Как выглядят гидрокомпенсаторы

Основы толкателей клапанов и не только

Толкатели клапанов играют ключевую роль в клапанном механизме двигателей с толкателями. Они восходят к самым ранним дням двигателя внутреннего сгорания. Самые ранние двигатели не имели толкателей или коромысла. Они были «плоской» конструкции с клапанами в блоке. Толкатели (также называемые «толкателями» из-за производимого ими лязгающего шума) двигались на выступах кулачка в блоке и приводили в действие клапаны напрямую. Это была простая конструкция, но не лучшая конфигурация для эффективности дыхания или мощности.

Перемещение клапанов в головку цилиндров стало важным шагом вперед в двигателях с верхним расположением клапанов (OHV), поскольку это позволило двигателю дышать более эффективно и развить большую мощность при том же рабочем объеме. Конструкция верхнего клапана усложняла клапанный механизм, поскольку требовала добавления толкателей и коромыслов. Подъемникам также приходилось направлять масло через толкатели для смазки верхних компонентов клапанного механизма.

В двигателях с верхним расположением распредвала (OHC) распределительные валы находятся в головке(ах) цилиндров и приводят в действие клапаны непосредственно или через толкатели кулачков, поэтому толкатели отсутствуют. Однако большинство современных двигателей с верхним расположением распредвала имеют некоторые типы гидравлических регуляторов зазора клапанов. Регулятор может быть установлен в головке и служить в качестве точки опоры для поддержания нулевого зазора между толкателем кулачка и клапаном, или может быть расположен внутри ковша, который надевается на верхнюю часть клапана, или «мини-регулятор», установленный на конце. коромысла.

Роль толкателя в клапанном механизме

Основная функция толкателя клапана довольно проста. Он сидит на распределительном валу и передает движения кулачка вверх через толкатели и коромысла, чтобы открывать и закрывать клапаны. Размер и форма кулачка под толкателем (умноженные на соотношение коромыслов) определяют подъем клапана и продолжительность. Таким образом, подъемник просто следует за движениями кулачка. Но это играет роль в люфте (зазоре) и шуме клапанного механизма.

В двигателях со сплошным толкателем толкатель представляет собой просто полый ковш. У него твердое дно, которое опирается на кулачок, и чашка сверху, которая поддерживает нижний конец толкателя. Толкатель имеет впускное отверстие сбоку, чтобы масло под давлением могло заполнять корпус толкателя, и выпускное отверстие в центре чаши толкателя, чтобы масло могло течь вверх через толкатель для смазки верхних компонентов клапанного механизма.

В двигателях с толкателями с плоскими толкателями днища толкателей кажутся плоскими. Но на самом деле в большинстве случаев дно подъемника слегка выпуклое. Центр примерно на 0,001–0,002 дюйма выше края. Кроме того, выступы на плоских кулачках толкателей не идеально плоские, а имеют небольшой конус (от 0,0007 до 0,002 дюйма) с одной стороны. Кроме того, осевая линия толкателей немного смещена относительно выступов кулачка. Это заставляет толкатели вращаться при повороте кулачка, что помогает уменьшить трение и износ.

Область контакта между толкателями и выступами кулачка является самой нагруженной поверхностью внутри двигателя, с давлением от 200 000 до 300 000 фунтов на квадратный дюйм в точке контакта в зависимости от давления пружины клапана! Следовательно, крайне важно, чтобы оба компонента имели правильную геометрию (как выпуклую, так и коническую), чтобы обе поверхности имели достаточную твердость, чтобы противостоять преждевременному износу и выходу из строя, и чтобы точка контакта хорошо смазывалась моторным маслом, содержащим достаточное количество примесей. противоизносная присадка высокого давления (например, ZDDP).

Смазка была проблемой в последние годы, потому что количество ZDDP в моторном масле было значительно уменьшено, чтобы продлить срок службы каталитических нейтрализаторов. Цинк и фосфор в противоизносной присадке ZDDP загрязняют катализатор, если двигатель сжигает масло из-за изношенных направляющих клапанов, уплотнений и/или поршневых колец. Снижение ZDDP до уровня менее 600 частей на миллион не создало проблем для большинства двигателей последних моделей, поскольку они имеют роликовые подъемники с низким коэффициентом трения или толкатели верхних кулачков. Но в старых двигателях с плоскими кулачками использование моторного масла с низким содержанием ZDDP может не обеспечить адекватной защиты от износа кулачка и толкателей, особенно если установлены более жесткие пружины клапанов. Обходной путь заключается в использовании масла для обкатки, которое содержит более высокие уровни ZDDP, а затем заправке картера моторным маслом со специальной формулой «для уличных характеристик» или «гонок», которое содержит дополнительное количество ZDDP. Добавка ZDDP также может использоваться для обогащения обычных и синтетических моторных масел с низким ZDDP.

