Ремонт газораспределительного механизма двигателя ЗМЗ – 53

СОДЕРЖАНИЕ

 
Введение…………………………………………………………………………...3 
1. Устройство и назначение газораспределительного механизма двигателя ЗМЗ – 53……………………………………………………………………………4 
2. Техническое обслуживание газораспределительного механизма двигателя ЗМЗ – 53…………………………………………………………………………..10 
2.1. Неисправности, их признаки, способы устранения……………………....10 
3. Ремонт газораспределительного механизма двигателя ЗМЗ – 53………….13 
3.1. Последовательность разборки механизма. Применяемые инструменты..13 
3.2. Дефектовка деталей…………………………………………………………16 
3.3. Выбраковка и ремонт отдельных деталей двигателя……………………..26 
3.4. Последовательность сборки механизма двигателя ЗМЗ -53……………..33 
3.5. Проверка и испытание работы механизма………………………………...36 
4. Техника безопасности при ремонте и техническом обслуживании……….37 
Используемая литература……………………………………………………....40 
 

 Введение

     ГРМ — сокращение от «газораспределительный механизм». Механизм распределения впуска горючей смеси и выпуска отработавших газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Осуществляется путём открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов цилиндров при помощи распределительного вала (распредвала) и кулачкового механизма. Распредвал имеет жёсткую синхронизацию вращения с коленвалом, реализованную с помощью зубчаторемённой или цепной передачи. Как правило, на высокофорсированных двигателях обрыв или проскальзывание ремня ГРМ или цепи ГРМ приводит к выходу двигателя из строя. Несмотря на некоторые конструктивные осложнения двигателя, верхнее размещение клапанов широко применяется на современных автомобильных двигателях (ЗМЗ-53, ЗИЛ-130, «Москвич-408», ВАЗ-2101 и др.). Это объясняется тем, что верхнеклапанное газораспределение позволяет создать камеру сгорания выгодной формы, что позволяет повысить степень сжатия. Кроме того, улучшается наполнение цилиндров за счет уменьшения сопротивления для горючей смеси и выпуска отработавших газов.

   В настоящее время на рынке присутствуют различные двигатели с системами сдвига фаз газораспределения.

    Различают одно- и двухвальные ГРМ, в зависимости от количества распределительных валов в головке блока цилиндров. В одновальном ГРМ — один вал. В двухвальном соответственно два. Это в частности означает, что V-образный или оппозитный двигатель имеет два или четыре распределительных вала.

      Цель выпускной квалификационной работы: рассмотреть и изучить устройство и ремонт газораспределительного механизма двигателя ЗМЗ-53.

1. Устройство и  назначение газораспределительного  механизма двигателя ЗМЗ – 53

         Газораспределительный механизм служит для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси и выпуска отработавших газов.

        Газораспределительные  механизмы различают по расположению  клапанов в двигателе. Они могут  быть с верхним (в головке цилиндров) и нижним (в блоке цилиндров) расположением  клапанов. Наиболее распространен  газораспределительный механизм  с верхним расположением клапанов, что облегчает доступ к клапанам  для их обслуживания, позволяет  получить компактную камеру сгорания  и обеспечить лучшее наполнение  ее горючей смесью или воздухом.

        Газораспределительный  механизм состоит из: распределительного  вала; механизма привода распределительного  вала; клапанного механизма.

       Распределительный  вал находится в "развале" блока  двигателя, то есть между его  правым и левым рядами цилиндров, и приводится во вращение от  коленчатого вала через блок  распределительных шестерен. При  цепном или ременном приводе  вращение распределительного вала  осуществляется с помощью соответственно  цепной или зубчатой ременной  передачи.

      При вращении  распределительного вала кулачок  набегает на толкатель и поднимает  его вместе со штангой. Верхний  конец штанги надавливает на  регулировочный винт, установленный  во внутреннем плече коромысла. Коромысло, проворачиваясь на своей  оси, наружным плечом нажимает  на стержень клапана и открывает  отверстие впускного или выпускного  клапана в головке цилиндров  строго в соответствии с фазами  газораспределения и порядком  работы цилиндров.

      Под фазами  газораспределения понимают моменты  начала открытия и конца закрытия  клапанов, которые выражаются в  градусах угла поворота коленчатого  вала относительно мертвых точек. Фазы газораспределения подбирают  опытным путем в зависимости  от числа оборотов двигателя  и конструкции впускных и выпускных  патрубков.

      Правильность  установки газораспределительного  механизма определяется по установочным  меткам, которые располагаются на  распределительных шестернях или  приводном шкиве блока цилиндров  двигателя.

