Заняття 3 Особливості будови і роботи КШМ і ГРМ автомобіля з дизельним двигуном

1. Особливості будови та роботи кривошипно-шатунного механізму автомобіля з дизельним двигуном.

2. Особливості будови та роботи газорозподільного механізму автомобіля з дизельним двигуном.

1. Аналіз конструкції деталей та вузлів КШМ

Група блоку циліндрів двигуна

Основним механізмом поршневого двигуна внутрішнього згоряння є кривошипно-шатунний механізм. До нього входять корпус (група блоку циліндрів) і власне кривошипно-шатунний механізм, який складається з поршневої і шатунної групи та групи колінчастого вала.

Корпус двигуна.

В залежності від прийнятої компоновочної схеми, типу і призначення двигуна корпус може складатися з наступних з’єднаних між собою деталей: окремих, або об’єднаних в блок, циліндрів зі вставними гільзами або без них, картера (блок картера), головки циліндрів, піддона, деталей кріплення і ущільнення. Блок циліндрів у більшості автомобільних двигунів відливається як одне ціле з нижньою його частиною – картером. В такому випадку він називається блок-картером (рис.41, блок-картер двигуна КамАЗ-740). В процесі експлуатації на блок-картер діє високе теплове навантаження, яке змінюється за величиною від верхньої до нижньої частини. Крім того блок-картер сприймає значні зусилля від тиску газів, реакції зовнішнього моменту, а також від скручування рами автомобіля. На корпусних деталях, як правило, закріплюють різноманітні елементи механізму газорозподілу, передач, а також різні агрегати автомобіля. Корпусні деталі визначають зовнішній вид двигуна.

У зв’язку з цим блок-картер повинен мати: високу міцність і жорсткість; низький температурний коефіцієнт розширення; малу масу, прості форми; зручність монтажу вузлів двигуна і агрегатів, а також зручність обслуговування їх при експлуатації двигуна.

За останні роки збільшились вимоги до жорсткості блок-картерів для зменшення корпусного шуму двигунів. Конструкція блок-картера, виконана у вигляді монолітної відливки, має велику жорсткість, що забезпечує мінімальні деформації і дає змогу виконати стінки відливки більш тонкими, тобто зменшити масу і витрати металу.

Якщо жорсткість блок-картера недостатня, то її підвищують за допомогою ребер жорсткості, які зв’язують корінні підшипники зі стінками картера; розміщенням площини роз’ємів картера нижче від площини роз’ємів корінних підшипників; розміщенням корінних підшипників після кожного циліндра в рядних двигунах або після двоциліндрової секції (у V-подібних); застосуванням тунельного картера (наприклад, у двигунах 5Д20Б-300 (рис. 42, або МеМЗ-968). У блок-картерах тунельного типу опори для корінних підшипників (зазвичай – кочення) колінчастого вала не мають рознімань, колінчастий вал монтують з торця двигуна. Для покращання акустичних показників двигунів підвищують жорсткість чавунних блок-картерів за рахунок бочкоподібної форми і оребрення бокових стінок.

В автомобільних і тракторних двигунах, переважно повітряного охолодження, деколи застосовують конструкцію з несучими шпильками. Окремі циліндри встановлюють у розточках картера і разом з індивідуальними головками циліндрів закріпляють довгими шпильками зі значним зусиллям попередньої затяжки. Шпильки сприймають зусилля від тиску газів у циліндрі і тому є несучими. Блок-картер з несучими шпильками має двигун В-46-2С1 (рис.43).

Розміри блок-картера і його конструкція залежать від кількості циліндрів та їх розміщення, розмірів циліндрів, потужності двигуна, призначення, умов роботи. Конструкція блок-картера і його жорсткість значною мірою визначаються типом гільз циліндрів та їх розміщенням.

Гільзи циліндрів.

Циліндр, виконаний безпосередньо в тілі блоку циліндрів, у сучасних автомобільних двигунах не застосовується. В більшості двигунів рідинного охолодження застосовують спеціальну деталь, яка встановлюється в розточку блока циліндрів – гільзу циліндра (рис.44). Старанно оброблена внутрішня циліндрична поверхня гільзи (дзеркало циліндра) є робочою поверхнею, по якій переміщується поршень. Гільза відноситься до теплонапружених, особливо відповідальних деталей двигуна.

