Základní parametry a vlastnosti profilu vačky

Transkript

1 A zdvih ventilu B časování při 1mm zdvihu C časování při vymezení ventilové vůle D vůle ventilu Plnost profilu vačky má zásadní vliv na výkonové parametry motoru. V případě symetrického profilu se hodnota plnosti určí dle vztahu: Plnost = S 2 / S 1 = / 40

2 vvv vsv vo zvv vz zsv výfukový ventil sací ventil vvv vrchol výfukové vačky vsv vrchol sací vačky vo výfuk otevírá (1mm zdvihu) vz výfuk zavírá (1mm zdvihu) so sání otevírá (1mm zdvihu) sz sání zavírá (1mm zdvihu) zvv zdvih výfukového ventilu v HU zsv zdvih sacího ventilu v HU překřížení = so + vz so sz Nejmenší vzdálenost mezi pístem a ventilem není v horní úvrati pístu. 41

3 V praxi se využívá zápisu : a α, v α v= dx dt dα dα = dx dα ω a= dv = d2 x dt dα2 ω2 Pro názornost budeme používat zápisu: a t, v t v= dx dt a= dv = d2 x dt dt 2 Lze se setkat s proměnnou jerk: jerk= da dt = da dα ω3 42

4 v = h ω R zdvihatka > h = v ω = dx dt 1 ω = dx dα h max 2 + L 2 + e 2 Vyosení palce e mimo osu zdvihátka je jeden ze způsobů jak způsobit pootáčení zdvihátka za provozu. R zdvihatka > v 2 max ω 2 + L e Určující pro volbu poloměru zdvihátka je maximální rychlost ventilu. 43

5 Pro výpočet síly v částech rozvodového mechanismu je třeba jednotlivým členům přiřadit odpovídající hmotnosti. Výpočet se poté provede dle základní rovnice: F = m a U takto jednoduché konstrukce (s hrníčkovým zdvihátkem) počítáme s reálnými hmotnostmi všech členů ( zdvihátko, horní miska pera, ventil atd.) vyjma ventilové pružiny. U ventilové pružiny je třeba zohlednit pohyb jednotlivých závitů a provézt redukci hmotnosti tak, aby celková kinetická energie všech závitů byla shodná s energii redukované hmotnosti. V případě redukce na rychlost ventilu se řídíme vzorcem: n m red = 1 v 2 i=1 m i v i 2 Hodnota m red se liší dle konstrukce pružiny: V případě vahadlového rozvodu nebo rozvodu OHV je třeba redukovat i hmotnosti částí pohybujících se odlišnou rychlostí, případně hmot konajících kývavý pohyb a to rovněž dle principu shodné celkové kinetické energie. 44

6 Závislost průběhu síly v kontaktní ploše zdvihátko/ventil na otáčkách vačkového hřídele Otáčky vačky /min Otáčky vačky /min 45

7 Závislost průběhu krouticího momentu na otáčkách vačkového hřídele ( pouze od F) Otáčky vačky /min Otáčky vačky /min 46

8 Celkový moment od vačkových profilů se rovná součtu jednotlivých momentů se správným fázovým posunem. Tyto momenty jsou způsobeny silami F a Ft. Do celkového momentu vačkového hřídele je nutné uvažovat i moment ložisek a případně připojených zařízení ( vodní pumpa, vysokotlaká pumpa atd.). Příklad pro vačkový hřídel s třemi profily pootočenými o 120 Otáčky vačky /min Otáčky vačky /min 47

9 V případě, že uvažujeme tření v kontaktu vačka / zdvihátko, dojde k určité deformaci průběhu krouticího momentu. Tato deformace je způsobena silou Ft. Otáčky vačkového hřídele /min Otáčky vačkového hřídele /min Výkon a střední krouticí moment potřebný k překonání pasivních odporů v kontaktu vačka/zdvihátko ( f = 0,05) Příklad celkového příkonu rozvodového mechanismu 48