      Отклонение  при установке фаз приводит  к выходу из строя клапанов  или двигателя в целом. Постоянство  фаз газораспределения сохраняется  только при соблюдении регламентируемого  теплового зазора в клапанном  механизме данной модели двигателя. Нарушение величины этого зазора  приводит к ускоренному износу  клапанного механизма и потери  мощности двигателя.

      Для правильной  работы двигателя кривошипы коленчатого  вала и кулачки распределительного  вала должны находиться в строго  определенном положении относительно  друг друга. Поэтому при сборке  двигателя распределительные шестерни  вводятся в зацепление по имеющимся  на их зубьях меткам: одной  — на зубе шестерни коленчатого  вала, а другой — между двумя  зубьями шестерни распределительного  вала. На двигателях, имеющих блок  распределительных шестерен, установка  их производится также по меткам.

      Последовательность  чередования одноименных тактов  в различных цилиндрах называется  порядком работы цилиндров двигателя, который зависит от расположения  цилиндров и конструктивного  исполнения коленчатого и распределительного  валов.

      Распределительный  вал служит для открытия и  закрытия клапанов газораспределительного  механизма в определенной последовательности  согласно с порядком работы  цилиндров двигателя.

Распределительные валы отковывают из стали с последующей цементацией и закаливанием токами высокой частоты. На некоторых двигателях валы отливают из высокопрочного чугуна.

       В этих  случаях поверхность кулачков  и шеек вала отбеливается и  затем шлифуется. Для уменьшения  трения между шейками и опорами  в отверстия запрессовывают стальные, покрытые антифрикционным слоем, или металлокерамические втулки.

     Между опорными  шейками распределительного вала  располагаются кулачки, по два  на каждый цилиндр, — впускной  и выпускной. Помимо этого на  валу крепится шестерня для  привода масляного насоса и  прерывателя-распределителя и имеется  эксцентрик для привода топливного  насоса.

     Шестерни распределительных  валов изготовляют из чугуна  или текстолита, приводную распределительную  шестерню коленчатого вала —  из стали. Зубья у шестерен  косые, что вызывает осевое перемещение  вала. Для предупреждения осевого  смещения предусмотрен упорный  фланец, который закреплен на  блоке цилиндров между торцом  передней опорной шейки вала  и ступицей распределительной  шестерни.

      В четырехтактных  двигателях рабочий процесс происходит  за четыре хода поршня или  два оборота коленчатого вала. Это возможно, если распределительный  вал за это время сделает  в два раза меньшее число  оборотов. Поэтому диаметр шестерни, установленной на распределительном  валу, делают в два раза большим, чем диаметр шестерни коленчатого  вала.

    Рассмотрим ГРМ ЗМЗ-53.

    Распределительный вал - стальной. Кроме кулачков, он имеет пять опорных шеек и шестерню привода распределителя зажигания и масляного насоса. Подшипниками распределительного вала являются запрессованные в блок втулки. Втулки изготовлены из стальной ленты, залитой баббитом.

    Кулачки по ширине шлифуются на конус. Угол наклона образующей кулачка и сферическая поверхность толкателя сообщают толкателю вращательное движение, снижая износ стержня и торца толкателя.

Кулачки, опорные шейки и шестерня привода распределителя зажигания и масляного насоса, подвергнуты поверхностной закалке.

    Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала через пару шестерен: стальную на коленчатом валу и текстолитовую на распределительном.

   Осевое перемещение распределительного вала ограничивается стальным упорным фланцем. На переднюю шейку распределительного вала устанавливается стальной штампованный эксцентрик привода бензинового насоса и его балансир. Все детали на переднем конце распределительного вала закреплены специальным болтом с шайбой.

 
Рис. 1. Механизм привода клапанов: 1 - отверстие для выхода масла, 2 - толкатель, 3 и 7 - наконечники штанги, 4 - штанга, 5 - клапан, 6 - направляющая втулка, 8 - коромысло, 9 - контргайка, 10 - регулировочный винт, 11 - ось коромысел, 12 - сухари, 13 - тарелка, 14 - пружина, 15 - опорная шайба

     Толкатели 2 (рис. 4) - плунжерного типа. Внутри толкатель имеет сферическое углубление для нижнего наконечника штанги. На цилиндрической поверхности толкателя у нижнего торца имеются два отверстия для слива излишков масла из внутренней полости толкателя.

     Штанги 4 толкателей имеют напрессованные на концах стальные, термически обработанные наконечники.