В більшості сучасних форсованих двигунів застосовують омивані охолоджуючою рідиною гільзи, які називаються “мокрими” (рис.44а, б). Мокрі гільзи вільно встановлюються в направляючі центруючі пояси блоку. Саму гільзу для забезпечення стійкості і збереження геометричної форми обладнують верхнім і нижнім центруючими поясами. Ущільнюють порожнини охолодження спеціальними гумовими кільцями, встановленими в проточки гільзи або розточки блоку циліндрів. Блок-картери з “мокрими” гільзами застосовані в двигунах ЯМЗ-238, КамАЗ-740, ЗіЛ-131, ЗМЗ-66 та багатьох інших.

У менш форсованих двигунах замість “мокрих” гільз застосовують “сухі” гільзи товщиною 2-4 мм, запресовані в розточку блока циліндрів (рис. 44в). Мала товщина “сухої” гільзи забезпечує економію якісного металу, але тепловідвід від робочої поверхні циліндра в цьому випадку погіршується внаслідок додаткового термічного опору по зовнішній поверхні гільзи.Блок-картери з сухими гільзами використані в конструкції двигунів МеМЗ-245 (“Таврія”), ВАЗ-2101, Москвич-2141 та в багатьох інших двигунах легкових автомобілів.

Блок-картер закривається знизу піддоном. Він штампується з листової сталі 1-2 мм, або відливається з алюмінієвого сплаву. Для покращання охолодження двигуна литі піддони картера виконуються оребреними.

Поршнева група

Поршнева група кожного двигуна складається з поршня, поршневих кілець, поршневого пальця. Залежно від особливостей конструкції вона включає додатково деталі фіксації пальця від осьових переміщень і деталі системи охолодження поршня.

Поршень.

Поршень – найважливіша і одна з найбільш напружених деталей двигуна. Він є одною з деталей, які утворюють камеру згоряння двигуна, забезпечує її герметичність, передає силу тиску газів шатуна; в двохтактних двигунах поршень виконує також функції розподільчого (золотникового) пристрою, відкриваючи впускні і випускні вікна в циліндрі.

Поршень має вигляд стакана, поверненого днищем у бік робочої порожнини циліндра (рис. 45). Він має головку з днищем (1), юбку (2), канавки для поршневих кілець і бобишки (3) для встановлення поршневого пальця.

На поршень діють високі механічні (тиск газів, сили інерції) і теплові навантаження. Бокова поверхня поршня піддається зносу при русі по поверхні циліндра. Внаслідок тертя поршневих кілець і бокової поверхні до стінок циліндра поршень додатково нагрівається. Внаслідок високої температури (300-400˚ С) поверхні днища поршня знижуються допустимі напруги його матеріалу, що в деяких випадках може бути причиною утворення тріщин. Перегрів зони розміщення поршневих кілець порушує їх нормальну роботу і приводить до збільшення розходу палива, оливи і зносу канавок, а також інших неприємних наслідків.

Поршень встановлюється в циліндрі двигуна з зазором, однак перегрів поршня може викликати задири на боковій поверхні і навіть заклинювання поршня в циліндрі. Для зменшення сил інерції, які виникають внаслідок зворотно-поступального руху поршня, його маса повинна бути по можливості якнайменша, що досягається в першу чергу застосуванням алюмінієвих сплавів для виготовлення поршнів. Однак у форсованих за величиною середнього ефективного тиску двигунах, коли міцність алюмінієвих сплавів виявляється недостатньою, застосовують чавунні, сталеві, а деколи комбіновані конструкції поршнів.

За конструкцією поршні значно відрізняються в залежності від типу і призначення двигуна, на якому вони застосовуються. Поршні двигунів з примусовим займанням відрізняються мінімальною товщиною стінок, що при використанні матеріалів виключно легких сплавів забезпечує легкість конструкції. Переважно поршні карбюраторних двигунів мають плоске днище (рис. 45а, 46а) (двигуни ЗіЛ-131, ЗМЗ-66, МеМЗ-245 та інші), деколи випукле днище (рис. 46б) (Москвич-2141). Днища поршнів двигунів з впорскуванням бензину можуть мати більш складну форму для покращання перемішування пальної суміші безпосередньо в камері згоряння. Наприклад, в сучасному двигуні Тойота D4 днище має фігурне заглиблення різко вираженого профілю.