Поставщики кулачков вторичного рынка также повысили свою игру, увеличив твердость поверхности своих кулачков с плоскими толкателями, чтобы сделать их более устойчивыми к износу при использовании современных моторных масел. Некоторые поставщики предлагают подъемники, в которых в центре нижней части корпуса подъемника прожжено небольшое отверстие для направления масла прямо на выступ кулачка. Другой поставщик шлифует несколько небольших лысок глубиной всего в несколько тысячных дюйма по бокам своих толкателей, чтобы больше масла могло стекать на кулачок.

Роликовые подъемники

Большое усовершенствование произошло с изобретением роликовых подъемников. Поместив небольшое колесо на дно подъемника, трение между кулачком и подъемником значительно снижается. Вот почему все современные двигатели с толкателями имеют роликовые подъемники. Роликовые подъемники также позволяют использовать более радикальные профили кулачковых кулачков с более быстрыми наклонами открытия и закрытия, которые обеспечивают более полное открытие клапана для заданного подъема и продолжительности. Вот почему роликовые кулачки - это горячая установка для гонок.

Установка колеса в нижней части подъемника также изменяет динамику между подъемником и кулачком. Роликовый подъемник необходимо удерживать в фиксированном положении с кулачком, чтобы колесо плавно катилось по кулачку, поэтому вы не хотите, чтобы подъемник вращался или скручивался. Для этого требуется добавить соединительную планку между соседними подъемниками, чтобы они оставались прямыми, или обработать корпус подъемника и отверстия подъемника плоской поверхностью, чтобы предотвратить их скручивание.

Одно из различий между роликовым кулачком и плоским кулачком с толкателем состоит в том, что выступы на роликовом кулачке действительно плоские, тогда как выступы на плоском кулачке с толкателем имеют небольшую конусность. Если кулачок или подъемники неправильного типа используются вместе (плоский кулачок с роликовыми подъемниками или роликовый кулачок с плоскими толкателями), несоответствие быстро приведет к плохим последствиям.

Еще одна вещь, которую никогда не следует делать при восстановлении двигателя, - это установка нового кулачка с бывшими в употреблении толкателями. Кулачок и подъемники изнашиваются по специфической схеме по мере их установки. Если кулачок с большим пробегом изношен или один или несколько подъемников имеют вогнутый износ на нижней части, кулачок и подъемники необходимо заменить.

Если исходный кулачок и подъемники все еще в хорошем состоянии и используются повторно, убедитесь, что все подъемники снова установлены в исходные отверстия (то же место, что и раньше). Однако, если оригинальный кулачок изношен и нуждается в замене, замените также толкатели. Не портите новый или переточенный кулачок, повторно используя изношенные подъемники.

Единственным исключением из этого правила являются роликовые кулачки. Поскольку кулачки кулачка плоские, а подъемники имеют ролики, а не выпуклую поверхность, новый роликовый кулачок можно установить на бывшие в употреблении роликовые подъемники при условии, что все подъемники находятся в хорошем состоянии и не имеют повреждений, изъянов или трещин.

Гидравлические подъемники

Гидравлические подъемники были впервые разработаны еще в 1930-х годах и стали широко использоваться в серийных двигателях в 1950-х годах. Гидравлические толкатели устраняют стук, производимый массивными толкателями, потому что клапанный механизм работает с нулевым зазором (зазором). Цельным толкателям требуется небольшой воздушный зазор между кончиками коромысла и верхними частями штоков клапанов, чтобы компенсировать тепловое расширение двигателя при его нагреве. Регулировка зазора имеет решающее значение, потому что слишком большой зазор делает клапаны шумными и снижает подъем клапана, продолжительность и производительность. Слишком маленький зазор также может создать проблемы, поскольку из-за этого клапаны открываются раньше и закрываются позже, что снижает рассеивание тепла через седла клапанов, когда клапаны закрыты. Это может привести к перегреву некоторых клапанов (особенно выпускных клапанов) и выходу их из строя. Если зазор слишком тугой и полностью закрывается, он может удерживать клапан открытым, вызывая потерю компрессии и, возможно, контакт между клапаном и поршнем.

