Газораспределительный механизм

Министерство  образования Омской области

Бюджетное образовательное  учреждение

начального профессионального  образования

«Профессиональное училище  № 49»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННая работа

на тему «Газораспределительный механизм»

студента группы 208

специальность 20.6 «Слесарь по ремонту автомобилей»

Василькова  Александра Сергеевича

Руководитель: Шестакова Ольга Геннадьевна

Омск  2010 
СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Изобретенный  более ста лет назад автомобиль прочно занял ведущее место в жизни человека. По мере развития техники он совершенствуется, становясь более сложной энергетической установкой мощностью от нескольких десятков до 1000 и более лошадиных сил.

Представить современную  жизнь без автомобилей невозможно, они окружают нас повсюду — в производстве и быту. По объёму перевозимых грузов автомобильный транспорт занимает ведущее место в нашей стране и в мире.

На сегодняшний  день автомобилестроение испытывает колоссальное развитие. Для производства автомобилей используются высокие технологии и современное оборудование.

На долю автомобильного транспорта в народном хозяйстве  России приходится свыше двух третей перевозимых грузов. Такое массовое использование автомобилей объясняется тем, что они могут доставлять пассажиров и грузы от места отправления до места назначения без пересадки и перегрузки.

i  Назначение и устройство механизма

Механизм газораспределения предназначен для своевременного впуска в цилиндры воздуха (дизели) или горючей смеси (карбюраторные и газовые двигатели) и выпуска из них отработавших газов [1].

Газораспределительный механизм двигателя внутреннего  сгорания обеспечивает распределение топливно-воздушной смеси (или воздуха в дизелях) по цилиндрам и выпуск отработавших газов [2].

Газораспределительный механизм состоит из следующих основных элементов (рисунок 1): распределительного вала, толкателей, штанг, одно- или двуплечих рычагов (коромысел), клапанов и их пружин.

Распределительный вал имеет кулачки — выступы  определенного профиля, задающие порядок и время открытия и закрытия клапанов. Он может быть расположен в нижней части блока цилиндров (нижнее расположение) или в его головке (верхнее расположение) и приводится во вращение от коленчатого вала.

При нижнем расположении распределительного вала усилие, необходимое для открытия клапанов, передаётся к ним от кулачков через толкатели, штанги и коромысла.

В газораспределительном  механизме с верхним расположением распределительного вала привод клапанов осуществляется кулачком либо непосредственно через толкатели, либо через рычаги или коромысла.

В процессе прогрева двигателя (от температуры окружающего  воздуха до рабочей температуры) детали газораспределительного механизма нагреваются, что вызывает увеличение их размеров. Это может привести к тому, что клапан перестанет плотно закрываться. Чтобы избежать такого эффекта, в клапанном механизме предусмотрен тепловой зазор (для впускных клапанов — от 0,15 до 0,25 мм, для выпускных — от 0,20 до 0,35 мм и более).

При эксплуатации двигателя происходит износ деталей  газораспределительного механизма, приводящий к увеличению теплового зазора. Поэтому периодически возникает необходимость в его регулировке, операции довольно трудоёмкой и ответственной. Неправильно установленный тепловой зазор приводит к неплотному закрыванию клапанов или характерному металлическому стуку, вызывающему повышенный износ деталей газораспределительного механизма.

Гидравлические компенсаторы зазоров в газораспределительном механизме обеспечивают его безударную работу и полное закрытие клапанов [2].

Составляющими механизмами распределительного вала являются кулачки, расположенные над клапанами (впускным и выпускным). Для каждого клапана свой кулачок.

Во время  вращения вала, кулачки служат средством  согласованного движения поршней, открытия и закрытия клапанов. Посредством цепной передачи (зубчатого ремня) от коленчатого вала начинает вращаться распределительный вал. Регулировка натяжения цепи привода происходит посредством специального натяжителя, зубчатого ремня – посредством натяжного ролика (рисунок 2).

В современных  автомобильных двигателях применяют  механизм газораспределения с верхним расположением клапанов, которое позволяет получить компактную камеру сгорания, обеспечить лучшее наполнение цилиндров горючей смесью и облегчить регулировку тепловых зазоров (рисунок 3).