    Нижний наконечник 3, опирающийся на толкатель, имеет сферу радиусом 8,73 мм, верхний 7, входящий в углубление регулировочного винта - 3,5 мм.

    Коромысла 8. В отверстие ступицы коромысла запрессованы втулки. На внутренней поверхности втулки имеются канавки для равномерного распределения смазки и подачи ее к сверлению в коротком плече коромысла.

Короткое плечо коромысла имеет резьбовое отверстие, в которое ввертывается регулировочный винт. Длинное плечо коромысла имеет термически обработанную цилиндрическую поверхность, которой коромысло нажимает на торец стержня клапана.

     Регулировочный винт. В головке регулировочного винта 10 имеется сферическое углубление для верхнего наконечника штанги; на верхнем конце винта - прорезь для отвертки. Головка винта со сферическим углублением термически обработана. Регулировочный винт имеет осевое сверление, поперечный канал и кольцевую выточку на стержне для подвода смазки к верхнему наконечнику штанги. Стопорится регулировочный винт контргайкой 9.

    Ось коромысел 11 - полая, с герметически закрытыми торцовыми отверстиями. Внутренняя полость служит для подвода масла к коромыслам через радиальные сверления в оси. Поверхность оси, где работают коромысла, подвергнута закалке.

    Стойки оси коромысел. Ось коромысел крепится к головке цилиндров при помощи стоек. Стойки - чугунные, литые. Они фиксируют положение коромысел на оси. От осевых перемещений коромысла удерживаются распорными пружинами, прижимающими коромысла к стойкам. Крайние коромысла прижимаются к стойкам плоскими пружинами, которые закрепляются на оси при помощи шайб и шплинтов.

     Клапаны. Впускные и выпускные клапаны изготовлены из жаропрочной стали. Головка и стержень выпускного клапана полые. Полость заполнена металлическим натрием для лучшего отвода тепла от головки клапана к стержню. Выпускные клапаны, кроме того, имеют наплавленную рабочую фаску из жаростойкого сплава. Оба клапана имеют угол рабочей фаски 45°. Впускной клапан открывается за 36° до верхней мертвой точки (в.м.т.) и закрывается через 52° после нижней мертвой точки (н.м.т.). Выпускной клапан открывается за 70° до н.м.т. и закрывается через I8° после в.м.т. Указанные фазы получаются при зазоре между коромыслом и клапаном 0,35 мм. На направляющие втулки впускных клапанов устанавливается маслоотражательный колпачок, ограничивающий излишнее попадание масла в зазор между стержнем клапана и направляющей втулкой, что уменьшает общий расход масла двигателем на "угар".

     Пружины 14 клапанов имеют постоянный шаг витков. Пружина опирается на головку через опорную шайбу, которая служит для центрирования пружины. Тарелка пружины опирается на торец пружины и плотно охватывает сухари клапана. Клапаны работают в металлокерамических направляющих втулках 6. Втулки окончательно обрабатываются после запрессовки в головку.

     Для предохранения от самопроизвольного смещения втулка впускного клапана снабжена упорным кольцом.

2. Техническое  обслуживание газораспределительного  механизма двигателя ЗМЗ – 53

2.1. Неисправности, их признаки, способы устранения.

     Признаками неисправности газораспределительного механизма являются: уменьшение компрессии и мощности двигателя, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, сильные металлические стуки при различных оборотах двигателя,  дымность  выхлопа.

     Уменьшение компрессии, падение мощности двигателя и хлопки во всасывающем и выхлопном трубопроводах являются следствием неполного закрытия клапанов. Причиной неполного закрытия клапанов может быть малый тепловой зазор, обгорание рабочих поверхностей клапана и его седла, заедание клапана в направляющей втулке, коробление головки клапана, поломка пружин или стержня клапана. Устраняется регулировкой теплового зазора, притиркой рабочих поверхностей клапана и его седла, заменой изношенных и поломанных деталей. Резкие металлические стуки и падение мощности двигателя могут быть следствием неполного открытия клапанов из-за чрезмерно увеличенного зазора в клапанном механизме. Неисправность устраняется регулировкой теплового зазора. В двухтактных дизельных двигателях падение мощности и черный цвет отработавших газов могут быть следствием неправильной регулировки зазоров выпускных клапанов, засорения продувочных окон в гильзах цилиндров, засорения системы выпуска отработавших газов. Устраняется путем регулировки тепловых зазоров, очистки продувочных окон цилиндров и системы выпуска  отработавших  газов.

        К неисправностям газораспределительного механизма также относятся: износ распределительных шестерен, подшипников распределительного вала, толкателей, штанг, втулок и осей коромысел. Неисправности устраняются путем ремонта или замены деталей.

