background image

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), 

 

background image

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. 

 

 

background image

 

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. 

 

Popychaczerolkowe ( 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. 

background image

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: 

background image

 

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. 

background image

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). 

background image

 

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.