Ремонт газораспределительного механизма

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Отечественное автомобилестроение. Серийный выпуск автомобилей в нашей  стране был налажен в начале прошлого века, когда в автомобильных парках развитых стран мира насчитывались  уже тысячи автомобилей. С 1908 по 1915 годы на Русско-Балкийском вагонном заводе (г. Рига) выпущено 500 легковых автомобилей из импортных деталей.

Позже, уже в советское  время, в 1924 году на Московском автомобильном  заводе (далее по тексту Московский автозавод), созданном на базе автомобильных мастерских, был выпущен первый полуторатонный грузовой автомобиль АМО-Ф15, а в 1925 году Ярославский автомобильный завод начал серийно выпускать трёхтонные грузовики.

На Московском автозаводе в 1936 году был начат выпуск грузовых автомобилей ЗИС — 5 и легковых правительственных автомобилей ЗИС - 101. В послевоенные годы завод наладил массовый выпуск легковых автомобилей высокого класса ЗИС - ПО и грузовых автомобилей ЗИС - 150. Позже завод приступил к выпуску грузовых автомобилей более современных моделей ЗИЛ - 130 и ЗИЛ - 131 (вместо ЗИС-150).

На Борковском автомобильном  заводе (далее по тексту Борковский автозавод) в 1932 году было налажено производство грузовиков ГАЗ - АБА и легковых автомобилей  ГАЗ - А, а позднее ГАЗ-М-1. В годы Второй мировой войны на этом заводе был освоен выпуск легковых автомобилей повышенной проходимости ГАЗ-67Б. В послевоенные годы Горьковский автозавод перешел на производство грузовых автомобилей ГАЗ-51 и легковых автомобилей М-20 марки «Победа». Затем стали выпускать более современные модели - ГАЗ - 53 и ГАЗ - 3102 (Волга)

ГЛАВА I. ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ

1.1. Устройство газораспределительного механизма

В двигателях внутреннего  сгорания своевременный впуск в  цилиндры свежего заряда горючей смеси и выпуск отработавших газов обеспечивается газораспределительным механизмом.

На изучаемых двигателях установлены газораспределительные  механизмы с верхним расположением  клапанов.

Газораспределительный механизм состоит из распределительных шестерен, распределительного вала, толкателей, штанг, коромысел с деталями крепления, клапанов, пружин с деталями крепления и направляющих втулок клапанов (рис.1.).

Распределительный вал  расположен между правым и левым  рядами цилиндров.

При вращении распределительного вала кулачок набегает на толкатель и поднимает его вместе со штангой. Верхний конец штанги надавливает на регулировочный винт во внутреннем плече коромысла, которое, провертываясь на своей оси, наружным плечом нажимает на стержень клапана и открывает отверстие впускного или выпускного канала в головку цилиндров. В рассматриваемых двигателях распределительный вал действует на толкатели правого и левого рядов цилиндров.

Газораспределительный механизм с верхним расположением  клапанов дает возможность улучшить форму сгорания, наполнение цилиндров и условия сгорания рабочей смеси. Лучшая форма камеры сгорания позволяет повысить также степень сжатия, мощность и экономичность двигателя.

Рис.1. Газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов.

Распределительный вал (см. рис.1.) служит для открытия клапанов в определенной последовательности в соответствии с порядком работы двигателя.

Распределительный вал  отливают из стали (у двигателей ЗМЗ-53) или чугуна (у двигателей ЗИЛ-130). Устанавливают его в отверстия стенок и ребрах картера. Для этой цели на валу имеются цилиндрические шлифованные опорные шейки . Для уменьшения трения между шейками вала и опорами в отверстия запрессовывают втулки, внутренняя поверхность которых покрыта антифрикционным слоем.

На валу, помимо опорных  шеек, имеются кулачки - по два на каждый цилиндр, шестерня для привода  масляного насоса и прерывателя-распределителя и эксцентрик для привода топливного насоса (ЗИЛ-130, ЗМЗ-53). На распределительном  валу двигателя ЗМЗ-53 этот эксцентрик" и противовес установлены на шпонке впереди распределительной шестерни.