3. Ремонт газораспределительного  механизма двигателя ЗМЗ – 53 
3.1. Последовательность разборки механизма. Применяемые инструменты.

Последовательность разборки ГРМ ЗМЗ-53:

1. Установить двигатель масляным картером вниз;

2. Отвернуть ломиком две рым-гайки;

3. Свернуть гайки со шпилек крепления впускного трубопровода к головкам цилиндров, снять впускной трубопровод и прокладки;

4. Свернуть гайки со шпилек крепления крышки коромысел к правой головке цилиндров.

5.  Снять со шпилек шайбы, специальные шайбы, уплотнительные прокладки, крышку коромысел, прокладку крышки;

6. Отсоединить от головки цилиндров ось коромысел и снять в сборе с деталями;

7. Свернуть гайки со шпилек крепления правой головки цилиндров к блоку, снять головку цилиндров и прокладку;

8. Вынуть из блока штанги и толкатели правого ряда цилиндров. 
   При извлечении толкателей использовать приспособление;

9. Снять с оси коромысел детали и разложить их на столе в последовательности, удобной для сборки;

10.  Установить приспособление на головку цилиндров, сжать клапанную пружину, извлечь клапанные сухари, снять приспособление;

11. Снять со стержня клапана освобожденные детали: 
    Клапанную пружину с втулкой тарелки и тарелкой, маслоотражательный колпачок (только на впускном клапане) и шайбу пружины. Вынуть из направляющей втулки 6 клапан. Операцию повторить еще с одним клапаном с таким расчетом, чтобы из направляющих втулок 6 были извлечены один впускной и один выпускной клапаны;

12. Свернуть гайки со шпилек крепления крышки к блоку цилиндров, снять крышку распределительных шестерен и прокладку.

   Снятие газораспределительного механизма     (ГРМ):

- снятие крышек коромысел  и коромысел, штанг и толкателей.

- головок блока цилиндров

- распределительного вала  в сборе  

Слесарно-монтажные инструменты должны быть исправными. Не допускается использование ключей с изношенными гранями и несоответствующих размеров, применение рычагов для увеличения плеча гаечных ключей, а также применение зубил и молотка для отвёртывания гаек. Рукоятки отвёрток, напильников, ножовок и так далее должны быть изготовлены из пластмассы или дерева, иметь гладкую, ровно зачищенную поверхность. Деревянные рукоятки во избежание раскалывания должны иметь металлические кольца.

    Впрессовывать втулки, подшипники и другие детали следует при помощи прессов и специальных съёмников. Съёмники должны прочно и надёжно захватывать детали в месте приложения усилия.

     Осмотровые канавы должны иметь направляющие предохранительные борта и содержатся в чистоте. Неиспользуемые осмотровые канавы должны быть огорожены или закрыты. Автомобили должны въезжать на канаву, когда в ней нет людей.

     При постановке автомобиля на пост технического обслуживания или ремонта необходимо на рулевое колесо повесить табличку с надписью: “Двигатель не пускать – работают люди !”. Автомобиль при этом должен быть заторможен ручным тормозом и включением первой передачи в коробке передач.

    При обслуживании автомобиля, установленного на подъёмнике, необходимо на механизме управления подъёмником укрепить табличку с надписью: “Не трогать – под автомобилем работают люди!”. Во избежание самопроизвольного опускания гидравлического подъёмника нужно после подъёма автомобиля откинуть предохранительные стойки или вставить штыри в отверстия предохранительных труб, выдвигающихся вместе с плунжерами.

     Перед началом работ на автомобиле – самосвале с поднятым кузовом надо устанавливать упорную штангу, предотвращающую опускание кузова.

    При техническом обслуживании и ремонте автомобиля со снятыми колёсами, вывешенного на домкратах, талях и кранах, разрешается приступать к работе только после установки автомобиля на подставки (козелки), при этом под неснятые колёса должны быть подложены упоры.    Подставки должны быть прочными и надёжными (только металлическими).

     При подъёме и транспортировании агрегатов нельзя находится под поднятыми частями автомобиля. Запрещается снимать, устанавливать и транспортировать агрегаты при заваливании их тросом и канатами без специальных захватов. Тележки для транспортирования должны иметь стойки и упоры, предохраняющие агрегаты от падения и перемещения по тележке.

