Устройства и работы КШМ двигателя

Цель: закрепление и углубление знаний об устройстве и взаимодействии деталей КШМ.

Выполнив работу, Вы будете:

уметь:

– различать типы двигателей, их конструктивные особенности.

оборудование, инструменты, материалы: макеты двигателей ЗИЛ-508, КаМАЗ-790 установленные на поворотных подставках; узлы и детали КШМ; плакаты с разрезами двигателей ЗИЛ-508, ЯМЗ-238, ВАЗ-2107.

Порядок выполнения работы

1. Изучите устройство деталей кривошипно-шатунного механизма по макетам и плакатам.

2. Опишите порядок разборки кривошипно-шатунного механизма ЗИЛ-508.

3. Опишите порядок сборки кривошипно-шатунного механизма ЗИЛ-508.

4. Опишите требования безопасности при выполнении разборочно-сборочных работ.

5. Определите литровый объем двигателя, предварительно рассчитав его составляющие по формулам:

,

где: i – число цилиндров;

V_Р – рабочий объем одного цилиндра (л).

(л),

где: S – ход поршня.

S = 2R,

где: R – радиус кривошипа;

D – диаметр поршня (мм);

p – величина = 3,14.

Тест для самоконтроля к 1.1

Ответьте на вопрос.

1. На какой угол поворачивается коленчатый вал за один такт?

Выберите правильный вариант ответа.

2. Какие параметры не влияют на значение рабочего объема цилиндра?

1) длина шатуна; 3) объем камеры сгорания;

2) диаметр поршня; 4) ход поршня.

3. По какой формуле определяется степень сжатия?

1) ; 2) ; 3) ; 4) .

4. Рабочий объем цилиндра равен 500 см³, объем камеры сгорания 100 см³. Чему равна степень сжатия?

1) 5;

2) 6;

3) 0,2;

4) 1,2

Ответьте на вопрос.

5. При каком такте в цилиндре двигателя совершается полезная работа, часть которой идет на накопление энергии маховика?

Закончите предложение.

6. При такте впуска в цилиндры дизельного двигателя поступает … .

Ответьте на вопрос.

7. При каком такте в цилиндры карбюраторного двигателя поступает горючая смесь?

Выберите правильный вариант ответа.

8. Какой порядок работы имеет двигатель автомобиля КамАЗ-5320?

1) 1-2-3-3-8-7-5-6; 2) 1-5-4-2-6-3-7-84; 3) 1-3-5-7-8-6-2-4; 4) 1-8-5-7-2-6-4-3.

Газораспределительный механизм (ГРМ)

Входной тест

Выполните задания №№ 1, 5, 6, 7, 9 теста для самоконтроля к 1.1.

Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в камеру сгорания горючей смеси (карбюраторные и газосмесительные двигатели) или воздуха (дизельные двигатели) путем открытия впускного клапана и выпуска отработавших газов путем открытия выпускного клапана, а также обеспечения надежной изоляции камеры сгорания во время тактов сжатия и рабочего хода.

Типы газораспределительных механизмов

Газораспределительные механизмы различают по расположению клапанов в двигателе. Они могут быть с верхним (в головке цилиндров) подвесным расположением клапанов и нижним (в блоке цилиндров). Наиболее распространен ГРМ с верхним расположением клапанов.

В большинстве автомобильных двигателей распределительные валы установлены в блоке цилиндров – нижнее расположение вала.

Это в основном грузовые автомобили. У большинства двигателей легковых автомобилей распределительные валы устанавливают на головке блока – верхнее расположение распредвала, что значительно упрощает механизм газораспределения, однако усложняется привод распредвала (цепной или ременной).

Детали механизма газораспределения (ГРМ)

Общая схема устройства газораспределительного механизма представлена на рис. 9.

