Лабораторная работа – Механизм газораспределения

 

 

Назначение механизма газораспределения.

Общие сведения. Механизм газораспределения необходим для впуска в цилиндры двигателя свежего заряда (горючей смеси или воздуха) и выпуска из них отработавших газов. Эти процессы должны проходить в определенные промежутки времени.

2 Типы клапанных механизмов

В поршневых двигателях внутреннего сгорания главным образом применяют клапанные и золотниковые системы газораспределения, в четырехтактных автотракторных двигателях — клапанные механизмы газораспределения, клапаны которых открывают и закрывают впускные и выпускные отверстия. Различают два типа клапанных механизмов газораспределения: с подвесными клапанами (рис. 1), расположенными в головке цилиндров, и с боковыми клапанами (рис. 2), размещенными в блок-картере. Двигателей, имеющих механизм газораспределения с подвесными клапанами, большинство.

В пусковых двухтактных двигателях П-10УД и П-350 газораспределение золотниковое. Оно осуществляется поршнем.

Работа механизма газораспределения с подвесными клапанами.

Механизм газораспределения с подвесными клапанами. Коленчатый вал приводит во вращение через зубчатые колеса распределительный вал 21 (см. рис. 1). При повороте распределительного вала выступ кулачка поднимает толкатель 19, а вместе с ним и штангу 14. Нижний конец ее упирается в пяту 18 толкателя, а верхний — в регулировочный винт 13 коромысла 6, установленного на оси 11. Коромысло 6, поворачиваясь вокруг оси 11, бойком отжимает клапан 22 вниз. При этом открывается канал головки цилиндров, а предварительно сжатые пружины 9 и 10 (чтобы удержать клапан 22 в закрытом положении) еще больше сжимаются. Стержень клапана движется в направляющей втулке 1 Клапан открыт полностью, когда толкатель находится на вершине кулачка. При дальнейшем повороте распределительного вала толкатель начинает постепенно опускаться, а клапан под действием пружин движется вверх. Когда выступ кулачка выходит из-под толкателя, давление на клапан прекращается и он под действием пружин плотно закрывает отверстие канала (гнездо) в головке цилиндров.

При обратном движении клапана 22 коромысло, штанга и толкатель перемещаются в первоначальное положение.

В двигателях 412Э и ВАЗ-2107 распределительный вал расположен над головкой цилиндров, приводится во вращение цепной передачей и воздействует кулачками на поворотные рычаги привода клапанов.

Работа механизма газораспределения с боковыми клапанами.

Механизм газораспределения с боковыми клапанами воздействует кулачками через толкатели 10 (см. рис. 2) с регулировочными винтами 7 непосредственно на клапаны.

Чтобы изменение размеров при нагревании деталей механизма газораспределения не нарушало плотной посадки тарелки клапана в гнездо головки цилиндров, между торцом стержня клапана 22 (см. рис. 1) и бойком коромысла 6, а также между регулировочным винтом 7 (см. рис. 2) и клапаном устанавливают зазор А. При холодном состоянии двигателя этот зазор для впускных клапанов равен 0,15… 0,40 мм, для выпускных — 0,20… 0,45 мм, :

 

Угловые параметры открытия и закрытия выпускного клапана.

Чтобы выполнить наибольшую работу при данном объеме цилиндра, последний должен максимально заполниться горючей смесью или воздухом. Увеличение продолжительности открытия впускного клапана способствует лучшему наполнению цилиндра двигателя. В связи с этим в автотракторных двигателях впускной клапан открывается на 10…25° раньше (по углу поворота коленчатого вала), чем поршень достигнет в. м. т., а за3

 

Крывается на 40…70° позже прихода поршня в н. м. т.

Увеличение периода открытия выпускного клапана обеспечивает лучшую очистку цилиндра от отработавших газов и, следовательно, лучшее наполнение его воздухом или горючей смесью. Выпускной клапан открывается за 50…60° до прихода поршня в н. м. т., а закрывается за 20…40° после в. м. т.

Отчего зависят моменты открытия и закрытия клапанов?

Моменты открытия и закрытия клапанов зависят от профиля кулачков распределительного вала, установки его по отношению к коленчатому валу и зазоров между торцами клапанов и бойками коромысел.

9 Определение диаграммы фаз газораспределения.