Для зниження температур головки поршня і зони першого компресійного кільця внутрішня поверхня днища може охолоджуватись струменем оливи, яка подається знизу через шатун або, що більш ефективно, через спеціальну нерухому форсунку, встановлену в картері. Такий спосіб подачі оливи доцільний у двигунах з підвищеною (>2000 об/хв) частотою обертання колінчастого вала. Поршневі кільця (рис. 47) ущільнюють порожнину камери згоряння, запобігають прониканню продуктів згоряння, що необхідно для зменшення витрати оливи на згоряння. В відповідності з цим кільця поділяють на компресійні (1) (верхні) і оливознімні (2 і 3) (нижні). Переважно використовують два або три компресійних кільця і одне або два оливознімних. Дизелі мають більшу кількість кілець, оскільки тиск газу в циліндрі у них вищий. Для можливості здійснення монтажу на поршень кільця виконують з прямим або косим розрізом. Через кільця від поршня до гільзи циліндра відводиться значна кількість тепла.

Компресійні кільця працюють в важких умовах, які визначаються високою температурою, великими швидкостями і високими питомими тисками. При цьому необхідна довговічна надійність кільцевого ущільнення.

Ущільнення здійснюється завдяки притисненню кільця до стінки циліндра силами пружності кільця і тиску газів. При положенні поршня в ВМТ в момент спалаху тиск в канавці першого кільця близький до тиску Pz в циліндрі, а в канавці другого кільця складає тільки біля 50% цієї величини (рис. 48). Тиск P3 за останнім кільцем значно менший, він співрозмірний з тиском у картері двигуна. Внаслідок значного тертя кілець на стінки циліндра більша частина роботи тертя в двигуні (до 50%, а інколи 60%) припадає на кільця, тому притискати кільця надмірним зусиллям не можна. Температура поршня в зоні розміщення кілець не повинна перевищувати 200-220º при умові збереження технічних властивостей оливи. Оливознімні кільця служать для видалення надлишків змащувального матеріалу з робочої поверхні гільзи циліндра і запобігають таким чином попаданню оливи в камеру згоряння. Для нормальної роботи сполучення кільце-циліндр достатня товщина шару змащувального матеріалу складає соті частинки міліметра. Залишок оливи витискається в камеру згоряння, що приводить до сажоутворення, закоксовування верхніх поршневих кілець і перевіряння оливи.

Оливознімні кільця (рис.49б) виконують скребковими (4), коробчастого типу (5 і 7), а також складеними (6) (з декількох елементів). Для відведення знятої з циліндра оливи в стінці поршня під кільцями свердлять радіальні отвори.

Поршневі пальці. Поршень з’єднаний з верхньою поршневою головкою шатуна з допомогою пальця, розміщеного в бобишках поршня. Палець сприймає перемінні по величині механічні навантаження від сил тиску газу на поршень і інерційні сили. Внаслідок тертя палець зношується, що обумовлює необхідність ретельної обробки його зовнішньої поверхні і придання поверхневому шару металу високої твердості термообробкою. Пальці виготовляють зі сталі.

Шатунна група

До шатунної групи належать шатуни, шатунні вкладиші і шатунні болти.

Шатун перетворює зворотно-поступальний рух поршня в обертовий рух колінчастого вала і шарнірно з’єднаний з цими деталями. При роботі шатун здійснює складний рух у площині, перпендикулярній осі колінчастого вала, зазнає впливу великих газових і інерційних сил. Ці сили обумовлюють появу в шатуні складних деформацій стиснення, розтягу і згинання.

Згідно з цим шатуни повинні мати такі властивості:

− високу міцність і жорсткість, які забезпечували б стабільність форми і розмірів, зокрема отворів під підшипники;

− можливо малу масу;

− стійкість проти стомлюваності металу;

− зручність складання і монтажу;

− забезпечувати надійне змащування і зносостійкість підшипників верхньої і нижньої головок.