Рис. 9. Схема газораспределительного механизма и его детали

а) ЯМЗ-236; б) КамАЗ-740; 1 – средняя ось; 2 – распорная втулка; 3 – крайняя ось толкателя; 4 – толкатель; 5 – промежуточная втулка; 6 – штанга; 7 – регулировочный винт; 8 – коромысло; 9 – контргайка; 10 – стопорное кольцо;11 – упорная шайба; 12 – выпускной клапан; 13 – сухарь; 14 – втулка; 15 – тарелка клапана; 16 – болт крепления оси коромысла; 17 – ось коромысла; 18 – внешняя пружина; 19 – внутренняя пружина; 20 – шайба; 21 – впускной клапан; 22 – пробка; 23 – задняя втулка оси толкателя; 24 – распределительный вал; 25 – направляющая толкателей; 26 – головка цилиндров; 27 – седло клапана; 28 – направляющая втулка; 29 – наплавка на толкателе; А – тепловой зазор

распределительные приводы

Распределительный вал приводится во вращение зубчатыми колесами (рис. 10 а-в) или имеет цепной и ременной привод у двигателей с верхним расположением распредвала (рис. 10 г). Отечественные грузовые автомобили имеют зубчатый привод распределительного вала, состоящий, как правило, из двух зубчатых колес. Одно колесо установлено на коленчатом валу, другое – на распредвалу. Оба колеса имеют косые зубья для плавного зацепления и уменьшения шума. Колеса изготавливают из стали или отливают из чугуна. у некоторых автомобилей зубчатые колеса изготавливают из текстолита (ГАЗ). У дизеля КамАЗ-740 (рис. 10 в) привод имеет пять зубчатых колес расположенных в задней части блока цилиндров. В 4-тактном двигателе за один рабочий цикл коленвал делает два оборота, а распредвал – один, следовательно зубчатое колесо распредвала (если привод состоит из 2-х колес) имеет в два раза больше зубьев чем колесо коленвала. При сборке двигателя необходимо по меткам соединять зубчатые колеса на коленчатом и распределительном валах, а у дизелей при сборке также совмещать метки на зубчатых колесах привода топливного насоса (ТНВД).

Рис. 10. Привод механизма газораспределения

а) ЯМЗ-236; б) ЗИЛ-508 и ЗМЗ-53; в) КамАЗ-740; г) ВАЗ-2107; 1 – зубчатое колесо привода масляного насоса; 2 и 11 – промежуточные зубчатые колеса; 3 – распределительное зубчатое колесо коленчатого вала; 4, 7 и 10 – метки; 5 – зубчатое колесо распределительного вала; 6 и 9 – зубчатые колеса привода топливного насоса; 8 – зубчатое колесо привода вентилятора; 12 – зубчатое колесо привода насоса гидроусилителя рулевого привода; 13 – зубчатое колесо привода компрессора; 14 – ведомая ветвь цепи; 15 – башмак натяжного механизма; 16 – натяжной механизм; 17 – распределительный вал; 18 – успокоитель; 19 – ведущая ветвь цепи

Распределительный вал. Передает движение от коленвала через кулачки к клапанам. Определенная последовательность открытия клапанов обеспечивается соответствующим расположением кулачков рапредвала. Распредвал (1) (рис. 11) вместе с кулачками (8) штампуют из углеродистой стали 45 или отливают из чугуна («Москвич» и «Жигули»). Число кулачков распредвала в два раза больше числа цилиндров. На распредвалу могут находиться зубчатые колеса привода распределителя зажигания и масляного насоса (ГАЗ-53, ЗИЛ-130), эксцентрик привода бензонасоса. В качестве подшипников распредвалов, чаще всего применяют запрессованные в блок цилиндров втулки из цветных металлов или покрытые антифрикционным сплавом.

Распредвалы удерживаются от осевых смещений упорными фланцами (4), прикрепленными двумя болтами к блоку.

Корпус (10) заднего подшипника (рис. 11 б) КамАЗ-740 имеет фланец, который исключает осевое смещение распредвала.

Колесо (2) установлено на распредвале на шпонке (9).

Рис. 11. Детали механизма газораспределения

а) ЯМЗ-236; б) КамАЗ-740; 1 – распределительный вал; 2 – зубчатое колесо распределительного вала; 3 – ведущее зубчатое колесо привода топливного насоса; 4 – упорный фланец; 5 – передняя опорная втулка; 6 – задняя втулка; 7 – опорные шейки; 8 – кулачки распределительного вала; 9 – шпонка; 10 – корпус подшипника с фланцем

Толкатели. Передают усилие от распредвала к клапану или штанге. Изготавливаются из стали или чугуна. Рабочую поверхность толкателей закаливают и шлифуют. Толкатели могут быть тарельчатые, цилиндрические и рычажные. Тарельчатые толкатели (рис. 12 а) получили распространение в двигателях с нижним расположением клапанов.

В двигателях с верхним расположением клапанов (ГАЗ-53, ГАЗ-3102, ЗИЛ-130 и другие) применяют цилиндрические толкатели (рис. 12 б).

Рабочую поверхность толкателя, соприкасающуюся с кулачком, обрабатывают по сфере. Для равномерного износа поверхностей кулачка и толкателя, последнему придается вращение при набегании на него кулачка. Вращение толкателя достигается в результате смещения от его оси точки касания с кулачком.

Кулачок распредвала имеет небольшую конусность.

Толкатели размещаются в отверстиях в блоке цилиндров или в головке цилиндров (ВАЗ-2108, ВАЗ-2109) .

В дизельных двигателях ЯМЗ-236, 238 применяются подвесные рычажные толкатели (3) (рис. 12 б), свободно установленные на разрезной оси, расположенной на четырех опорах над распределительным валом. Ось (11) ролика (9) вращается на игольчатых подшипниках (10), установленных в вилке (13) толкателя. Ролик перекатывается по кулачку распредвала. Сверху в толкатель запрессована пята (8) со сферической поверхностью под штангу.

Рис. 12. Толкатели

а – тарельчатый со сферической опорной поверхностью; б – цилиндрический (поршневой); в – рычажный; 1 – распределительный вал; 2 – кулачок; 3 – толкатель; 4 – регулировочный болт; 5 – контргайка; 6 – штанга; 7 – отверстие для слива масла; 8 – пята; 9 – ролик; 10 – игольчатый подшипник; 11 – ось ролика; 12 – втулка; 13 – вилка толкателя

Штанги передают усилие от толкателя на коромысло. Их изготавливают из алюминевого прутка (ГАЗ-3102, ГАЗ-53), стального прутка с закаленными концами (ЗИЛ-130) или из стальной трубки (ЯМЗ-236, КамАЗ-740). На концы штанги (6) напрессованы стальные закаленные наконечники, для шарнирного соединения с толкателем и регулировочным винтом (7) коромысла (8) (рис. 9).

Коромысла. Усилие от штанги к клапану передает коромысло (8), которое представляет собой стальной неравноплечий рычаг, длинное плечо которого расположено над клапаном, а короткое над штангой (рис. 9).

В коротком плече есть отверстие, в которое ввернут регулировочный винт (7) удерживаемый от наворачивания гайкой (9). При работе двигателя штанга нажимает на короткое плечо коромысла, установленного на оси (17), а его длинное плечо давит на стержень клапана. Поверхность конца коромысла называется бойком. Поверхность регулировочного винта и боек коромысла термически обрабатывают и шлифуют. В отверстие ступицы коромысла запрессовывают бронзовую втулку с кольцевой канавкой внутри для подвода масла к регулировочному винту, через отверстие в коротком плече коромысла. Винт (7) (рис. 9 б) имеет кольцевую канавку и центральный канал для подвода масла к наконечнику штанги. Стойки коромысел крепятся через шпильки, ввернутые в головку блока.

От продольного смещения коромысла удерживаются распорными пружинами.

Клапаны. Назначение клапана – открывать и закрывать впускное или выпускное отверстия, расположенные в головке блока. Основными частями клапана являются головка и стержень. Плавный переход от головки к стержню обеспечивает уменьшение сопротивления движения газов. Чтобы клапан (12) плотно прилегал к седлу клапана (27) (рис. 9 б), на его головке делают фаску, которую шлифуют и притирают к фаске седла. Тарелки у впускного клапана обычно делают большего диаметра для лучшего пополнения цилиндров. Клапаны изготавливают из высоколегированной стали. Стержень клапана перемещается в направляющей втулке, запрессованной в головку блока. В большинстве двигателей применяют пористые порошковые втулки с хорошим антифрикционным свойством.

На конце стержня клапана есть выточка для соединения его с пружиной (6) (рис. 13) при помощи сухарей (8) и тарелки (7). Пружина способствует плотному прилеганию клапана к седлу. Пружину изготавливают из высокопрочной пружинной проволоки с переменным шагом. На ряде двигателей на клапан устанавливают по две пружины с разным направлением навивки, чтобы исключить заклинивание и повысить надежность (при поломке одной пружины клапан удерживается другой). В соединении клапана с пружинной используется также коническая втулка или тарелка пружины (7). Выпускной клапан ЗИЛ-130 имеет внутри полость, заполненную на две трети натриевым наполнителем, который при работе двигателя расплавляется и, перемещаясь внутри клапана, отводит тепло от головки клапана к стержню. Для повышения надежности выпускного клапана в их конструкцию вводят механизм вращения клапана, при этом устраняется возможность образования нагара на рабочей фаске. В корпусе (2) механизма вращения клапана расположено пять углублений для шариков по окружности (3) с возвратными пружинами (10). Сверху над шариками установлена дисковая пружина (9) и опорная шайба (4).

При открытии клапана пружина (6) клапана сжимается и через дисковую пружину (9) усилие передается шарикам (3).

Шарики, перекатываясь в углублениях, сжимают пружины (10), поворачивая (вследствие трения) дисковую пружину (9) с опорной шайбой (4), которая, в свою очередь, поворачивает пружину (6) одновременно с клапаном.

Рис. 13. Выпускной клапан двигателя автомобиля ЗИЛ-130 с механизмом вращения

а – выпускной клапан и механизм вращения; б-г – соответственно начальное, рабочее и конечное положения механизма вращения; 1 – выпускной клапан; 2 – корпус механизма вращения; 3 – шарик; 4 – опорная шайба; 5 – замковое кольцо; 6 – пружина клапана; 7 – тарелка пружины; 8 – сухарь; 9 – дисковая пружина; 10 – возвратная пружина; 11 – натриевый наполнитель; 12 – направляющая втулка; 13 – седло клапана; 14 – жаростойкая наплавка; 15 – заглушка; 16 – головка блока

Фазы газораспределения. В действительности при работе двигателя открытие и закрытие клапанов происходит не в момент прохождения поршня в ВМТ и НПТ, а с некоторым опережением и запаздыванием, что необходимо для улучшения наполнения цилиндров чистым воздухом (дизели) или горючей смесью (карбюраторные), а также лучшей очистки их от отработавших газов.

Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленвала по отношению к соответствующим мертвым точкам, называют фазами газораспределения и изображают в виде круговых диаграмм.

Рассмотрим общую диаграмму фаз газораспределения 4-тактного двигателя (рис. 14 а).

Впускной клапан открывается (точка 1) с опережением на угол a, то есть до прихода поршня в ВМТ. следовательно, в начале движения поршня вниз впускной клапан уже будет открыт и наполнение цилиндра свежим зарядом улучшается.