От переднего торца  распределительных валов двигателей ЗМЗ-53 и ЗИЛ-130 приводится в действие датчик пневмоцентробежного ограничителя частоты вращения коленчатого вала двигателя. Трущиеся поверхности распределительного вала для уменьшения износа подвергнуты закалке с помощью нагрева током высокой частоты.

Привод распределительного вала от коленчатого вала осуществляется при помощи шестеренчатой передачи. Для этой цели на переднем торце коленчатого вала насажена стальная шестерня, а на переднем конце распределительного вала -текстолитовая (ЗМЗ-53) или чугунная (ЗИЛ-130) шестерня. Распределительная шестерня от провёртывания на валу удерживается шпонкой и закрепляется шайбой и болтом, завернутым в торец вала. Обе распределительные шестерни имеют косые зубья, вызывающие при вращении вала его осевое смещение.

Для предупреждения осевого  смещения вала при работе двигателя  между шестерней и передней опорной  шейки вала установлен фланец, который закреплен двумя болтами к передней стенке блока цилиндров (рис.2). Внутри фланца на носке вала установлено распорное кольцо, толщина которого несколько больше толщины фланца, в результате чего достигается небольшое осевое смещение распределительного вала.

Рис.2 .Устройство для ограничения осевого распределительного вала

Толкатели - предназначены для передачи усилия от кулачков распределительного вала к штангам. Толкатели изготовлены из стали в виде малых цилиндрических стаканов, во внутренней части которых имеются сферические углубления для установки штанги.

Направляющая  втулка служит для обеспечения направленного движения клапана и посадки его в седло без перекоса. Её изготавливают из чугуна или металлокерамики и запрессовывают в головку цилиндров.

Пружина предназначена для создания усилия, необходимого для закрытия клапана и его плотной посадки в седло.

Штанги передают усилие от толкателей к коромыслам и выполнены в виде стальных стержней с закаленными наконечниками или дюралюминиевых трубок с запрессованными с обеих сторон сферическими стальными наконечниками. Наконечники упираются с одной стороны в углубление толкателя, а с другой - в сферическую поверхность регулировочного болта коромысла.

Коромысло передает усилие от штанги клапану. Изготавливают их из стали в виде двуплечного рычага, посаженного на ось. В отверстие коромысла для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку. Полая ось закреплена в стойках на головке цилиндров. От продольного перемещения коромысло удерживается сферической пружиной. На двигателях ЗМЗ-53 и ЗИЛ-130 коромысла не равноплечные. В короткое плечо завернут регулировочный винт с контрогайкой, упирающийся в сферическую поверхность наконечника штанги. Одна из основных деталей механизма газораспределения - клапан.

Рис.3. Клапан и детали крепления

Клапаны служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов в зависимости от положения поршней в цилиндре и от порядка работы двигателя. В двигателе ЗМЗ-53 впускные и выпускные каналы выполнены в головках цилиндров и заканчиваются гнездами из жаропрочного чугуна. Клапан состоит из головки и стержня. Головка имеет узкую, скошенную под углом 45 или 30° кромку (рабочая поверхность), называемую фаской. Фаска клапана должна плотно прилегать к фаске седла, для чего эти поверхности взаимно притирают.

Головки впускных и выпускных  клапанов имеют неодинаковый диаметр. Для наполнения цилиндров свежей, горючей смесью диаметр головки  впускного клапана делают большим, чем диаметр выпускного. В связи  с тем, что клапаны во время работы двигателя неодинаково нагреваются (выпускной клапан, омываемый горячими отработанными газами, нагревается больше), изготавливаются они из разного материала: впускные клапаны - из хромистой, выпускные - из сильхромовой жароупорной стали.

Стержень клапана цилиндрической формы в верхней части имеет  выточку для деталей крепления  клапанной пружины. Стержни клапанов помещены в чугунных или металлокерамических  направляющих втулках. Втулки запрессовывают в головку цилиндров и стопорят замочными кольцами.