Механизм  газораспределения с верхним  расположением клапанов. На рисунке 4 показан механизм газораспределения двигателя ЗИЛ-130. Усилие от кулачков 6 и 7 распределительного вала через толкатели 20, штанги 19 и коромысла 14 передается клапанам, которые открываются, сжимая пружины 12. Закрытие клапанов происходит под действием сжатых пружин. На общем для обоих рядов цилиндров распределительном вале имеются также шестерни 21 привода масляного насоса и прерывателя-распределителя, а также эксцентрик 5 привода топливоподкачивающего насоса. Распределительный вал расположен в блоке цилиндров и шестерней 1 приводится от коленчатого вала; частота вращения распределительного вала должна быть в 2 раза меньше частоты вращения коленчатого вала.

Для ограничения  осевых перемещений распределительного вала между шестерней 1 и передней опорной шейкой 4 установлено распорное кольцо 3, которое обеспечивает зазор (0,1-0,2 мм) между упорным фланцем 2 и шестерней 1.

Механизм газораспределения  дизеля КамАЗ-740 также имеет 1 распределительный вал 1 с шестерней привода 17, установленной на заднем конце вала.

Стальной распределительный  вал установлен в развале блока цилиндров на пяти подшипниках скольжения.

Осевое перемещение  вала ограничено корпусом заднего подшипника, в торцы которого с одной стороны  упирается ступица шестерни 17, а с другой - упорный бурт задней опорной шейки вала.

Стальные толкатели 2 грибкового типа пустотелые с цилиндрической направляющей частью. Тарелка толкателя имеет наплавку отбеленным чугуном.

Направляющая 3 толкателей делается съёмной, общей для четырёх толкателей, что облегчает её ремонт. Впускной 14 и выпускной 15 клапаны изготовлены из жаропрочной стали. Стержни клапанов на длине 120 мм от верхнего торца покрыты графитом для лучшей переработки. Во время работы двигателя клапаны поворачиваются относительно седла за счёт специальной конструкции разъёмного соединения (втулка 8 - тарелка 9), что повышает продолжительность их эксплуатации без ремонта.

В современных  высокооборотных двигателях легковых автомобилей ВАЗ и «Москвич»  распределительный вал установлен на головке блока цилиндров, что  упрощает кинематическую связь между кулачками и клапанами. Такое расположение распределительного вала называется верхним, оно позволяет упростить блок цилиндров и уменьшить шум при работе механизма газораспределения. При верхнем расположении распределительный вал приводится цепью или зубчатым ремнем (рисунок 5).

Например, на двигателях автомобилей ВАЗ-2101 «Жигули» (рисунок 5а) чугунный распределительный вал 7 расположен в пяти опорах, алюминиевый корпус которых устанавливается на шпильки и притягивается сверху к головке цилиндров гайками.

Кулачки распределительного вала действуют на рычаги 8, которые, поворачиваясь на сферической головке регулировочного болта 11, другим концом нажимают на стержень клапана и открывают его. Регулировочный болт ввернут во втулку 10 головки цилиндров и стопорится контргайкой. Закрывается клапан двумя пружинами. Вращение от коленчатого вала 1 к распределительному валу 7 передается втулочно-роликовой цепью 3. Этой же цепью приводится во вращение ведомая звездочка 13 привода масляного насоса и прерывателя-распределителя зажигания. Для уменьшения колебаний цепи служит успокоитель 12, закреплённый на торце двигателя. Для натяжения цепи предусмотрено натяжное устройство 5 с башмаком 4.

Привод распределительного вала в двигателе автомобиля ВАЗ-2105 осуществляется зубчатым ремнём. Для этого на коленчатом и распределительном валах (рисунок 5б) установлены шкивы 14 и 16 с наружными зубьями специального профиля. Шкивы 14 и 16 охватываются ремнем 15, на внутренней поверхности которого также имеются зубья. Ремень охватывает также зубчатый шкив 17 привода масляного насоса. Ремень изготовлен из специальной резины, армированной стеклокордовым шнуром, а его рабочая зубчатая поверхность покрыта специальной эластичной тканью.