В залежності від типу кривошипно-шатунного механізму і розміщення циліндрів розрізняють такі види шатунів:

− одинарні шатуни рядних або V-подібних двигунів з встановленими на одній шатунній шийці колінчастого вала шатунами; застосовуються в більшості автомобільних двигунах, в т.ч. КамАЗ-740, ЯМЗ-238, ЗІЛ-131, ЗМЗ-66 та ін. (рис. 50 а);

− центрально-з’єднані (вилочні) шатуни V-подібних двигунів; застосовуються, зокрема, в двигуні 5Д20Б-300 (рис. 50в, 51а);

− шатуни причіпного типу багаторядних двигунів (V-, W і зіркоподібних); застосовуються, зокрема, в двигуні В-46-С1 (рис.51б).

Одинарні шатуни найбільш прості за конструкцією (рис.50а). Основними елементами шатуна є: верхня головка (1) з запресованою втулкою (5), в якій переміщається палець; стержень (2), який з’єднує верхню головку з нижньою (або кривошипною) головкою (3). З допомогою нижньої головки (3) і кришки (4) шатун з’єднаний з шатунною шийкою колінчастого вала.

Верхню головку шатуна переважно виконують нероз`ємної циліндричної форми. В неї запресовують бронзову втулку, в деяких конструкціях застосовують голчасті підшипники (двигун 5Д20Б-300). Для більш раціонального розподілу навантаження між бобишками поршня і шатуном верхня головка часто має конічну форму перерізу в площині осі отвору під палець, для змащування якого передбачено отвір (8). Верхню головку часом виконують і овальної форми.

Стержень (2) шатуна сприймає осьове і поперечне навантаження і переважно має двохтавровий поперечний переріз, який добре працює на згин у площині коливання шатуна. В багатьох випадках для подачі оливи до верхньої головки шатуна і поршня в тілі шатуна на всю довжину стержня просвердлюють канал. У цьому випадку передбачається потовщення стінки, яке з’єднує полички двохтавра. Можливі й інші форми перерізу стержня (зокрема, кругла з отвором).

Нижню головку (3) шатуна виконують рознімною: її габарити повинні дозволяти виймати поршень з шатуном, як правило, через циліндр, що визначається умовами збирання двигуна. Після встановлення поршня з шатуном у двигун до нижньої головки (3) прикріплюють її кришку (4) з допомогою шатунних болтів 6 та гайок (7) (рис. 50 а). За конструкцією нижні (кривошипні) головки шатунів відрізняються великою різноманітністю. Найбільш проста (показана на рис. 50 а) плоско-симетрична конструкція. Намагання збільшити діаметр корінних шийок колінчастого вала при форсуванні двигунів приводить до зменшення товщини нижньої головки в зоні рознімання. В зв’язку з цим, а також для забезпечення можливості виймання шатуна через циліндр, широке розповсюдження одержали шатуни з косим роз’ємом нижньої головки (рис. 50 б), в яких стик з умов міцності розміщений під кутом 42…500 до осі стержня шатуна. Для сприйняття зрізуючих сил в площині стику застосовують зубчасте (шліцьове) з’єднання з відповідним зусиллям стиснення.

В деяких двигунах (наприклад, 5Д20Б-300) застосовуються підшипники кочення в силу відомих переваг: більша жорсткість колінчастого вала і картера (більш вузькі підшипники), менший опір прокручування вала при запуску холодного двигуна, нижчі вимоги до оливи.

Колінчастий вал

До групи колінчастого вала належать власне колінчастий вал з усіма закріпленими на ньому деталями (противагами, розподільчою шестернею, оливовідбивачем, шківами та ін.) і маховик.

Колінчастий вал є найбільш напруженою деталлю, трудомісткою в виготовленні. Під час роботи двигуна колінчастий вал навантажується періодично діючими силами тиску газів і силами інерції поступально рухомих мас, а також постійно діючими відцентровими силами обертових мас. Ці сили зумовлюють появу значних напруг кручення і вигину. Крім того, у валі виникають додаткові напруги внаслідок крутильних коливань і коливань згинання, які при несприятливих умовах (резонансні і наближені до них режими роботи) можуть суттєво збільшити напруги в валі від основних газових і інерційних сил. Шийки вала під дією тертя піддаються зношуванню. Тому колінчастий вал повинен мати високі показники міцності, жорсткості і зносостійкості.

