Толкатель или толкатель клапана — это компонент клапанного механизма , который преобразует вращательное движение в поступательное движение при активации клапана. Чаще всего он встречается в двигателях внутреннего сгорания , где он преобразует вращательное движение распределительного вала в поступательное движение впускных и выпускных клапанов, напрямую или косвенно.
Ранее этот термин использовался для обозначения части клапанного механизма в коромысловых двигателях, начиная с 1715 года. Этот термин также используется для обозначения компонентов в пневматических цилиндрах и ткацких станках .
.jpg/1280px-Leawood_Pump_(geograph_2682446).jpg)
Первое зарегистрированное использование термина «толкатель» относится к клапанному механизму двигателя Ньюкомена 1715 года , ранней формы парового двигателя. Ранние версии двигателей Ньюкомена с 1712 года имели клапаны с ручным управлением, но к 1715 году эта повторяющаяся задача была автоматизирована с помощью толкателей. На балке двигателя был подвешен вертикальный «штанга-заглушка» рядом с цилиндром. К этому стержню были прикреплены регулируемые блоки или «толкатели», и когда балка двигалась вверх и вниз, толкатели нажимали на длинные рычаги или «рога», прикрепленные к клапанам двигателя, выполняя цикл паровых и впрыскивающих водяных клапанов для работы двигателя. [1]
Эта операция с толкателями на штоке свечи зажигания продолжалась до начала двадцатого века в двигателе Корнуолла . [2]
Начиная с XIX века, в большинстве паровых двигателей использовались золотниковые или поршневые клапаны , не требующие использования толкателей.
В двигателе внутреннего сгорания толкатель (также называемый «толкателем клапана» или «толкателем кулачка») [3] [4] [5] представляет собой компонент, который преобразует вращение распределительного вала в вертикальное движение для открытия и закрытия впускного или выпускного клапана .
Основные типы толкателей, используемых в автомобильных двигателях, — это сплошные, гидравлические и роликовые. [6] [7]
Чтобы уменьшить износ от вращающегося распределительного вала, толкатели обычно делают круглыми и позволяют или даже поощряют их вращаться на месте. Это минимизирует износ, вызванный контактом распределительного вала с одной и той же точкой на основании толкателя в каждом цикле клапана, что может привести к образованию канавок. Однако в некоторых относительно небольших двигателях с большим количеством цилиндров (например, двигатель Daimler '250' V8 ) толкатели были маленькими и невращающимися. [ необходима цитата ]
Основание большинства плоских толкателей имеет слегка выпуклый профиль для смягчения контакта передней кромки кулачка распределительного вала.
Альтернативой толкателю является «пальцевый толкатель», который представляет собой поворотную балку, используемую для преобразования вращения распределительного вала в открытие и закрытие клапана. Пальцевые толкатели используются в некоторых высокопроизводительных двигателях с двойным верхним распредвалом (DOHC), чаще всего в мотоциклах и спортивных автомобилях. [8]
На 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, пока не будет достигнут желаемый зазор с помощью щупа . 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 отказу двигателя, что привело к фатальным авиакатастрофам. [9]
На некоторых двигателях OHV в 1960-х годах, таких как двигатель Ford Taunus V4 и двигатель Opel CIH , регулировка толкателя производилась путем установки высоты точки поворота коромысла (а не типичным методом регулировочного винта конца коромысла). На версиях двигателя Opel CIH 1965-1970 годов с цельными толкателями регулировка толкателя проводилась при работающем двигателе. [10]
Гидравлический толкатель , также известный как «гидравлический подъемник клапана» и «гидравлический компенсатор зазора», содержит небольшой гидравлический поршень, который заполняется моторным маслом под давлением. [4] [11] Поршень действует как гидравлическая пружина, которая автоматически регулирует зазор толкателя в соответствии с давлением масла. Хотя движения поршня невелики и редки, их достаточно, чтобы сделать срабатывание клапана саморегулирующимся, так что нет необходимости вручную регулировать зазор толкателей.
Гидравлические толкатели зависят от подачи чистого масла под соответствующим давлением. При запуске холодного двигателя с низким давлением масла гидравлические толкатели часто шумят в течение нескольких секунд, пока не займут правильное положение.
Ранние автомобильные двигатели [ когда? ] использовали ролик в точке контакта с распределительным валом, [12] : 44 однако, по мере увеличения скорости двигателя, «плоские толкатели» с гладкими концами стали гораздо более распространенными, чем толкатели с роликами. Однако в последнее время роликовые толкатели и коромысла с концами роликовых толкателей возродились из-за меньшего трения, обеспечивающего большую эффективность и уменьшающего сопротивление. [7]
.jpg/1280px-Sidevalve_engine_with_forced_oil_lubrication_to_crank_and_oil_mist_to_camshaft_(Autocar_Handbook,_13th_ed,_1935).jpg)
В двигателе с боковым расположением клапанов — распространенной конструкции для автомобильных двигателей до 1950-х годов — клапаны установлены по бокам цилиндра и обращены вверх. Это означает, что распределительный вал можно было разместить непосредственно под клапанами, без необходимости использования коромысла. В более низких блоках цилиндров толкатели могли приводить в действие клапаны напрямую, даже без необходимости использования толкателя. [4] [13] Двигатели с боковым расположением клапанов также требовали регулярной регулировки зазора толкателя, и в этом случае сами толкатели регулировались напрямую. Небольшие пластины доступа были предусмотрены по бокам блока цилиндров, обеспечивая доступ к зазору между клапанами и толкателями. Некоторые толкатели имели резьбовой регулятор, но более простые двигатели можно было отрегулировать, напрямую шлифуя концы штока клапана. Поскольку регулировка толкателя всегда заключалась в расширении зазора (перешлифовка клапанов в их седлах во время удаления кокса заставляет их сидеть ниже, тем самым уменьшая зазор толкателя), регулировка путем укорачивания штоков клапанов была жизнеспособным методом. В конечном итоге клапаны пришлось полностью заменить, что было довольно распространенной операцией для двигателей той эпохи.
В двигателе с толкателями толкатели расположены внизу в блоке цилиндров и приводят в действие длинные тонкие толкатели , которые передают движение (через коромысла) клапанам, расположенным в верхней части двигателя. [14]
В двигателе с одним верхним распредвалом (SOHC) толкатели интегрированы в конструкцию коромысел как одно целое, поскольку распредвал напрямую взаимодействует с коромыслом. Массовое производство двигателей SOHC для легковых автомобилей стало более распространенным в 1970-х годах в виде головок цилиндров с поперечным потоком с верхними коромыслами , расположенными непосредственно над одним верхним распредвалом, как более эффективная конструкция, которую можно было изготовить экономически эффективно. Двигатель Ford Pinto 1970-2001 годов был одним из первых двигателей массового производства, в котором использовалась конструкция SOHC с зубчатым кулачковым ремнем. [15] В этой конфигурации коромысла совмещают функцию скользящего толкателя, коромысла и регулировочного устройства. Регулировка зазора клапана обычно производилась резьбовой шпилькой на клапанном конце коромысла. Линейная скользящая сторона толкателя часто имела высокую скорость износа и требовала тщательной смазки маслом, содержащим цинковые добавки. Сравнительно 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 кулачками, который приводил в действие 16 клапанов посредством продуманного расположения коромысел. [16] [17]
.jpg/1280px-Overhead_valve_with_bucket_tappet_(Autocar_Handbook,_13th_ed,_1935).jpg)
Двигатели с двойным верхним распредвалом (DOHC) были впервые разработаны как высокопроизводительные авиационные и гоночные двигатели, с распредвалами, установленными непосредственно над клапанами и приводящими их в движение посредством простого «ковшового толкателя». Большинство двигателей использовали головку блока цилиндров с поперечным потоком, с клапанами в два ряда на одной линии с соответствующим им распредвалом. Регулировка зазора толкателя обычно устанавливается с помощью небольшой прокладки , расположенной либо над, либо под толкателем. Прокладки изготавливались в диапазоне стандартных толщин, и механик менял их, чтобы изменить зазор толкателя. В ранних двигателях DOHC двигатель сначала собирался с прокладкой по умолчанию известной толщины, затем измерялся зазор. Это измерение использовалось для расчета толщины прокладки, которая приводила к желаемому зазору. После установки новой прокладки зазоры измерялись снова, чтобы убедиться, что зазор был правильным. Поскольку для замены прокладок приходилось снимать распредвал, это была очень трудоемкая операция (особенно потому, что положение распредвала могло немного меняться каждый раз, когда он был переустановлен). Более поздние двигатели использовали улучшенную конструкцию, в которой прокладки располагались над толкателями, что позволяло менять каждую прокладку, не снимая толкатель или распредвал. Недостатком этой конструкции является то, что трущаяся поверхность толкателя становится поверхностью прокладки, что является сложной проблемой металлургии массового производства. Первым двигателем массового производства, в котором использовалась эта система, был двигатель Fiat Twin Cam 1966-2000 годов , за которым последовали двигатели Volvo и Volkswagen с водяным охлаждением. [18]
.jpg/1280px-Arc_valve,_tappet_and_valve_chest_(Rankin_Kennedy,_Modern_Engines,_Vol_VI).jpg)
Термин «толкатель» также используется, неявно, как компонент клапанных систем для других машин, в частности, как часть ударного клапана в пневматических цилиндрах . Когда производится возвратно-поступательное действие, например, для пневматической дрели или отбойного молотка , клапан может приводиться в действие инерцией или движением рабочего поршня. Когда поршень ударяет вперед и назад, он воздействует на небольшой толкатель, который, в свою очередь, перемещает воздушный клапан и, таким образом, меняет направление потока воздуха к поршню. [19]
В ткацких станках толкатель — это механизм, который помогает формировать зев или отверстие в нитях основы (в длинном направлении) материала, через которые пропускаются нити утка (из стороны в сторону или в коротком направлении). Толкатели формируют основные узоры в материале, такие как полотняное переплетение, саржа, джинсовая ткань или атласное переплетение. Харрис-твид до сих пор ткут на станках, в которых толкатели до сих пор используются. [ необходима цитата ]