Клапан прижимается  к седлу цилиндрической стальной пружиной, которая имеет переменный шаг витков, что необходимо для устранения её вибрации. Пружина одной стороной упирается в шайбу, расположенную на головке цилиндров, а другой - в опорную шайбу. Опорная шайба удерживается на стержне клапана двумя коническими сухарями, внутренний буртик которых входит в выточку стержня клапана ( см. рис.3 .).

Для уменьшения проникновения  масла по стержням клапанов в камеру сгорания двигателя в опорных  шайбах установлены резиновые кольца или на стержни клапанов надеты резиновые колпачки. Для равномерного нагрева и износа клапана желательно, чтобы при работе двигателя он поворачивался.

Опережение  открытие и запаздывание закрытия клапанов. Для лучшей очистки цилиндров от отработанных газов и заполнения их свежим воздухом или горючей смесью клапаны от крыты дольше, чем в простейшем двигателе. От степени наполнения цилиндров свежим зарядом и очистки их от отработавших газов во многом зависит мощность двигателя.

Для того, чтобы в цилиндры двигателя поступало больше воздуха или горючей смеси, впускные клапаны должны открываться ещё до прихода поршня в в.м.т. (с опережением). Так как при большой частоте вращения коленчатого вала такт впуска часто повторяется, то во впускном трубопроводе создается разрежение, Воздух поступает в цилиндры двигателя, несмотря на то, что поршень идет некоторое время вверх. Воздух по инерции поступает в цилиндры через открытый клапан и после того, как поршень пройдет н.м.т. Впускной клапан закрывается с некоторым запаздыванием.

Периоды от момента открытия клапанов до момента их закрытия, выраженные в градусах поворота коленчатого  вала, называются фазами газораспределения. Их изображают в виде таблицы или круговой диаграммы (рис.4.). Опережение открытия и запаздывание закрытия впускного клапана позволило у этого двигателя продлить впуск воздуха от 180 до 268 °.

После закрытия впускного  клапана происходит сжатие и рабочий  ход. Выпу отработавших газов из цилиндра или открытие выпускного клапана  начинается прихода поршня в н.м.т. за 50 ° по углу поворот коленчатого вала. Выпускной клапан закрывается после прохода поршнем в.м.т. Продолжительность открыт выпускного клапана по углу поворота коленчатого вала 252 °.

Рис.4. Диаграмма фаз газораспределения двигателя ЗМЗ-53.

В конце такта выпуска  и начале такта впуска оба клапана  некоторое время открыты одновременно, что соответствует 46 ° по углу поворота коленчатого вала Такое перекрытие клапанов способствует лучшей очистке цилиндров отработавших газов в результате его продувки свежим воздухом.

Моменты открытия и закрытия клапанов у каждого двигателя  различные зависят от профиля  кулачков распределительного вала, а  также от значения зазоров между  клапанами и коромыслами.

1.2. Принцип работы

В четырёхтактных двигателях рабочий процесс происходит за четыре хо, поршня или два оборота коленчатого вала, т.е. за это время должно последовательно открываться впускные и выпускные клапаны каждого цилиндр а это возможно, если число оборотов распределительного вала будет в 2 раза меньше числа оборотов коленчатого вала, поэтому диаметр шестерни, установленной распределительном валу, делают в 2 раза большим, чем диаметр шестерни коленчатого вала.

Коленчатый  вал с помощью шестерен вращает распределительный вал, каждый кулачок которого, набегая на толкатель, поднимает его вместе со штангой. Последняя поднимает один конец коромысла, а другой движется вниз и давит на клапан, опуская его и сжимая пружины клапана. Когда кулачок распределительного вала сходит с толкателя, штанга и толкатель опускаются, а клапан под действием пружин, садясь в седло, плотно закрывает отверстие канала.

Клапаны в цилиндрах двигателя должны открываться и закрываться в зависимости от направления движения и положения поршней в цилиндре. При такте впуска, когда поршень двигается от в.м.т к н.м.т., впускной клапан должен быть открыт, а при такте сжатия, расширения (рабочего ходя) и выпуска закрыт. Чтобы обеспечить такую зависимость, на шестернях газораспределительного механизма делают метки: на зубе шестерни коленчатого вала и между двумя зубьями шестерни распределительного вала. При сборке двигателя эти метки должны совпадать.