Конструкція і розміри колінчастого вала залежать від кількості циліндрів і їх розміщення та прийнятого порядку роботи двигуна.

Основним елементом колінчастого вала є коліно, яке складається з корінної (3), шатунної (2) шийок і щік (4) (рис. 52). Останні переважно виконані як одне ціле з противагами для зрівноважування моментів, відцентрових і інерційних сил; деколи противаги виконують окремо і кріплять до щік болтами, крім того на кінцях колінчастих валів виконують окремі противаги (5 і 8). Сучасні двигуни мають, як правило, повноопорні колінчасті вали, тобто встановлені на корінні підшипники після кожного циліндра або двохциліндрового відсіку (у V-подібних двигунах). Повноопорні двигуни характеризуються великою жорсткістю на згинання, проте вони мають велику довжину і граничну жорсткість на кручення. Підвищити жорсткість як повноопорних, так і неповноопорних колінчастих валів можна збільшуючи “перекриття шийок” (величина А на рис. 52). Особливо велике перекриття одержують в короткохідних двигунах. Щоки колінчастих валів виконують еліптичної або близької до неї форми, що забезпечує високу жорсткість на згин та кручення. Переходи (галтелі) від щік до шатунних і корінних шийок роблять більшим радіусом (приблизно 0,045-0,06 діаметра шийки) або двома-трьома дугами різних радіусів.

У шатунних шийках стальних кованих валів висвердлюють полегшуючі камери, які виконують роль додаткових відцентрових фільтрів оливи. У щоках і шийках роблять канали (7) (рис. 52) для підведення до підшипників оливи. Для запобігання осьовому переміщенню вала на одному з корінних підшипників встановлюють упорні кільця або півкільця. Колінчастий вал встановлюють у картер двигуна на корінних підшипниках, вкладиші яких мають конструкцію шатунних вкладишів.

Кількість та взаємне розміщення колін колінчастого вала залежить від кількості циліндрів, їх розміщення і тактності двигуна. При цьому важливі рівномірність спалахів по циліндрах двигуна, а також зрівноваженість сил і моментів інерції. Наприклад, вал V-подібного восьмициліндрового автомобільного дизеля КамАЗ-740 має хрестоподібну форму, що при куті розвалу циліндрів 90° забезпечує рівномірне чергування спалахів.

На передньому кінці вала розміщують шків приводу вентилятора і генератора, ведучу шестерню механізму газорозподілу, оливовідбиваючу шайбу і храповик для зчеплення з пусковою рукояткою. Часто на передньому кінці валу, який здійснює найбільші по амплітуді відхилення при крутильних коливаннях, встановлюють спеціальні гасителі крутильних коливань. Вони поглинають енергію коливань і не допускають появи резонансу крутильних коливань вала двигуна, завдяки тертю між елементами гасителя. В даному навчальному навчальному питанні було розглянуто кривошипно-шатунний механіз з дизельним двигуном.

2. Аналіз конструкції ГРМ

Призначення та типи ГРМ

Механізм газорозподілу призначений для забезпечення своєчасної дії впускних і випускних органів двигуна з метою наповнення циліндрів свіжим зарядом (в дизелі – повітрям, в карбюраторному двигуні – пальною сумішшю) і очищення циліндрів від відпрацьованих газів.

Механізми газорозподілу складаються з органів газорозподілу, приводів, які забезпечують їх дію в потрібні періоди часу за певним законом, і газопідвідних та газовідвідних трубопроводів.

Основні вимоги до механізму газорозподілу:

− досягнення високих значень коефіцієнта наповнення і малої величини коефіцієнта залишкових газів;

− висока надійність роботи всіх елементів механізму;

− простота конструкції і низька вартість виготовлення.

Досконалість очищення і наповнення циліндра залежить в основному від площі прохідних перерізів газорозподільних органів і часу їх відкритого стану. Збільшення прохідних перетинів, звичайно, обмежене розмірами циліндра, а час відкритого стану газорозподільчих органів залежить від частоти обертання вала.