     Для осмотра автомобиля применяют переносные безопасные электролампы напряжением до 36 вольт с предохранительными сетками, при работе в осмотровых канавах напряжение не должно превышать 12 вольт.   Ручные электроинструменты (дрели, гайковёрты) надо присоединять к сети только через штепсельные розетки с заземляющим контактом. Провода электроинструментов нужно подвешивать, не допуская прикосновения их с полом.

      Приёмку автомобиля на ходу и проверку тормозов следует производить вне помещения; пускать двигатель и трогаться с места разрешается только по получении сигнала от рабочего, производящего регулировку.

3.2. Дефектовка  деталей.

      В процессе эксплуатации автомобиля в результате воздействия на него целого ряда факторов (воздействие нагрузок, вибраций, влаги, воздушных потоков, абразивных частиц при попадании на автомобиль пыли и грязи, температурных воздействий и т. п.) происходит необратимое ухудшение его технического состояния, связанное с изнашиванием и повреждением его деталей, а также изменением ряда их свойств (упругости, пластичности и др.).

      Изменение технического состояния автомобиля обусловлено работой его узлов и механизмов, воздействием внешних условий и хранения автомобиля, а также случайными факторами. К случайным факторам относятся скрытые дефекты деталей автомобиля, перегрузки конструкции и т. п. Основными постоянно действующими причинами изменения технического состояния автомобиля при его эксплуатации является изнашивание, пластические деформации, усталостные разрушения, коррозия, а также физико-химические изменения материала деталей (старение). Восстановление изношенных и поврежденных деталей является важным резервом экономии трудовых и материальных ресурсов. Стоимость восстановления деталей значительно ниже стоимости их изготовления.

    Виды дефектации

Детали после мойки и очистки подвергаются дефектации и сортировке на годные без восстановления, подлежащие восстановлению и подлежащие выбраковке из-за невозможности их восстановления. К годным, без восстановления, относятся детали, износ которых лежит в пределах установленных допускаемых величин. Детали с износом выше допустимого, но не относящиеся к группе негодных, а также детали с повреждениями, поддающимися устранению, подлежат восстановлению и дальнейшему использованию. Детали, которые по техническим условиям на ремонт автомобиля в связи со сложностью повреждений не подлежат восстановлению, бракуются и направляются в утиль. Работы по дефектации сортировке деталей оказывают большое влияние на эффективность авторемонтного производства, а также на качество и надежность отремонтированных автомобилей.

      Дефектацию начинают с внешнего осмотра детали. При внешнем осмотре обнаруживают значительный износ, задиры, трещины, обломы, пробоины, коррозию, вмятины и т. п. Для выявления скрытых трещин в корпусных деталях (блок цилиндров, головка блока и пр.) их подвергают гидравлическому или пневматическому испытанию.

      При гидравлическом испытании корпусную деталь устанавливают на стенд и герметизируют заглушками наружные отверстия, после чего во внутренние полости детали насосом нагнетают воду до давления 0,3— 0,4 МПа. Течь воды показывает местонахождение трещины. При пневматическом испытании внутрь детали подают воздух под давлением 0,10—0,15 МПа и погружают ее в ванну с водой. Пузырьки выходящего воздуха указывают место расположения трещины. Пневматическое испытание применяют при проверке на герметичность топливных баков, трубопроводов и др.

      Для выявления скрытых дефектов в деталях, изготовленных из стали (например валов), наиболее широкое применение нашел метод магнитной дефектоскопии. Для обнаружения дефектов этим методом деталь сначала намагничивают, затем посыпают сухим магнитным порошком или поливают суспензией, состоящей из смеси керосина и трансформаторного масла (1:1).    При наличии на детали трещины магнитный порошок будет притягиваться ее краями и границы трещины обрисуются. После контроля детали размагничивают.

     Наибольшее внимание при контроле и сортировке деталей уделяется определению геометрических размеров и формы их рабочих поверхностей. При этом используют как универсальный измерительный инструмент (штангенциркули, микрометры, индикаторные нутромеры, микрометрические штихмасы и др.), так и калибры.

      Калибры изготавливают в виде скоб, пробок, пластин, колец. Размер детали назначают всегда с двумя предельными отклонениями. Поэтому калибры имеют обычно проходную и непроходную стороны. Ими проверяют наружные и внутренние цилиндры, конусы, другие элементы деталей.

      Важное значение для авторемонтного производства имеет своевременная отправка продефектованных деталей в комплектовочные отделения (куда направляются годные без ремонта детали) и на участки восстановления (куда направляются детали, подлежащие восстановлению). От этого зависит и культура производства, и сохранность деталей, и нормальный ритм всего производственного процесса.

Рассмотрим некоторые дефекты деталей.