В конструкции  привода предусмотрено натяжное устройство, состоящее из закрепленного на поворотной пластине гладкого ролика, который прижимается к наружной поверхности ремня 15 пружиной. Чтобы натяжение ремня сделать нормальным, достаточно отпустить болт 18, проходящий сквозь прорезь в пластине. Это позволит пружине подтянуть пластину вместе с роликом 5, после чего болт 18 следует затянуть.

Весь привод распределительного вала не нуждается  в смазке; от пыли и грязи защищён  лёгкими пластмассовыми крышками. Привод зубчатым ремнём позволяет (по сравнению  с цепным) снизить металлоёмкость и шум механизма газораспределения.

Детали  механизма газораспределения

Поверхности кулачков и опорных шеек распределительного вала дизеля КамАЗ-740 отцементированы и закалены токами высокой частоты. Втулки подшипников сделаны из биметаллической ленты и запрессованы в перегородки блока. Шестерни привода распределительного вала расположены на заднем торце блока цилиндров.

Между каждой парой  опорных шеек вала имеются 4 кулачка - для клапанов одного цилиндра правого ряда и одного цилиндра левого ряда. Углы взаимного расположения кулачков зависят от порядка работы цилиндров и фаз газораспределения.

Каждый цилиндр  имеет по одному впускному и одному выпускному клапану. Для некоторых двигателей распределительные валы изготовляют из чугуна, в этом случае их кулачки и шейки подвергают отбеливанию.

Шестерни распределительных  валов карбюраторных двигателей делают из чугуна или из текстолита. Зубья у шестерен косые, что вызывает появление силы, стремящейся переместить  распределительный вал в осевом направлении.

Толкатели изготовляют из стали или чугуна. Стальные толкатели имеют наплавленную чугунную пятку, соприкасающуюся с кулачком. Толкатели бывают цилиндрическими, грибовидными или роликовыми. Толкатели имеют углубления, в которые входят нижние концы штанг. Перемещаются толкатели в направляющих, выполненных в блоке цилиндров, или в привёрнутых к нему корпусах направляющих.

Штанги изготовляют полыми из стали или из дюралюминия со стальными сферообразными наконечниками, которыми штанга упирается с одной стороны в толкатель, а с другой - в сферическую поверхность регулировочного винта.

Коромысло изготовляют из стали или чугуна. Плечо коромысла со стороны клапана длиннее, чем со стороны штанги толкателя. Это позволяет уменьшить высоту подъёма толкателя и штанги. В отверстие коромысла запрессована бронзовая втулка. Устанавливают коромысла на полых осях, которые бывают общими для всех цилиндров или выполняют отдельно для каждого цилиндра.

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапан состоит из тарельчатой плоской головки и стержня. Диаметр головки впускного клапана больше, чем выпускного. Впускные клапаны изготовляют из хромистой стали; выпускные клапаны (или их головки) - из жаростойкой стали. Вставные седла клапанов, запрессованные в головку или блок цилиндров, изготовляют из жаростойкого чугуна. На рабочую поверхность головки выпускных клапанов иногда наплавляют жаростойкий сплав. Для лучшего охлаждения внутреннюю полость некоторых выпускных клапанов заполняют металлическим натрием, который имеет высокую теплопроводность и температуру плавления 98°С. При движении клапана расплавленный натрий, перемещаясь внутри стержня, отводит теплоту от головки к стержню, которая затем передается направляющей втулке 10.

Рабочая поверхность  головки клапана (фаска) обычно имеет угол 45°; только у впускных клапанов двигателя ЗИЛ-130 этот угол равен 30°. Фаску головки клапана тщательно обрабатывают и притирают к седлу.

Стержень клапана  имеет выточку, в которую вставляют  сухарики 7 для крепления упорной шайбы 6 пружины клапана. Стержни клапанов перемещаются в направляющих втулках 10 - чугунных или металлокерамических.

Клапан прижимается  к седлу одной или двумя  пружинами. При двух пружинах направление  их витков должно быть различным, чтобы  при поломке одной из них ее витки не могли попасть между витками другой.