Механізми газорозподілу двигунів внутрішнього згоряння діляться на три групи:

− клапанні механізми газорозподілу;

− золотникові;

− змішані.

Клапанні механізми газорозподілу отримали найбільше розповсюдження завдяки відносно нескладній будові і надійній роботі.

Основні елементи механізму – впускні і випускні клапани (2), розподільчий вал (1) (рис.54). Клапани, що встановлені в каналах головки циліндра, перекривають їх зі сторони циліндра. В закритому стані клапани втримуються пружинами (3), а відкриваються кулачками розподільчого вала, який приводиться в дію від колінчастого вала. Клапани застосовують як впускні і випускні органи в чотирьохтактних двигунах усіх типів і як випускні органи в двохтактних двигунах при клапанно-щілинній схемі газообміну.

Золотниковий (безклапанний) газорозподіл може здійснюватись золотниками, які рухаються поздовжньо або обертово, а також золотниками, які здійснюють складний рух (рис. 55 г, д). При золотниковому газорозподілі можна забезпечити більші прохідні перерізи для газів, зменшити рівень шуму, а також динамічні навантаження на деталі приводу в порівнянні з клапанними механізмами газорозподілу. Це пояснюється тим, що механізм приводу золотника з’єднаний з кривошипним механізмом двигуна і не має зазорів. До недоліків золотникового газорозподілу слід віднести труднощі забезпечення ущільнення, змащування і охолодження золотників і їх підвищене зношування.

В двохтактних двигунах з петльовою та прямоточно-щілинною системами газорозподілу органами золотникового газорозподілу служать поршень, продувні та випускні вікна в гільзах циліндрів (рис.55 а, в), а в двигунах з прямоточною клапанно-щілинною схемою газорозподілу – поршень, клапани і продувні вікна (рис.55 б), випуск при цьому здійснюється через клапани. Ця остання схема відноситься до змішаних схем газорозподілу. Однак у зв’язку з указаними вище недоліками золотникового газорозподілу, основним на сьогодні є клапанний механізм з примусовим приводом клапанів.

Конструкції деталей ГРМ

Клапани

Клапани перекривають впускні та випускні отвори циліндрів двигуна, мають обмежені розміри і працюють у важких умовах: великі динамічні навантаження і високі швидкості переміщення в направляючих втулках при обмеженому змащуванні, складність тепловідведення і нерівномірне нагрівання окремих ділянок продуктами згоряння, які мають підвищену корозійну агресивність. Тому конструкція окремих елементів клапана і використовувані матеріали повинні забезпечувати йому високу міцність, зносостійкість проти деформації та корозії.

Клапани поршневих двигунів складаються з головки (2) і стержня (3) (рис. 57). Розрізняють клапани з плоскою (2), випуклою (7) і тюльпаноподібною (8) головками. Головки, звичайно, мають невеликий (біля 2 мм) циліндричний поясок і ущільнюючу фаску, виконану під кутом 45 або 300. Фаска з кутом 300 застосовується тільки для впускних клапанів, а кут 450 використовується як для впускних, так і випускних клапанів. Циліндричний поясок дозволяє зберегти основний розмір клапана dk на випадок перешліфовування ущільнюючої фаски при ремонтах, збільшує жорсткість його головки та оберігає її краї від знищення. Клапани, які залишились без циліндричного пояска, легко обгоряють і стають непридатними для роботи.

Випускні клапани працюють у більш важких умовах, оскільки періодично омиваються гарячим потоком відпрацьованих газів, які мають сірчисті, свинцеві та інші агресивні компоненти. В карбюраторних двигунах вони нагріваються до 7009000С (до темно-вишневого кольору), а в дизелях мають дещо меншу температуру нагрівання, але достатню для того, щоби суттєво знизити міцність матеріалу і викликати небезпеку підвищеної корозії, деформації і обгоряння країв головки. Випускні клапани часто виконують з випуклою головкою (рис. 57. поз. 7), що покращує їх обтікання з боку циліндра, а також збільшує загальну міцність і жорсткість. Щоби зменшити теплову напругу випускних клапанів, в ряді двигунів (особливо форсованих) застосовують натрієве охолодження. З цією метою клапан виконують пустотілим з потовщеним стержнем (рис. 57, поз. 9) і приблизно на половину пустоти заповнюють металевим натрієм, температура плавлення якого складає 970. Завдяки цьому температура головки клапана зменшується на 1002000С. Часто на ущільнюючі фаски випускних клапанів наплавляють шар твердого, зносостійкого та антикорозійного матеріалу. Для підтримання в робочому стані контактних поверхонь ущільнюючих фасок випускних клапанів деколи застосовують спеціальні пристрої, які дозволяють примусово повертати клапани в процесі роботи (наприклад, у двигуні ЗіЛ-131).