Закрывается впускной клапан в точке (2) с запаздыванием на угол δ в начале такта сжатия. Выпускной клапан (1) открывается (точка 3) до прихода поршня в НМТ в конце такта рабочего хода с опережением (угол γ). Поршень движется вниз, а отработавшие газы уже начинают выходить из цилиндра. Закрытие выпускного клапана (точка 4) происходит с запаздыванием (угол β) после прохода поршнем ВМТ. Таким образом, в течение некоторого времени оба клапана (впускной и выпускной) открыты, что соответствует повороту коленчатого вала на угол равный сумме углов (α + ß). Этот период называют перекрытием клапанов.

Фазы газораспределения действительны при соответствующих тепловых зазорах между стержнем клапана и бойком коромысла. Этот зазор для ЗИЛ-130 составляет 0,30 мм, для ГАЗ-53 А – 0,35 мм, для впускных клапанов КамАЗ – 740-0,30 мм, для выпускных – 0,40 мм.

Рис. 14. Диаграмма фаз газораспределения

а) общая четырехтактного двигателя; б) двигателя автомобиля ЗИЛ-130; в) дизеля КамАЗ-740; 1-2 – фаза впуска; 3-4 – фаза выпуска; 0 – центр вращения вала

Практическая работа № 2

Выполнение заданий по самостоятельному изучению устройства и работы газораспределительного механизма (ГРМ).

Цель: закрепление и углубление знаний об устройстве и взаимодействии деталей газораспределительного механизма.

Выполнив работу, Вы будете:

уметь:

– различать типы газораспределительных механизмов, их конструктивные особенности;

– строить диаграммы фаз газораспределения различных двигателей.

Оборудование, инструмент, материалы: макеты двигателей, плакаты по устройству двигателей, литература по устройству двигателей, действующий макет ГРМ ЗИЛ-131, карандаш, линейка, циркуль, транспортир, таблицы.

Порядок выполнения работы

1. Изучите устройство ГРМ по плакатам и макету.

2. Опишите порядок разборки газораспределительного механизма.

3. Опишите порядок сборки газораспределительного механизма.

4. Постройте на формате А-4 диаграмму фаз газораспределения двигателя по табличным данным (табл. 1).

Таблица 1

Фазы газораспределения в (º) двигателей различных автомобилей

Наименование	ВАЗ-2106	ГАЗ-3102	ГАЗ-53	ЗИЛ-130	МАЗ-3335	КамАЗ
Впускной клапан: Открытие до ВМТ
Закрытие после НМТ
Продолжительность впуска
Выпускной клапан: открытие НМТ
Закрытие после ВМТ
Продолжительность выпуска
Перекрытие клапанов

Тест для самоконтроля к 1.2

Закончите предложение.

1. Тепловые зазоры в клапанных механизмах устанавливают для того, чтобы исключить … .

2. Тепловые зазоры в клапанном механизме проверяют и регулируют на … .

3. В каких пределах лежат значения тепловых зазоров в ГРМ двигателя ЗИЛ-508?

Укажите соответствие.

4. В каком положении находится впускной и выпускной клапаны, если поршень расположен:

1) в ВМТ конце такта выпуска;	а) впускной закрыт, выпускной открыт;
2) в ВМТ конце такта сжатия;	б) оба открыты;
3) в НМТ конце такта рабочий ход;	в) оба закрыты;
4) в НМТ конца такта впуска;	г) впускной открыт, выпускной закрыт.

5. На каких автомобилях установлены двигатели, в газораспределительном механизме которых применяется:

1) ЗИЛ-130; 2) КамАЗ-740; 3) ВАЗ-2108; 4) ГАЗ-53А;

а) зубчатый ремень привода распредвала; б) зубчатые передачи в приводе распредвала; в) устройство для проворачивания выпускного клапана.

6. При сборке дизельного двигателя необходимо по меткам соединить не только зубчатые колеса коленчатого и распределительных валов, но и зубчатые колеса привода … .

7. Какими причинами может быть вызвано неплотное прилегание (закрытие) клапанов?

8. Период времени, в течение которого при повороте коленчатого вала оба клапана – впускной и выпускной остаются открытыми, называют ... .