяются путем решения уравнения упругих деформаций привода. Сопоставление полученных величин показывает, что величина ближе всего к оптимальному значению 1,4-1,5, принятому для безударного профиля при работе дизеля в диапазоне частот вращения 2900-3100 об/мин. Именно этим скоростным режимам соответствуют минимальные колебания привода, несмотря на увеличение сил инерции, нагружающих механизм.
В результате расчетного и экспериментального исследований установлено, что параметры механизма привода клапанов (масса и жесткость) обеспечивают при 3100 об/мин работу привода без разрывов кинематической цепи. Последние возможны только при недостаточной силе, развиваемой клапанными пружинами. Следует учитывать, что с увеличением частоты вращения коленчатого вала затрудняется обеспечение вибростойкости пружин. Последняя определяется отношением частоты собственных колебаний пружин к частоте вынужденных, равной частоте вращения распределительного вала.
Таким образом, для форсированных дизелей ЯМЗ были сконструированы новые клапанные пружины, установка которых практически не изменяет частоту собственных колебаний привода:
Вследствие этого незначительное изменение массы пружин почти не влияет на частоту собственных колебаний привода.
Таким образом, при установке новых пружин характеристики привода клапанов, как колебательной системы, не изменяются.
На основании расчетных и экспериментальных исследований установлено, что изменение жесткости приводов клапанов в пределах 3750-5000 кгс/см не улучшает условий работы механизма газораспределения.
Износостойкость механизма газораспределения
Наряду с работами по повышению динамической стойкости механизма газораспределения были проведены изыскания, имевшие целью повышение износостойкости его элементов путем подбора трущихся пар и применения покрытий.
Так, для улучшения условий первоначальной приработки пары направляющая втулка - клапан производится графитирование стержней клапанов и применяются пористые металлокерамические направляющие втулки на железомеднографитовой основе.
Предотвращение схватывания в условиях ограниченной смазки достигается пропиткой пористых заготовок в расплавленной сере с последующим сульфидообразующим отжигом, чтобы коэффициент трения был не более 0,01, а также пропиткой готовых втулок маслом перед их запрессовкой в головку блока и использованием противозадирного скребка в нижней части стержня клапана.
Повышению износостойкости этой пары способствуют также оптимальные твердость и чистота поверхности стержней, что достигается термической и чистовой механической обработкой, а также и введением поверхностного упрочнения накаткой роликами. Износостойкость стержней впускных клапанов с упрочненным стержнем повысилась в сравнении с исходными в 2,6 раза, а выпускных в 1,6 раза.