Рис. 5. Метки для регулировки клапанов.

Толкатели при работе двигателя все время провертываются вокруг своих осей, что необходимо для их равномерного износа. Вращение толкателя достигается за счет выпуклой поверхности его нижней головки и скошенной поверхности кулачка распределительного вала.

Рабочий цикл восьмицилиндровых четырёхтактовых  двигателей.

Для плавной работы многоцилиндрового  двигателя и уменьшения неравномерных нагрузок на коленчатый вал рабочие процессы в различных цилиндрах должны происходить в определенной последовательности. Последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах двигателя называется порядком работы.

Порядок работы цилиндров двигателя  зависит от расположения шеек коленчатого  вала и кулачков распределительного вала.

Восьмицилиндровые V-образные двигатели имеют порядок работы цилиндров 1-5-4-2-6-3-7-8. В двигателе шатунные шейки коленчатого вала расположены под углом 90 ° (рис.6.). В этом случае одноименные такты будут перекрываться в двух цилиндрах на 90 ° или на половину хода поршня.

Рис.6. Порядок работы цилиндров

За первые пол-оборота  рабочий такт будет заканчиваться  в восьмом цилиндре, полностью  пройдет в первом и начнется в  пятом цилиндре; за вторые пол-оборота -закончится в пятом, полностью пройдет в четвертом и начнется во втором цилиндре, за третьи пол-оборота -. закончится во втором, полностью пройдет в шестом и начнется в третьем цилиндре, за четвертые пол-оборота - закончится в третьем, полностью пройдет в седьмом и начнется в восьмом. В результате такого большого перекрытия рабочих тактов в разных цилиндрах восьмицилиндровые V-образные двигатели работают очень плавно. Водитель должен знать порядок работы цилиндров для правильного присоединения проводов к свечам зажигания (ЗМЗ-53, ЗИЛ-130).

ГЛАВА II. РЕМОНТ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА

2.1. Разборочные работы

Для работы нужно приготовить  следующие инструменты и приспособления:

• набор головок
• вороток
• съёмник для снятия клапанов
• молоток
• приспособление для притирки клапанов или электродрель
• динамометрический ключ
• пинцет
• свечной ключ
• кисть для мойки деталей
• промывочная ёмкость
• металлическая щётка

Промывочные и смазочные материалы: керосин, щелочные растворы, солидол, притирочная паста, моторное масло, материал для изготовления прокладок, силиконовый герметик, новая прокладка под головку блока, ветошь.

Снятие и  разборку головки блока необходимо производить в следующем порядке:

1. Отвернуть четыре гайки крепления и снять коробку передач

2. Установить двигатель на поворотный стенд

3. Отвернуть два болта крепления насоса гидроусилителя руля к подвижному кронштейну и снять насос, предварительно отвернув болт крепления установочной планки насоса, снять ремни привода насоса и компрессора

4. Отвернуть два болта крепления генератора к кронштейну и снять генератор, предварительно отвернув болт крепления установочной планки генератора, снять ремень привода генератора и водяного насоса

5. Снять трубки бензопроводов от насоса к фильтру тонкой очистки топлива и от фильтра к карбюратору

6. Отвернуть болт крепления фильтра тонкой очистки топлива и снять фильтр

7. Отвернуть и снять трубки по дачи и слива масла из компрессора

8. Отвернуть три гайки крепления и снять компрессов в сборе с кронштейном, сняв предварительно установочную планку генератора

9. Снять валики привода акселератора верхний и нижний в сборе, отсоединив предварительно тягу дроссельной заслонки от карбюратора и снять пружину акселератора

10. Снять кронштейн  пружины акселератора

11. Снять стартер, отвернув  два болта его крепления

12. Отвернуть и снять трубки пневмоцентробежного ограничителя оборотов

13. Отвернуть четыре гайки крепления карбюратора и снять карбюратор с прокладкой, предварительно отвернув трубку вакуумного регулятора распределителя

14. Отвернуть нагнетательную  трубку фильтра центробежной очистки масла

15. Ослабить два стяжных хомута перепускного шланга системы охлаждения и снять шланг