Диаграмма фаз газораспределения — это периоды между моментами (фазами) открытия или закрытия клапанов (или окон у двухтактных двигателей), выраженные в градусах поворота коленчатого вала и представленные в виде круговой диаграммы (рис. 3, а и б).

Периоды, указанные в диаграмме газораспределения, задают с учетом быстроходности двигателя. Чем выше номинальная частота вращения коленчатого вала, тем они больше.

10 Что такое перекрытие клапанов?

Перекрытие клапанов — период, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Значение угла перекрытия колеблется от 16 (в двигателе П-23У) до 60° (в двигателе ЗИЛ-130). При перекрытии клапанов создаются хорошие условия для очистки цилиндров от отработавших газов, а утечка заряда с отработавшими газами незначительна вследствие небольшого промежутка времени перекрытия и малых проходных сечений в этот период.

11 Что нужно сделать для правильной установки периодов между моментами открытия и закрытия клапанов двигателя?

Наивыгоднейшую диаграмму газораспределения для каждого двигателя определяют экспериментально. При небольших отклонениях от принятой диаграммы газораспределения значительно снижаются мощность и экономичность двигателя. Чтобы правильно установить периоды между моментами открытия и закрытия клапанов двигателя, необходимо при его сборке совместить специальные метки на зубчатом колесе 1 (рис. 3, в) коленчатого вала и зубчатых колесах 2 промежуточного и 5 распределительного валов.

12. Действительный заряд цилиндра.

Действительный заряд цилиндра — это масса горючей смеси (или воздуха), поступившая в цилиндр двигателя во время процесса наполнения и оставшаяся в цилиндре к моменту закрытия впускного клапана.

13 .Основные детали механизма газораспределения

Основные детали механизма газораспределения: распределительные вал и толкатели, штанги, коромысла, клапаны, пружины, зубчатое колесо.

Распределительный вал 8 (рис. 4) с помощью кулачков 6 и 7, расположенных на нем, управляет движением клапанов. Каждый кулачок воздействует через привод (толкатель, штангу и т. д.) на один клапан — впускной или выпускной.

14 Технология изготовления распределительного вала.

Кулачки изготовлены с валом как единое целое и располагаются на нем в определенном порядке под разными углами в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Профиль кулачков должен обеспечить работу двигателя с принятыми фазами газораспределения. Широко распространен выпуклый (гармоничный) профиль кулачка, который можно применять при толкателе любого вида.

Распределительные валы изготовляют из стати (двигатели ЗИЛ-130, КамАЗ-740) или модифицированного чугуна (двигатель ВАЗ-2107). Опорные шейки, эксцентрики и кулачки распределительного вала термически обрабатывают и шлифуют.

15Какой бывает привод распределительного вала?

При нижнем расположении распределительные валы вращаются в подшипниках скольжения, установленных в стенках и перегородках блок-картера. В качестве подшипников скольжения используют втулки из бронзы, антифрикционного чугуна (двигатель Д-245), стали или залитые антифрикционным сплавом (двигатели ЗМЗ-53-11 и ЗИЛ-130).

Распределительные валы двигателей ЗМЗ-53-11 и ЗИЛ-130 изготовляют как единое целое с эксцентриком 5 привода топливного насоса и зубчатым колесом привода масляного насоса и прерывателя-распределителя.

На переднем конце распределительного вала большинства двигателей устанавливают зубчатое колесо 1 его привода.

Осевое перемещение распределительного вала во втулках ограничивают в пределах 0,1…0,5 мм. Для этой цели в двигателях ЗИЛ-130 и ЗМЗ-53-11 используют упорный фланец 2, прикрепленный болтами к передней стенке блок-картера. Фланец 2 помещен между торцами передней опорной шейки 4 и ступицы зубчатого колеса 1 привода распределительного вала. Толщина фланца 2 меньше толщины распорного кольца 3. Это обеспечивает необходимый зазор для осевого перемещения вала.

Такой же принцип работы имеет устройство, ограничивающее осевое перемещение распределительного вала, в двигателях А-41 и СМД-60.

Распределительный вал большинства автотракторных двигателей приводится во вращение зубчатыми колесами, двигателя 412Э — двухрядной втулочной цепью, а двигателя ВАЗ-2105 — зубчатым ремнем. Натяжение ремня регулируется автоматически роликом, закрепленным на кронштейне.