10 Poloměr křivosti a Hertzovy tlaky u hrníčkového zdvihátka 49

11 Poloměr křivosti u vahadlového rozvodu Při velkých hodnotách kladných zrychlení hrozí překročení hranice konvexního/konkávního profilu vačky. Tato hranice je určena celkovou geometrii mechanismu. Překročení této hranice je nutné v případě požadavku na velkou plnost profilu, nebo krátké časování rozvodu. 50

12 U rozvodu s vahadlem dochází vlivem Ft k bočnímu namáhání ventilu. To má za následek zvýšené opotřebení sedla ventilu a vodítka ventilu a to v rovině kyvu vahadla. 51

13 oblast pro vymezení vůle v rozvodu Základní parametry a vlastnosti profilu vačky Vymezení ventilové vůle Nejčastěji se používá náběh s konstantní rychlostí, mohou však být i modifikace s kladným i záporným zrychlením. Často bývají použité i nesymetrické profily s kratším náběhem a delším seběhem. Připojení nesymetrických náběhů znamená i nesymetrii zbytku profilu. Některé zdroje uvádí maximální rychlost dosedu ventilu do sedla cca 0,18m/s. Připojení náběhů k základnímu profilu vždy znamená snížení plnosti profilu. Hydraulické vymezení vůle přináší: - snížení náběhu o cca 1 řád - nízký rozptyl hodnot časování - prodloužení údržby - snížení tuhosti mechanismu - zpřísněné požadavky na funkci olejového systému 52

14 Dynamická soustava Základní pohybová rovnice m red x + b x + k x = F(t) Vlastní frekvence netlumené soustavy f = 1 2 π k m 53

15 Příklad výsledků simulace ventilového rozvodu 54

16 Možnosti potlačení oscilací závitů pružiny: kontaktní pružiny (třecí dvojice) progresivně vinuté pružiny (změna počtu činných závitů) 55

17 Vlastní frekvence ventilové pružiny Základní parametry a vlastnosti profilu vačky 56

18 Kontaktní pružiny, otáčky motoru /min Základní parametry a vlastnosti profilu vačky Kontaktní pružiny, otáčky motoru /min progresivní pružina, otáčky motoru /min progresivní pružina, otáčky motoru /min 57

19 Možné určení tlumení a vlastních frekvencí systému 58

20 střední otáčky maximální otáčky 59

21 60

22 Návrh vačky vycházející ze zdvihové závislosti Harmonická vačka x,v,a se skládají z harmonických funkcí a to v případě plochého zvedáku. Tangenciální vačka Obrys je dán úsečkou AC a poloměry R a r 2. Nelze použít pro plochý zvedák. Zvyšování plnosti vačky vede ke konkávnímu profilu a to přináší komplikace při výrobě. Konvexní profil Konkávní profil 61

23 Návrh vačky vycházející z průběhu zrychlení ( určující jsou silové poměry v rozvodovém mechanismu) Hodnoty rychlosti a zdvihu dostáváme zpětnou integrací křivky zrychlení. Nutnost dodržení podmínky: 0 ε a dε = 0 zdvih= c 0 + c 2 x 2 + c p x p + c q x q + c r x r + c s x s p = 2 n + 2 q = 4 n + 2 r = 6 n + 2 s = 8 n

24 Příklady závad ventilového rozvodu Přídavný ohyb od pružiny + starší konstrukce klínku Opotřebení vlivem nadměrného otáčení ventilu Působení kyselin, nečistot a vysoké teploty ve výfukových plynech 63

25 Příklady závad ventilového rozvodu Příliš velká ventilová vůle Příliš malá ventilová vůle Nesouosé vedení ventilu a sedla Tření mezi závity ventilové pružiny 64

26 Příklady závad ventilového rozvodu Příliš malá vůle mezi vodítkem a ventilem Příliš velká vůle mezi vodítkem a ventilem Nesymetrické zatížení dosedací plochy pružiny a špatné konstrukce odlitku hlavy motoru Dynamické přetížení ventilové pružiny 65