16. Отвернуть по две гайки крепления крышек, снять держатели проводов и отсоединить провода от свечей зажигания. В случае экранированного электрооборудования снять крышки экранов свечей, отвернуть экраны свечей и отсоединить провода от свечей зажигания

17. Отвернуть винт крепления установочной пластины распределителя к корпусу привода и снять распределитель

18. Снять воздушный  фильтр вентиляции картера

19. Отвернуть болт крепления  вытяжной трубы вентиляции картера  и гайку крепления скобы трубы  и снять трубу с прокладкой

20. Отвернуть две рым-гайки и остальные крепления впускной трубы и снять впускную трубу вместе с прокладками. Примечание : При необходимости впускная труба может быть снята в сборе с карбюратором и генератором

21. Снять крышки коромысел.  При снятии необходимо следить  за тем, чтобы не выпали фасонные  шайбы уплотнителей крышки

22. При необходимости  отвернуть по пять гаек крепления  выпускных коллекторов и снять коллекторы вместе с прокладками

23. Отвернуть по четыре  гайки крепления стоек осей  коромысел и снять оси коромысел  со стойками в сборе и разобрать их при необходимости

24. Вынуть и уложить  по порядку штанги и толкатели

25. Снять головки цилиндров и прокладки головок, отвернув по восемнадцать гаек крепления каждой головки. Втулками-зажимами закрепить гильзы цилиндров в блоке для предохранения их от выпадания. Если нет необходимости в разборке и ремонте выпускных коллекторов и головок, последние рекомендуется снимать в сборе с коллекторами (операция 22 в этом случае исключается)

26. С помощью съемника  сиять клапаны и уложить их  на стеллажи согласно порядковым  номерам. Съемник позволяет осуществлять  снятие и установку пружин  клапанов на головках цилиндров как с присоединенными к ним выпускными коллекторами, так и без них.

При снятии клапанов необходимо соблюдать осторожность, чтобы не повредить резиновые колпачки, установленные  на впускные клапаны. Для облегчения снятия тарелки клапана с сухарей рекомендуется после предварительной затяжки винта съемника слегка ударить рукояткой молотка по съемнику

27. Снять бензиновый насос с прокладкой, отвернув два болта крепления насоса к крышке распределительных шестерен.

2.2. Дефектация и комплектование деталей

Основными дефектами  распределительного изгиб, износ опорных шеек и шейки под распределительную шестерню, износ кулачков.

Биение промежуточных  опорных шеек проверяют при установке вала в призме на крайние опорные шейки. Допустимая величина биения устанавливается техническими условиями, Если биение превышает допустимую величину, то вал правят под прессом. Изношенные шейки шлифуют на меньший диаметр до одного из ремонтных размеров. После шлифования шейки полируют абразивной лентой или пастой ГОИ. При этом осуществляют замену изношенных опорных втулок на новые. Внутренние диаметры новых запрессованных втулок обрабатывают разверткой или расточкой резцов мод размер перешлифованных шеек распределительного вала. Опорные шейки вала, вышедшие из ремонтных размеров, можно восстановить хромированием или осталиванием под номинальный или ремонтный размер.

Небольшой износ кулачков устраняют шлифованием на копировально-шлифовальном станке. При значительном износе вершину кулачка можно восстановить наплавкой сормайтом №1 с последующим предварительным шлифованием на электрошлифовальной установке и окончательной обработкой на копировально-шлифовальном станке.

Наиболее часто встречающимися дефектами клапанов являются:

• износ и обгорание рабочей фаски
• деформации тарелки (головки)
• износ и изгиб стержня

При значительных износах  или наличии глубоких раковин и рисок осуществляют шлифование и притирку. После шлифования фаски высота цилиндрической части головки клапана должна быть не менее величины, установленной техническими условиями,

Все клапаны притирают одновременно на специальном станке. Герметичность пары клапана - седло контролируют прибором, с помощью которого нагнетается под избыточным давлением 0,006 - 0,007 MПa (0,6 - 0,7 кгс/см²) воздух. Давление в течение 1 минуты не должно резко уменьшаться.