16 Технология изготовления распределительных зубчатых колес.

Распределительные зубчатые колеса установлены в передней (в специальном отсеке картера, закрытом крышкой) или задней (в двигателях СМД-60, КамАЗ-740 и ЯМЗ-240БМ) части двигателя.

В некоторых двигателях зубчатые колеса коленчатого и распределительного валов входят непосредственно в зацепление, а в двигателях А-41 (см. рис. 3, в), СМД-18Н и Д-245 они соединены через промежуточное зубчатое колесо.

Для улучшения плавности хода и уменьшения шума распределительные зубчатые колеса делают с косыми зубьями. Зубчатые колеса изготовляют из стали, легированного чугуна и текстолита. Например, в двигателе ЗМЗ-53-11 зубчатое колесо распределительного вала текстолитовое. Применение разных материалов для зубчатых колес уменьшает шум при их работе.

Зубчатые колеса коленчатого и распределительного валов устанавливают на шпонках. Промежуточное зубчатое колесо большинства двигателей вращается на неподвижной стальной оси, запрессованной в стенку блок-картера.

17 Назначение толкателя.

Толкатель Служит для передачи движения от кулачка распределительного вала к клапану или штанге.

18 Типы толкателей (материал изготовления).

Различают толкатели следующих видов: качающиеся роликовые (рис. 5, а), грибообразные (рис.5, б и г) и цилиндрические (рис. 5, в). Толкатели изготовляют (часто пустотелыми) из чугуна или стали. Их рабочие поверхности термически обрабатывают и шлифуют. Толкатели перемещаются в направляющих втулках из антифрикционного чугуна или непосредственно в отверстиях блок-картера (в двигателях СМД-60, Д-245, ЗМЗ-53-11, ЗИЛ-130).

В двигателях А-41, А-01М и ЯМЗ-240БМ установлены качающиеся на специальной оси роликовые толкатели. В отверстие толкателя запрессована бронзовая втулка 3 (рис. 5, а). Ролик 4 вращается на игольчатом подшипнике 5. С целью повышения долговечности толкателя в месте соприкосновения со штангой в него запрессована термически обработанная стальная пята 7 со сферической поверхностью,

Нижняя часть грибообразного толкателя выполнена в виде тарелки, которая имеет плоскую (в двигателях СМД-60 и Д-160) или сферическую опорную поверхность. У цилиндрического толкателя (в двигателях ЗИЛ-130 и ЗМЗ-53-11) опорная поверхность тоже сферическая.

Для равномерного изнашивания опорной и направляющей (цилиндрической) поверхностей толкатель одновременно с прямолинейным движением совершает вращательное — вокруг своей оси. Вращательное движение толкателя при его плоской опорной поверхности достигается смещением оси толкателя относительно оси кулачка распределительного вала на 1,5 мм (рис. 5,6), а при сферической опорной поверхности — применением кулачков распределительного вала, имеющих небольшую конусность (рис., в и г).

19 Штанга (назначение, материал).

Штанга 14 (см. рис. 1) представляет собой стальной (в двигателях СМД-60 и ЗИЛ-130) или из алюминиевого сплава (в двигателе ЗМЗ-53-11) стержень или стальную трубку (в двигателях А-41, А-01М и ЯМЗ-240БМ). Штанги из алюминиевого сплава и пустотелые стальные на концах имеют стальные, термически обработанные, шлифованные наконечники. Нижний наконечник штанги шаровой. Он опирается на сферическую поверхность выемки толкателя. Верхний наконечник штанги имеет углубление со сферической поверхностью, на которую опирается головка регулировочного винта

 

20 Устройство коромысла.

Коромысло В — стальной рычаг с двумя плечами различной длины. В резьбовое отверстие короткого плеча ввернут винт 13, с помощью которого регулируют зазор между утолщением (бойком) коромысла и стержнем клапана. Рабочую поверхность бойка шлифуют и термически обрабатывают. В средней части коромысла имеется отверстие с запрессованной втулкой. Оно нужно для установки коромысла на оси 11.

Стальные оси 13 (см. рис. 4), на которых размещены коромысла, закреплены в стойках 16, установленных на верхней плоскости головки цилиндров. Стойки крепят к головке цилиндров шпильками. Продольное перемещение коромысел по оси 13 предотвращается распорными пружинами.