Выпускные клапаны  двигателей принудительно поворачиваются при работе, что предотвращает их заедание и обгорание (рисунок 6). Механизм поворота состоит из неподвижного корпуса 1 (рисунок 5 а-г), пяти шариков 2 с возвратными пружинами 9, дисковой пружины 8 и опорной шайбы 3 с замочным кольцом 4. Корпус 1 установлен на направляющей втулке 10 клапана в углублении головки цилиндров и имеет секторные пазы для шариков 2. Опорная шайба 3 и дисковая пружина 8 с зазором надеты на выступ корпуса. При закрытом клапане (рисунок 5б), когда усилие его пружины 5 невелико, дисковая пружина 8 выгнута наружной кромкой кверху, а внутренней кромкой опирается на заплечик корпуса 1. При открытии клапана усилие его пружины 5 увеличивается, дисковая пружина 8 распрямляется и ложится на шарики 2 (рисунок 5в). Усилие пружины 8 передается на шарики 2, и они, перекатываясь по секторным пазам корпуса, поворачивают дисковую пружину и опорную шайбу, а следовательно, пружину клапана и клапан.

При закрытии клапана  усилие его пружины уменьшается, дисковая пружина 8 прогибается и упирается в заплечик корпуса, освобождая шарики 2, которые под действием пружины 9 возвращаются в исходное положение.

Для предотвращения попадания масла в цилиндр  по зазору между стержнем клапана и направляющей втулкой 2 на ней или стержне клапана устанавливают резиновое уплотнение в виде колпачка 1 или сальника 3 (рисунок 7).

В настоящее  время за рубежом все шире применяют  так называемую четырёхклапанную конструкцию (в первую очередь для двигателей легковых автомобилей), то есть установку в каждом цилиндре двух впускных и двух выпускных клапанов. Это позволяет улучшить наполнение цилиндров свежей смесью, а значит, увеличить литровую мощность двигателя (до 50 кВт/л). Свеча у четырёхклапанных карбюраторных двигателей расположена в центре камеры, что сокращает время сгорания смеси и улучшает топливную экономичность двигателя.

Фазы  газораспределения

Фазы  газораспределения – это моменты начала открытия и конца закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек.

Для лучшей очистки  цилиндров от отработавших газов  выпускной клапан должен открываться  до достижения поршнем нижней мёртвой  точки, а закрываться после верхней мёртвой точки. С целью лучшего наполнения цилиндров смесью впускной клапан должен открываться до достижения поршнем верхней мёртвой точки, а закрываться после прохождения нижней мёртвой точки. Период, в течение которого одновременно открыты оба клапана (впускной и выпускной), называют перекрытием клапанов.

Фазы газораспределения  подбирают на заводах опытным  путём в зависимости от быстроходности двигателя и конструкции его впускной и выпускной систем. При этом стремятся использовать колебательное движение газов во впускной и выпускной системах таким образом, чтобы к концу закрытия впускного клапана перед ним оказалась бы волна давления, а к концу закрытия выпускного клапана за ним была бы волна разрежения. При таком подборе фаз газораспределения удаётся одновременно улучшить заполнение цилиндров свежей смесью и их очистку от отработавших газов.

Заводы указывают  фазы газораспределения для своих  двигателей или в виде диаграмм (рисунок 8). Диаграмма показывает, что впускной клапан начинает открываться за 10° до верхней мёртвой точки, а заканчивает закрываться через 46° после нижней мёртвой точки. Выпускной клапан начинает открываться за 66° до нижней мёртвой точки и заканчивает закрываться через 10° после верхней мёртвой точки. Перекрытие клапанов в этом случае составляет 20°.

Правильность  установки механизма верхней  мёртвой точки газораспределения определяется зацеплением распределительных шестерен с имеющимися на них метками. Отклонение при установке фаз газораспределения хотя бы на 2 зуба шестерни или звёздочки распределительного вала приводит к удару клапана о поршень, потери компрессии, выходу из строя клапана или двигателя.

Постоянство фаз  газораспределения сохраняется  только при соблюдении теплового  зазора в клапанном механизме. Увеличение этого зазора приводит к уменьшению продолжительности открытия клапана, и наоборот [1].

III  Техническое обслуживание и ремонт

газораспределительного механизма

3.1  Машина Москвич-412

В распределительном  механизме двигателя наиболее частыми  неисправностями являются: нарушение герметичности клапанов, отложение нагара на клапанах и стенках газовых каналов, износ наконечников клапанов и регулировочных винтов коромысел, износ направляющих втулок и стержней клапанов, износ приводной цепи и поломка клапанных пружин.

Снятие головки  цилиндров. Для ремонта распределительного механизма нужно снять головку цилиндров двигателя, отвернув гайки десяти шпилек, крепящих головку к блоку цилиндров. Снять головку можно на месте, не снимая двигатель с автомобиля. При этом необходимо выполнить следующее:

• отъединить «массовый» провод от аккумуляторной батареи;
• слить воду из системы охлаждения двигателя;
• снять воздушный фильтр и шланг системы вентиляции, отъединив его от крышки клапанного механизма;
• снять соединительный трубопровод вакуумного регулятора, отъединив его от карбюратора и прерывателя-распределителя;
• отъединить от карбюратора топливопровод, тягу дросселя и трос воздушной заслонки;
• снять топливопровод, отъединив его от топливного насоса;
• снять карбюратор с впускного трубопровода;
• отъединить подводящий шланг обогревателя кузова от его крана и отъединить трос (тягу) от рычага крана;
• отъединить приводной шланг гидровакуумного усилителя тормозов от штуцера впускного трубопровода;
• отъединить провод от датчика указателя температуры двигателя;
• отъединить от корпуса термостата главный выходной и перепускной шланги;
• отъединить от топливного насоса подводящий топливопровод, снять топливный насос с двигателя и вынуть приводную штангу насоса;
• отъединить провода высокого напряжения от крышки распределителя и свечей и снять держатель проводов вместе с проводами;
• отъединить приемную трубу глушителя от выпускного трубопровода и кронштейна двигателя или, отъединив выпускной трубопровод от головки цилиндров, отвести его вместе с приемной трубой глушителя от двигателя;
• снять крышку клапанного механизма, осторожно приподнимая ее вверх, чтобы не повредить уплотнительную прокладку;
• установить поршень первого цилиндра в верхней мёртвой точке такта сжатия и убедиться в том, что метка на фланце распределительного вала совпадает с выступом на передней стойке головки цилиндров;
• снять верхнюю крышку привода газораспределительного механизма, отвернув болты, крепящие ее к переднему торцу головки цилиндров и к нижней крышке. Крышку следует снимать осторожно, стараясь не повредить ее боковые уплотнительные прокладки;
• связать проволокой обе ветви цепи привода газораспределительного механизма ниже ведомой звездочки с тем, чтобы не допустить перескакивания цепи с зубьев звездочки;
• снять ведомую звездочку с фланца распределительного вала и, разъединяя ее с цепью, отвести в сторону.

После этого в течение  всех работ, пока цепной привод разъединен, не повертывать коленчатый и распределительный вал даже на самый малый угол, чтобы не повредить клапаны поршнями.

Отвернуть гайки десяти шпилек и снять головку цилиндров с двигателя.

В дальнейшем, когда снята  головка цилиндров, коленчатый вал  нельзя повертывать еще и по той  причине, что можно нарушить посадку  гильз цилиндров в блоке, так как гильзы могут сдвинуться с места силой трения в них поршней с кольцами.

При полной разборке двигателя, когда  приводная цепь будет снята также  и с нижней ведущей звездочки, для того чтобы можно было вращать  коленчатый вал, гильзы цилиндров закрепляют в блоке, прижимая их сверху специальными прижимами, используя шпильки крепления головки цилиндров.

Когда цепь снята, надо установить пригодность  ее к дальнейшей работе. Разъединив одно звено, цепь промывают в бензине, высушивают и осматривают. Если отсутствуют видимые дефекты, определяют степень ее растяжения. Для этого надо подвесить цепь, нагрузить усилием 14 кгс и промерить ее участок в 50 шагов (звеньев). Если его длина более 480 мм, цепь необходимо заменить (у новой цепи длина 50 шагов составляет 476,25 мм).

Разборка клапанного механизма. Сняв головку цилиндров двигателя, приступают к разборке клапанного механизма. Пометив коромысла порядковыми номерами (с первого по восьмой, начиная с передней стороны двигателя), снимают с осей коромысла с пружинами, шайбами и распорными втулками, постепенно впрессовывая каждую ось, раскладывая и помечая все детали в том порядке, в котором они стояли на двигателе.

Каждое коромысло снимают тогда, когда оно освобождено от нажима кулачка, повертывая распределительный вал для снятия очередного коромысла в соответствующее положение, или, ослабив контргайки, вывертывают регулировочные винты коромысел настолько, чтобы их концы не выступали из своих резьбовых отверстий, и, сняв наконечники стержней клапанов, снимают коромысла с осей. Чтобы не перепутать места установки деталей, сначала снимают коромысла, например, впускных клапанов, а затем - выпускных. Затем вынимают из опор головки цилиндров распределительный вал, удалив предварительно его упорный фланец, и снимают клапаны.

Перед снятием с головки цилиндров  клапаны необходимо пометить порядковыми номерами цилиндров. Метки наносят легким кернением на плоскости головки клапана (вблизи центра головки) или рисками, нанося соответственно одну, две, 3 или 4 метки.

Для того чтобы снять клапан, необходимо сжать его пружины и вынуть сухари 7 из гнезда тарелки. Сжатие пружин обычно осуществляют специальным съемником, а если его нет, то подручными средствами; использовать при этом шпильки крепления крышки клапанного механизма нежелательно, так как они могут быть погнуты.

Вынув сухари, снимают тарелку, обе пружины и шайбу 1 пружин. Снятые детали сложите так, чтобы при сборке можно их было поставить опять на свои места.

Нагар с тыльной стороны головок  клапанов удаляют стальными скребками, размягчив предварительно нагар керосином. Аналогично удаляют нагар с поршней и стенок камер сгорания.

Притирка клапанов. Если рабочие фаски головок клапанов и их гнезд обгорели, имеют раковины или другие небольшие повреждения, то производят притирку клапанов, восстанавливая этим необходимую герметичность закрытия клапана. Для притирки на фаску клапана наносят тонкий слой притирочной пасты, представляющей собой смесь абразивного порошка с маслом и, прижимая клапан к гнезду, поворачивают его на некоторый угол в обе стороны, немного отводя от гнезда (приподнимая) при перемене направления движения. Подъем клапана осуществляют при помощи вспомогательной пружины, помещенной на стержне клапана между его головкой и поверхностью канала головки цилиндров, а поворачивают клапан резиновой присоской. Можно также притирать клапаны специальной рукояткой с зажимом, захватывая клапан за его стержень.

Когда на прилегающих друг к другу  рабочих поверхностях головки клапана и его гнезда будут выведены раковины и появятся сплошные матовые пояски, притирку заканчивают.

Если на рабочей поверхности  фасок клапанов и гнезд имеются  глубокие раковины или значительная кольцевая выработка, то перед притиркой  необходима шлифовка рабочих поверхностей клапанов и гнезд специальным приспособлением с набором абразивных камней.

После притирки клапаны, их гнезда и остальные места, куда могла попасть притирочная паста, тщательно промывают крепким мыльным раствором при помощи кисти, а затем керосином или бензином и протирают ветошью.

У снятых клапанных пружин надо проверить высоту в свободном состоянии, которая для больших пружин должна быть не менее 40 мм, а для малых - не менее 36 мм. Пружины меньшей высоты следует заменить новыми.

После притирки клапанов может снизиться усилие клапанных  пружин вследствие изменения (увеличения) высоты пружин, собранных с клапаном, которая при закрытом клапане для внешней пружины не должна быть более 37 мм. При большей высоте клапанные пружины надо снять и под опорную шайбу пружин подложить дополнительную шайбу соответствующей толщины, также надев ее, как и основную шайбу, на направляющую втулку клапана. Наружный и внутренний диаметры такой дополнительной шайбы должны быть в пределах соответственно 37,0-37,6 и 15,2-15,5 мм.

Установка головки  цилиндров. Головку цилиндров устанавливают на двигатель с заранее собранным клапанным механизмом. Устанавливают головку цилиндров и другие детали и приборы в порядке, обратном разборке. Момент затяжки 9-10 кгс-м.