Изгиб стержня и биение рабочей фаски головки относительно стержня проверяют на специальном приспособлении. Контроль осуществляют индикаторами. Допускаемое биение стержня клапана - 0,015 мм на длине 100 мм, а биение рабочей фаски - 0,03. при большем биении стержень клапана правят.

Изношенный стержень, клапана можно восстановить хромированием или осталиванием с последующим шлифованием до номинального размера. Изношенный торец стержня клапана шлифуют до получения гладкой поверхности.

У толкателей клапанов изнашиваются сферическая и цилиндрическая поверхности. Стержень восстанавливают шлифованием до ремонтного размера или хромированием. При этом отверстие у направляющих толкателей обрабатывают разверткой под размер устанавливаемых стержней или для запрессовки втулки. Втулки изготавливают из серого чугуна и запрессовывают с натягом 0,02 - 0,03 мм. После запрессовки внутренний диаметр втулок обрабатывают разверткой, обеспечивая необходимый зазор в соединении. Износ сферической поверхности стержня устраняют шлифованием по шаблону, выдерживая установленную техническим условиями высоты.

В коромысле клапанов изнашиваются втулки, которые заменяют на новые и растачивают отверстия в них до номинального или ремонтного размера. В новой втулке сверлят масляные отверстия. Изношенную сферическую поверхность носка коромысла обрабатывают шлифованием.

Перечень дефектов регулировки теплового зазора в клапанах.

Проверка и регулировка  зазоров в приводе клапанов, производится на холодном двигателе при температуре 15...20° С, Величина тепловых зазоров клапанов на рассматриваемом двигателе составляет: впускного - 0,25 мм. Выпускного - 0,30 мм, на остальных двигателях.....- 0,15 мм на всех клапанах.

Увеличенный зазор между стержнем и коромыслом у впускного клапана.

• Ухудшает наполнение цилиндра горючей смесью
• Затрудняет пуск двигателя, а гари его работе приводит к падению мощности. Увеличенный зазор между стержнем и коромыслом у выпускного клапана.
• Ухудшает удаление из цилиндра отработанных газов
• Работа двигателя сопровождается характерным металлическим стуком. Уменьшенный зазор между стержнем и коромыслом у впускного клапана.
• Слышны хлопки в системе топливоснабжения в связи с тем, что часть горючих газов движется в обратном направлении (в систему питания)
• При работе двигателя значительно падает мощность. Аварийный режим, при котором эксплуатация запрещена. Повторить регулировку. Уменьшенный зазор между стержнем и коромыслом у выпускного клапана.
• Слышны хлопки и наблюдается повышенная дымность из глушителя в связи с тем, что во время такта сжатия часть рабочей смеси попадает в глушитель
• При работе двигателя значительно падает мощность. Это аварийный режим, при котором эксплуатация ЗАПРЕЩЕНА. Повторить регулировку .

2.3. Сборка газораспределительного механизма

Подтяжку головки цилиндров из алюминиевого сплава производят на холодном двигателе динамометрическим или обычным ключом из комплекта водительского инструмента без применения дополнительных насадок. Последовательность затяжки гаек крепления головки цилиндров двигателя ЗМЗ-53 показана на рис.8.

Усиление при затяжке должно быть 7,3 - 7,8 кгс/м.

Подтягивать резьбовые соединения следует равномерно, без рывков, в строго определенном порядке для каждого типа двигателя. Затягивать гайки крепления головки блока нужно - от центра, постепенно перемещаясь к краям.

Перед подтяжкой крепления  головок цилиндров сливают воду из системы охлаждения и ослабляют  гайки крепления впускного трубопровода.

После затяжки гаек головки  цилиндров нужно вновь затянуть гайки впускного трубопровода и отрегулировать зазоры между клапанами и коромыслами.

Регулировка тепловых зазоров.

Для обеспечения надежной и бесшумной работы распределительного механизма величина зазоров не должна, выходить, за пределы впускного - 0,25 мм, выпускного - 0,30 мм и их необходимо периодически контролировать. Следует иметь в виду, что небольшое увеличение зазоров не только снижает мощность и повышает расход топлива, но и небрежно вызывает прогорание выпускных клапанов.