Оси коромысел обычно пустотелые. Их внутренняя полость используется как канал для подвода масла, смазывающего втулки коромысел, трущиеся поверхности наконечников штанг, головки регулировочных винтов. Чтобы масло не вытекало из осей коромысел, наружные концы их закрыты заглушками, а внутренние соединены трубкой с уплотни-тельным устройством.

Детали механизма газораспределения, размещенные на головке цилиндров, закрыты стальным или алюминиевым колпаком. Между нижней плоскостью колпака и головкой цилиндров, а также между верхней плоскостью колпака и его крышкой установлены специальные прокладки.

21 Устройство клапана (материал изготовления).

Клапан Состоит из тарелки 9 (рис. 6, а) и стержня 8. Переход от тарелки к стержню сделан плавным, чтобы обеспечить клапану необходимую прочность, улучшить отвод теплоты от тарелки и уменьшить сопротивление движению газов.

Конусный поясок 1 (фаска) тарелки клапана предназначен для плотного закрытия гнезда в головке цилиндров. В большинстве двигателей фаски клапанов и их гнезд выполнены под углом 45°. Плотность прилегания фасок клапана и гнезда достигается шлифовкой и притиркой одного к другому.

Стержень клапана шлифованный. В верхней его части сделана цилиндрическая выточка 4, в которую входит выступ 3 разрезанного на две половины конического кольца — так называемые сухари 6, крепящие шайбу 5 на стержне клапана. Под выточкой 4 на стержне клапана расположена вторая цилиндрическая выточка 2, в которую вставлено

Пружинное кольцо 7. Оно предотвращает падение клапана (в случае его обрыва) в цилиндр.

. Рис. 6 — Клапан, пружина и детали ее крепления в механизме газораспределения: а — двигателя СМД-18Н; б — двигателей А-41 и А-01М; в — двигателя ЗМЗ-53-11; 1 — фаска тарелки клапана: 2 и 4 — цилиндрические выточки на стержне клапана; 3 — выступ на сухаре; 5 — верхняя опорная шайба пружины клапана; 6 — сухари; 7 — пружинное кольцо; 8 — стержень; 9 — тарелка; 10 и 14 — наружная и внутренняя пружины; 11 — направляющая втулка; 12 — нижняя опорная шайба пружины клапана; 13 — втулка опорной шайбы; 15 — вставное кольцо (гнездо); 16 — маслоотражательный колпачок.

В двигателях ЗМЗ-24Д и ЗМЗ-53-11 для уменьшения проникания (просачивания) масла через зазор между стержнем и втулкой впускного клапана в цилиндр на стержень клапана под опорную шайбу 5 надет маслоотражательный колпачок 16 из маслостой-кой резины.

Клапаны изготовляют из легированной стали, которая сохраняет механические свойства при высокой температуре, хорошо сопротивляется коррозии и износу от трения.

С целью уменьшения износа на фаску выпускного клапана 1 (рис. 7, а) двигателей ЗМЗ-53-11 и ЗИЛ-130 наплавляют слой 13 из жаростойкого сплава, а торцы стержней впускных и выпускных клапанов всех двигателей закаливают.

22 Натриевое охлаждения клапана

Для выпускных клапанов двигателей ЗМЗ-53-11 и ЗИЛ-130 применено натриевое охлаждение. Стержни этих клапанов имеют полость 11, которую при изготовлении клапана заполняют на 50…60 % натрием 12, а затем к тарелке приваривают заглушку 14. Во время работы двигателя натрий плавится (температура его плавления 97 °С) и в жидком состоянии при движении клапана перемещается внутри полости 11, интенсивно перенося теплоту от тарелки клапана к его стержню и втулке.

23 Назначение декомпрессионного механизма.

Декомпрессионный механизм. При пуске дизеля и регулировке его механизмов прокручивание коленчатого вала требует затраты значительных усилий для преодоления сопротивлений, возникающих при сжатии воздуха в цилиндрах. Для уменьшения этого сопротивления в период проворачивания коленчатого вала цилиндры дизеля сообщают с атмосферой, открывая впускные, а иногда и выпускные клапаны на протяжении всего цикла. Для этой цели служит декомпрессионный механизм, работа которого связана с механизмом газораспределения.