Цельные подъемники требуют регулярной регулировки зазоров клапанов для компенсации износа клапанного механизма. Для гоночных двигателей также может потребоваться регулировка зазоров клапанов для точной настройки двигателя в соответствии с преобладающими погодными условиями и условиями трассы. Изменение зазора клапана имеет тот же эффект, что и изменение подъема клапана и продолжительности. Меньший зазор увеличивает подъемную силу и продолжительность для более высокой конечной мощности, в то время как открытие регулировки зазора уменьшает подъемную силу и продолжительность для улучшения крутящего момента на низких оборотах и ​​реакции дроссельной заслонки.

Гидравлические подъемники устраняют стук и необходимость периодической регулировки, поддерживая нулевой зазор при работающем двигателе. Они делают это, используя давление масла на подпружиненный плунжер внутри корпуса подъемника. Масло заполняет полость под плунжером при закрытом клапане. Это толкает поршень вверх, чтобы устранить слабину в клапанном механизме и удерживать его в натянутом состоянии. Односторонний обратный клапан внутри подъемника удерживает давление внутри подъемника, когда клапан открывается. Поскольку масло несжимаемо, масло, оставшееся под плунжером, предотвращает сжатие плунжера, а подъемник действует как твердый подъемник, открывая клапан.

Гидравлические подъемники также бережнее относятся к компонентам клапанного механизма, чем сплошные подъемники, потому что нулевой зазор в клапанах уменьшает ударный эффект, возникающий, когда клапаны захлопываются при более высоких оборотах двигателя. Воздушного зазора для заполнения нет, поэтому клапан просто следует за кулачком, когда он закрывается для более мягкой посадки. Это также снижает уровень шума и помогает продлить срок службы компонентов клапанного механизма.

При нормальных условиях вождения нет опасности того, что клапаны вытолкнут из своих седел или не полностью закроются, поскольку пружины клапанов оказывают большее давление на клапанный механизм, чем давление масла внутри толкателей. Но при высоких оборотах двигателя (скажем, от 6000 до 6500 об/мин) гидрокомпенсаторы испытывают некоторые ограничения.

На высокой скорости гидравлические подъемники могут «накачивать» и удерживать клапаны открытыми, что приводит к плаванию клапанов. Это может произойти, если пружины клапана недостаточно сильны, чтобы поддерживать нормальное управление клапаном, и толкатели пытаются устранить слабину, которой на самом деле нет. Это приводит к чрезмерному удлинению плунжера и препятствует полному закрытию клапана. То же самое может произойти, если масло внутри толкателя не стравливается достаточно быстро между циклами для поддержания нормального зазора клапана.

Гидравлические подъемники также могут «откачиваться» или разрушаться при высоких оборотах, если внутри них происходит слишком большая утечка масла из-за небрежных допусков при сборке. Это создает слишком большой зазор в клапанном механизме, что приводит к шуму и потере мощности.

Гидравлические подъемники представляют собой узлы с точной посадкой. Плунжер плотно прилегает к корпусу, чтобы обеспечить минимальный зазор, поэтому скорость утечки не слишком велика или слишком мала. Вот почему вы никогда не должны смешивать внутренние детали при очистке и восстановлении комплекта гидравлических подъемников. Делайте каждый подъемник отдельно, чтобы сохранить исходные допуски сборки.

Одно из основных различий между серийными гидравлическими подъемниками и подъемниками послепродажного обслуживания заключается в том, что последние обычно имеют более жесткие внутренние допуски для лучшего контроля масла. Многие высокопроизводительные гидравлические подъемники также имеют улучшенную арматуру, которая позволяет им выдерживать большее количество оборотов в минуту, чем их стандартные аналоги. Хороший набор гидравлических подъемников послепродажного обслуживания, как правило, позволяет двигателю развивать скорость на 1000 об/мин выше, чем стандартные гидравлические подъемники. Некоторые могут обрабатывать даже больше RPM. Тем не менее, большинство гидравлических подъемников не могут сравниться по производительности и надежности со сплошными подъемниками со скоростью выше 8000 об/мин. Вот почему высокооборотные двигатели в NASCAR, дрэг-карах и автомобилях с кольцевой трассой до сих пор используют сплошные подъемники.

Гидравлические регулировки

Гидравлические подъемники необходимо отрегулировать при первоначальной установке, чтобы плунжер работал в среднем диапазоне хода. Если плунжер опустится до упора, это может помешать закрытию клапана, что приведет к неровной работе двигателя и возможному контакту клапана с поршнем. Плунжер, который чрезмерно выдвинут и находится вблизи верхнего предела своего хода, может быть не в состоянии поддерживать нулевой зазор при изменении температуры двигателя. Это может увеличить шум двигателя и даже привести к ударам плунжера по стопорному кольцу, что приведет к его выходу из строя.

Плунжер гидрокомпенсатора также может чрезмерно выдвинуться, если в двигателе заедают клапаны или происходит чрезмерный износ клапанного механизма. Он может занять столько слабины, прежде чем выйдет из строя.

Еще кое-что, о чем следует помнить, если вы заменяете набор гидравлических подъемников, это убедиться, что высота плунжера в новых подъемниках такая же, как и в старых подъемниках. Для компенсации разницы в высоте плунжера потребуются более длинные или более короткие толкатели.

Новый дизайн подъемника

Постоянное стремление добиться большей топливной экономичности современных двигателей привело к разработке различных технологий «рабочего объема по требованию», «переменного рабочего объема» или «отключения цилиндров» на некоторых двигателях. По сути, идея состоит в том, чтобы отключить до половины цилиндров двигателя, когда он находится под небольшой нагрузкой, для экономии топлива. Отключение топливных форсунок для отключения определенных цилиндров экономит топливо. Но если клапаны все еще открываются и закрываются, двигатель тратит энергию на прокачку воздуха через мертвые цилиндры. Клапаны также должны быть деактивированы в то же время, чтобы максимизировать экономию энергии.

Деактивация клапанов захватывает воздух в мертвых цилиндрах. Это создает эффект «воздушной пружины», который возвращает почти столько же энергии при ходе поршня вниз, сколько затрачивается при ходе сжатия вверх. Двигатель сжимает воздух во время такта сжатия, а воздух отталкивается назад, когда он расширяется во время хода вниз.

Существуют различные способы деактивации цилиндров, в том числе кулачки с разными кулачками для каждого цилиндра, изменение положения коромысла или использование гидравлических подъемников, которые могут складываться по команде для устранения подъема клапана. Толкатель клапана с регулируемым положением может работать с нормальной высотой плунжера или с уменьшенной высотой плунжера. Для этого требуется вторичное отверстие для подачи масла и клапан для изменения положения плунжера внутри подъемника.

Модуль управления силовым агрегатом (PCM) регулирует давление масла в толкателях с помощью электромагнитных клапанов. При отключении нескольких цилиндров можно использовать несколько соленоидов для управления потоком масла к различным парам толкателей. Деактивация цилиндров усложняет клапанный механизм и увеличивает вероятность того, что что-то пойдет не так и приведет к потере мощности, если цилиндры остаются деактивированными, когда они должны производить мощность. Проблемы с датчиками двигателя (в частности, MAP, датчиками расхода воздуха и положения дроссельной заслонки), соленоидами управления потоком масла, давлением моторного масла (если двигатель также оснащен масляным насосом переменной производительности), PCM или неисправности проводки могут повлиять на нормальную работу. такой системы.

Советы по сборке

При установке нового или отшлифованного кулачка и толкателей используйте смазку для кулачков высокого давления, а не моторное масло или сборочную смазку общего назначения, чтобы покрыть выступы кулачков и днища подъемников, и используйте обкатку. масло, содержащее дополнительный ZDDP. Смазка под высоким давлением необходима для защиты кулачка и толкателей после первоначального запуска и обкатки.

Новый кулачок и толкатели могут быть испорчены, если их не обкатать должным образом. Большинство из них требуют поддержания оборотов двигателя от 1500 до 2000 об/мин в течение 20 минут. Не позволяйте двигателю работать на холостом ходу и не перегружайте его. Кулачок и подъемники нуждаются в обильной смазке в этот период и минимальном напряжении, поскольку подъемники и лепестки знакомятся друг с другом. Окончательная регулировка клапанного механизма и настройка двигателя могут быть выполнены после завершения первоначального периода обкатки кулачка.

Роликовые кулачки более щадящие, чем плоские кулачки, в том, что касается обкатки, потому что трение намного меньше. Тем не менее, обороты двигателя должны поддерживаться на уровне от 1500 до 2000 об/мин после первоначального запуска в течение нескольких минут, чтобы убедиться, что все совместимо и получает достаточную смазку.

Гидравлические толкатели обычно издают некоторый шум при первом запуске двигателя, но вскоре он должен стихнуть, когда масло заполняет толкатели, а толкатели расширяются, уменьшая люфт в клапанном механизме. Некоторые эксперты говорят, что перед установкой гидрокомпенсаторы следует предварительно замочить в масле и прокачать. Другие говорят, что в этом нет необходимости, и на самом деле увеличивается риск того, что подъемники будут держать клапаны слишком открытыми.

Обычная процедура регулировки комплекта гидравлических толкателей заключается в вращении кулачка таким образом, чтобы каждая пара подъемников находилась в самом нижнем положении на базовой окружности кулачка. Это делается путем поворота кривошипа так, чтобы цилиндр находился в верхней мертвой точке на такте сжатия, при этом оба клапана были полностью закрыты. Затем коромысла настраиваются на нулевой зазор, а затем дополнительно поворачиваются на 1/2–3/4, чтобы толкнуть плунжеры внутри толкателей вниз в среднее положение. Затем процедура повторяется для каждого цилиндра, пока все подъемники не будут настроены. Если толкатели предварительно заполнены маслом, они могут не нажимать вниз, когда коромысла получают дополнительный поворот, в результате чего вместо этого клапаны поднимаются со своих седел.

Плоский толкатель против ролика, сплошной против гидравлического — блок двигателя

14 ноября 2019 г. 8 октября 2019 г. Марк Уильямс 0 Комментарии Распределительный вал, компенсаторы, подъемники

Давайте сразу к делу: нам нравятся подъемники. Это то, что мы все можем легко понять. Они выполняют очень простую работу: работают между толкателями и распределительным валом, помогая открывать клапаны. Однако эти маленькие жучки могут серьезно повлиять на производительность.

По мере того, как вы будете собирать двигатель, вам в ухо будут кричать множество голосов. Будь то твердый плоский толкатель - из-за ностальгии - или гидравлический - из-за уличных способностей - или, может быть, даже потратить свои деньги на причудливый набор роликов. Но что лучше для вас и почему?

Плоский толкатель против ролика

Я не собираюсь вытягивать дым и зеркала и делать вид, что это не та тема, которую посещают регулярно. Сразу скажу, что роликовые кулачки и подъемники — лучший универсальный выбор. (Если вас не волнуют правила бюджета и проведения мероприятий.)

Имея это в виду, подходят ли они каждому двигателестроителю? Нет. Почему бы и нет? Ну, потому что бюджеты могут быть ограниченными, правила могут быть ограничительными, и, конечно же, есть пуристы и традиционалисты.

В случае, если вы планируете участвовать в дрэг-рейсинге, класс, в котором вы участвуете, может не позволять вам использовать роликовый распределительный вал. Что-то вроде классов Pure Stock не позволит использовать роликовый кулачок или любой кулачок, который не находится в диапазоне заводских спецификаций кулачка для вашего двигателя. Это необходимо для обеспечения честности в конкуренции, поэтому, чтобы конкурировать, вам нужно соблюдать правила.

При этом роликовые подъемники предлагают значительные преимущества в мощности, а также более плавную работу двигателя. Одна из причин заключается в том, что роликовые подъемники имеют меньшее трение о распределительный вал, что облегчает вращение кулачка. Кроме того, профили лепестков могут быть гораздо более агрессивными. Кулачок может открывать и закрывать клапаны намного быстрее, что означает, что они также могут дольше удерживать клапан в полном подъеме. Это происходит из-за роликов в нижней части подъемника — гладкая поверхность качения позволяет использовать более агрессивные шлифовки кулачков, поскольку они не царапают и не заедают, как поверхность плоского толкателя.

Но не верьте нам на слово…

От SuperChevy: “ Большое преимущество роликовых кулачков перед своими собратьями с плоскими толкателями заключается не в уменьшении трения, о котором сразу думает большинство людей, а в увеличении скорости толкателя ( т. е. более высокие скорости линейного изменения). Это увеличение скорости — целых 30 процентов — соответствует большей мощности. … Более агрессивная скорость линейного изменения роликовых кулачков обычно требует более высоких нагрузок пружины для управления движением клапанного механизма.

Еще одним важным преимуществом роликового кулачка является повышенная долговечность. Роликовая конструкция имеет гораздо меньше шансов выйти из строя по сравнению с плоским толкателем, поскольку они не так зависят от брызг масла для обеспечения правильной работы. Кроме того, с плоскими кулачками толкателя выбор правильного давления пружины гораздо более важен по сравнению с более щадящей конструкцией ролика. Эта надежность является причиной того, что OEM-производители перешли от плоских толкателей к роликовым кулачкам в серийных автомобилях. Это также то, что делает роликовый клапанный механизм лучшим выбором для уличного двигателя с хот-родом 9.0134».