Клапанні гнізда

Для забезпечення щільної посадки клапана поверхня пояска, з якою контактує його ущільнююча фаска, переважно обробляється під тим же кутом.

У верхньоклапанних двигунах з головкою циліндра з чавуну або в нижньоклапанних з чавунними блоками гнізда клапанів виконують безпосередньо в тілі блока або головки (рис. 57, поз. 6). Алюмінієві головки циліндрів обладнують вставними гніздами, виготовленими в вигляді окремих кілець зі спеціального чавуну, легованої сталі, алюмінієвої бронзи або металокераміки. Кільця-гнізда запресовують у розточені під них гнізда з відповідним натягом. Деколи гнізда встановлюють методом заливки, надаючи їм форму, показану на рис. 57, поз. 10. У вставних гніздах ущільнюючий поясок виконується в вигляді дуже вузької фаски (рис. 57, поз. 1), яка забезпечує надійне ущільнення клапанних отворів.

Часто застосовується метод, при якому ущільнюючі фаски гнізда і клапана виконуються з різницею кутів до 1,50С (рис. 57, поз. 5). Фаска клапана має менший кут і притискається до сідла тільки вузьким пояском біля своєї більшої основи. Завдяки цьому забезпечується добре ущільнення клапанного отвору навіть в умовах можливої деформації головки.

Напрямні втулки клапанів

Напрямні втулки виготовляються в вигляді окремих деталей різноманітної конструкції (рис. 57 поз. 4,7,8,9).

В двигунах переважно використовують гладкі, менш трудомісткі втулки, які обробляються на безцентрових шліфувальних верстатах. Напрямні втулки з зовнішнім обмежуючим буртиком (поз. 8) дозволяють центрувати клапанну пружину, вони вигідні при запресовці, але при виготовленні більш складні. Більш доцільно тому замість буртика проточувати на втулці виточку під обмежуюче кільце (поз. 9), як це зроблено у верхньоклапанних двигунах ЗМЗ-66 та ЗіЛ-131.

Щоб уникнути заїдання у втулці, стержень клапана виконують з меншим діаметром біля головки (поз. 7) або втулку зі сторони, зверненої до головки клапана, трохи розточують (поз. 9).

Клапанні пружини та деталі їх кріплення

Клапанні пружини забезпечують сталий кінематичний зв’язок між кулачком і штовхачем, щільну посадку клапана в гніздо і повернення клапана у вихідне положення після відкривання. Вони працюють в умовах значних динамічних та інерційних навантажень, тому повинні мати значну силу пружності.

В автомобільних двигунах найбільш поширені циліндричні гвинтові пружини (рис. 58 а). Кінцеві витки зближують і зішліфовують для утворення опорної поверхні. Пружини навивають з постійним або змінним кроком. Останній змінюється до одного кінця пружини або до обох (рис. 58 б).

Змінний крок перешкоджає виникненню резонансних коливань пружини. Цю саму роль виконує конічна пружина (рис. 58 в). У верхньоклапанних механізмах іноді встановлюють дві пружини на кожний клапан. При цьому пружини мають протилежні напрямки навивки, що запобігає виникненню резонансу і попаданню витків однієї пружини між витки другої. Зовнішня пружина має при цьому більший, ніж внутрішня, переріз витка. Встановлення двох пружин дозволяє також зменшити висоту клапанного механізму, тобто двигуна.

Розподільний вал та його привід

Розподільний вал призначений для керування рухом клапанів газорозподільного механізму. В карбюраторних двигунах він використовується також для приводу систем мащення, живлення і запалювання.

Розподільні вали автомобільних двигунів становлять собою єдину суцільну деталь (1), на поверхні якої розміщуються кулачки (8) і опорні шийки (7) (рис. 59). Кількість і порядкове розміщення кулачків залежить від кількості і розміщення клапанів, порядку роботи циліндрів і прийнятих фаз газорозподілу. Профіль і висота кулачка обумовлюють моменти відкриття і закриття клапанів, а також величину прохідного перерізу для газів. Профіль кулачка повинен забезпечувати плавне переміщення клапана при достатньо швидкому його відкритті. Закриття повинно здійснюватись при помірних швидкостях сідання клапана в сідло. Все це визначається формою профілю кулачка. В сучасних швидкохідних двигунах переважно використовуються т.з. “безударні” кулачки, які забезпечують безударне навантаження деталей приводу.

Розподільні вали можуть розміщуватись у блок-картері або безпосередньо на головці блоку. Якщо вал розміщується у блок-картері, його встановлюють з торця, причому остання опора послідовно проходить крізь усі підшипники. Кількість підшипників, звичайно, дорівнює кількості корінних підшипників колінчастого вала, а їх діаметр послідовно зменшується, починаючи з опори з боку привідної шестерні (2) (рис. 59). Підшипники являють собою нероз’ємні втулки, внутрішня поверхня яких покрита таким же антифрикційним сплавом, який використовується для корінних та шатунних підшипників колінчастого вала. При верхньому розміщенні розподільний вал звичайно має роз’ємні опори. Змащуються підшипники під тиском. Кулачки змащуються розбризкуванням.

Привід розподільних валів здійснюється від колінчастого вала за допомогою шестерень, гнучких ланцюгів або пасів (рис. 60). В чотирьохтактних двигунах частота обертання розподільного вала вдвічі менша від колінчастого.

Привід з шестернями дуже надійний, але відносно дорогий і шумний. Менш шумний привід з ланцюгом, але він також дорогий. Тому широке розповсюдження, особливо у легкових автомобілях, одержали приводи за допомогою зубчастих пасів, які недорогі і зменшують рівень шуму механізму. Паси виготовляються з гуми або синтетичних матеріалів. Ресурс зубчастих пасів 60100 тис. км.

Привід клапанів

При верхньому розміщенні клапанів і нижньому розміщенні розподільного вала привід здійснюється за допомогою штовхачів, штанг і двоплечевих коромисел.

При верхньому розміщенні клапанів і розподільного вала проміжних деталей приводу немає, тобто привід клапанів здійснюється безпосередньо від розподільного вала.

Штовхачі передають зусилля від кулачків розподільчого валу до штанг або безпосередньо до клапанів. Сприймаючи бокові навантаження від кулачків розподільного вала, штовхачі розвантажують від них деталі механізму газорозподілу. Бокова поверхня штовхача зношується за рахунок тертя в направляючих, а торцеві поверхні головки – від контактних напруг, від дії кулачка розподільного вала і наконечника штанги. Тому робочі поверхні штовхачів повинні мати високу стійкість на стирання. У зв’язку з тим, що рухаються штовхачі з великим прискоренням, то для зменшення сил інерції вони повинні мати за можливістю невелику масу.

Найбільше розповсюдження в сучасних двигунах отримали циліндричні пустотілі штовхачі з плоскою або сферичною головкою (рис. 61 а, б). Вони використовуються в двигунах Зіл-131, ЗМЗ-66, КамАЗ-740 та ін. Рідше застосовуються роликові або роликові важільні штовхачі (рис. 61, в), наприклад, у двигуні ЯМЗ-238. Основна перевага їх у меншому зношуванні кулачків розподільчого вала, відсутності направляючих і, таким чином, тертя в них, кращій ремонтопридатності. Однак вони складніші і мають більшу масу рухомих деталей.

Застосовуються також гідравлічні штовхачі, які працюють без зазора в газорозподільному механізмі. Зусилля в такому штовхачі передається через шар оливи, що забезпечує м’яку, безшумну роботу механізму. Олива в корпус штовхача надходить з системи мащення двигуна.

Date: 2016-05-14; view: 1423; Нарушение авторских прав