При прокручивании коленчатого вала декомпрессированный дизель постепенно нагревается, в нем понижается вязкость масла, поэтому сопротивление прокручиванию уменьшается. При достаточной частоте вращения коленчатого вала дизеля выключают декомпрессионный механизм.

Декомпрессионный механизм дизеля СМД-18Н открывает одновременно все клапаны. Для этого рукояткой поворачивают валик 1 (рис. 8, а), который нажимает на длинное плечо коромысла 2. Аналогично работают декомпрессионные механизмы дизелей А-41 и А-01М с тем лишь отличием, что на плечи их коромысел нажимают винты 3

24 Основные возможные неисправности распределительного механизма.

Основные возможные неисправности. В процессе работы двигателей в газораспределительном механизме может нарушаться плотность посадки клапанов в гнезда и увеличиваться осевое перемещение распределительного вала. Причины нарушения плотности посадки клапанов в гнезда: изменение зазоров между торцами стержней клапанов и бойками коромысел; заедание стержней клапанов в направляющих втулках; нагар или повреждения на фасках клапанов и седлах гнезд; потеря упругости или поломка клапанных пружин.

При увеличении значения зазоров между торцами стержней клапанов и бойками коромысел возникают стуки в клапанном механизме, ухудшаются наполнение цилиндров воздухом и очистка их от отработавших газов. При уменьшении зазоров, заедании стерж-

Ней клапанов в направляющих втулках, наличии нагара или повреждений на фасках головок клапанов и их гнезд, потере упругости или поломке пружин ухудшается компрессия в цилиндрах двигателя, периодически возникают хлопки во впускных и выпускных трубопроводах.

В результате этих неисправностей уменьшается мощность двигателя и увеличивается расход топлива.

25 Техническое обслуживание.

Техническое обслуживание. В соответствии с правилами технического обслуживания (ГОСТ 20793—81) нужно периодически проверять и подтягивать крепление головок цилиндров, стоек осей коромысел и других деталей механизма; проверять и регулировать зазоры между торцами стержней клапанов и бойками коромысел в декомпрессионном механизме (в двигателях А-41, А-01М, Д-160), а также осевое перемещение распределительного вала.

26 Последовательность регулировки зазора между торцами стержней клапанов и бойками коромысел.

Зазор между торцами стержней клапанов и бойками коромысел обычно регулируют на холодном двигателе.

В двигателе с подвесным расположением клапанов (например, А-41) этот зазор регулируют в такой последовательности.

Отсоединяют тягу декомпрессионного механизма и снимают колпак головки цилиндров.

Включают декомпрессионный механизм гаечным ключом.

Устанавливают поршень первого цилиндра в в. м. т. Для этого проворачивают коленчатый вал дизеля до момента, когда впускной и выпускной клапаны первого цилиндра будут закрыты. Затем выворачивают установочную шпильку из картера маховика и длинной ее частью без резьбы вставляют в то же отверстие, из которого она была вынута, до упора в маховик. Нажимая на шпильку, медленно проворачивают коленчатый вал до тех пор, пока шпилька не войдет в углубление на маховике.

Выключают декомпрессионный механизм и проверяют щупом зазор А (см. рис. 1, а) между торцом стержня клапана и бойком коромысла обоих клапанов первого цилиндра. Он должен быть 0,25… 0,30 мм.

5. Отвертывают контргайку 12 регулировочного винта. Затем, придерживая

контргайку ключом, ввертывают (если надо уменьшить зазор) или вывертывают (если за

зор нужно увеличить) винт. Установив заданный зазор, винт 13 закрепляют контргайкой 12

и вновь проверяют зазор, поворачивая штангу 14 вокруг оси, чтобы убедиться в ее свобод

ном вращении. Закончив регулировку клапанов первого цилиндра, вынимают шпильку и

ввинчивают ее в отверстие картера маховика.

Затем регулируют декомпрессионный механизм этого цилиндра. Устанавливают валик 1 (см. рис. 8, в) так, чтобы ось винтов 3 была вертикальна, и отворачивает контргайку 4. Ввертывают или вывертывают винт 3 до тех пор, пока зазор между торцом стержня клапана и бойком коромысла не будет равен 0,25…0,30 мм. Затем ввертывают винт на один оборот и затягивают контргайку 4 до отказа.

Метки: