Стенды, приборы и приспособления для проверки газораспределительного механизма двигателя

Содержание

Введение

1. Влияние технического состояния механизма газораспределения на работу двигателя……….

2. Показатели  технического состояния механизма  газораспределения…………………………..

3. Регулировка зазора клапанов ……………………………………….……………………………..

4. Проверка фаз газораспределения……………………………………………………………………

5. Проверка неплотностей клапанов газораспределения……………………………………………….

6. Проверка упругости пружин клапанов газораспределения…………………………………………

 Список литературы………………………………………………………………………………………. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Автомобильный транспорт —важнейшая отрасль народного  хозяйства .Наряду с другими видами транспорта он, обеспечивает нормальное производство и обращение продукции в промышленности и сельском хозяйстве, нужды капитального строительства, удовлетворяет потребности населения в перевозках и способствует укреплению мощи вооруженных сил.

     Автомобильный транспорт перевозит более 3/4 (около 80%)всех грузов. Основные преимущества автомобильного транспорта: меньшие  капиталовложение в организацию  перевозок, большая маневренность  транспортных средств и возможность  перевозок непосредственно от пункта отправления в пункт назначения без дополнительных перегрузок, значительная скорость доставки грузов и пассажиров, сравнительно невысокая стоимость перевозок.

     При этом следует иметь ввиду, что автомобильный транспорт является самым трудоемким видом транспорта, а издержки по содержанию автотранспорта в народном хозяйстве, превосходят расходы по всем другим видам транспорта вместе взятым.

     Развитию  технических служб автотранспортных предприятий уделяется в настоящее время большое внимание, однако, существенного повышения ее эффективности удается достичь только в тех случаях, когда в общем комплексе мероприятий значительное внимание уделяется совершенствованию ТО и ТР. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Влияние технического состояния  механизма газораспределения на  работу двигателя

     При нормальном техническом состоянии  механизма газораспределения обеспечиваются заданные углы начала открытия и конца  закрытия клапанов относительно верхних  и нижних мертвых точек поршней (фазы газораспределения), а значит, и оптимальные условия наполнения цилиндров воздухом, не нарушается динамика движения деталей механизма  и происходит умеренное нарастание их износа.

     Во  время работы двигателя кулачки распределительного вала, перемещаясь по тарелкам толкателей, преодолевают сопротивление клапанных пружин, силы инерции движущихся масс, силы трения толкателей, втулок коромысел и стержней клапанов, а также давление газов, действующих на тарелки клапанов. При взаимодействии кулачков с тарелками толкателей происходит изнашивание их поверхностей под влиянием сил трения, скольжения и качения. Кроме того, на процесс изнашивания кулачков влияют нагрузка, скорость перемещения трущихся поверхностей, качество смазки, температура и др.

     В наиболее тяжелых условиях находится  вершина кулачка. Это объясняется  тем, что по мере подъема кулачка  и возрастания упругости пружины  повышается напряжение сжатия на рабочей  поверхности кулачка, достигая максимальной величины на вершине при полном открытии клапана. В этот момент происходит пластическое деформирование металлов, влекущее за собой разрыв масляной пленки, в  результате чего происходит непосредственное взаимодействие металлов, обусловливающее  интенсивное молекулярно-механическое изнашивание трущихся поверхностей.

При перемещении  же по тарелке толкателя затылка  кулачка последний испытывает сравнительно небольшую нагрузку, равную лишь весу толкателя и штанги, благодаря  чему на поверхности трения имеют  место преимущественно упругие  деформации металлов, не нарушающие нормальных условий смазки трущихся поверхностей. Поэтому затылок кулачка изнашивается незначительно. Интенсивность изнашивания  нарастает на участках профиля кулачка, соответствующих началу набегания  и концу сбегания.

     Неравномерное изнашивание профиля кулачков приводит к искажению их формы, в связи  с чем уменьшается  время открытия клапанов, возрастают потери во впускной и выпускной системах. По отмеченным причинам ухудшаются условия наполнения цилиндров воздухом и очистки их от отработавших газов. Все это снижает мощность и экономичность двигателя.

Так, при  износе кулачков по высоте на 1 мм мощность двигателя снижается на 5-7%. Износ  впускных кулачков оказывает большее  влияние на снижение мощности, чем  износ выпускных кулачков, что  объясняется следующими причинами. Одинаковый износ впускного и  выпускного кулачков до определенного  предела примерно в равной степени  влияет на уменьшение кислорода в  сжатом воздухе, которое происходит в первом случае за счет уменьшения количества воздуха, засасываемого  в цилиндр, а во втором - за счет повышенного остатка в цилиндре отработавших газов.

     С понижением же коэффициента наполнения, кроме того, уменьшается давление конца сжатия, что влечет за собой  ухудшение процесса сгорания топлива.

     В процессе эксплуатации двигателя происходит изнашивание рабочих фасок клапанов и гнезд головки цилиндров, в  результате чего нарушается их герметичность. Это влечет за собой усиленный  прорыв газов через неплотности  клапанов на тактах сжатия и расширения, а следовательно, снижение мощности и экономичности двигателя. При  прорыве горячих газов через  неплотности выпускных клапанов, имеющих по сравнению с впускным значительно более высокую температуру, происходит их обгорание, которое, в  свою очередь, усиливает интенсивность  пропуска газов. Если вовремя не предотвратить  этот процесс, то возможен обрыв клапана  и выход двигателя из строя.

Поэтому необходимо периодически притирать  клапаны к гнездам. Перед притиркой  для образования рабочего пояска клапаны шлифуют, а гнезда фрезеруют, вследствие чего увеличивается утопание клапанов, а следовательно, уменьшается  время их открытого состояния.

     Неплотное прилегание клапанов к гнездам наблюдается  также при отсутствии или недостаточности  теплового зазора между их стержнями  и бойками коромысел. При этом резко снижается компрессия в  цилиндрах вследствие значительных утечек сжимаемого воздуха, а также  происходит быстрое обгорание фасок  клапанов в результате утечки газов  из камер сгорания.

По мере изнашивания деталей механизма газораспределения изменяются фазы газораспределения, нарушая рабочий процесс двигателя. Причем в случае износа кулачков распределительного вала клапаны открываются позже, а закрываются раньше, т. е. период их открытого состояния сокращается. Однако в целом с увеличением наработки происходит сдвиг фаз в сторону запаздывания открытия и закрытия клапанов, что объясняется главным образом износом шестерен распределения и подшипников распределительного вала.

     Фазы  газораспределения нередко нарушаются в результате неправильной установки  распределительного вала относительно коленчатого вала двигателя, если шестерни распределения соединены не по меткам. При этом может отмечаться как  опережение, так и запаздывание фаз. В обоих случаях двигатель  дымит и не развивает полной мощности.

Здесь также возможны случаи соударения тарелок  клапанов и днищ поршней, приводящие к срыву резьбы шпилек коромысел  или пробою днищ поршней.

     Фазы  газораспределения нарушаются также  при увеличении или уменьшении тепловых зазоров между стержнями клапанов и бойками коромысел. Уменьшение теплового зазора по сравнению с  расчетной величиной влечет за собой  нарушение фаз в сторону опережения открытия и запаздывания закрытия клапанов, т. е. увеличение периода открытого  состояния клапанов против расчетного.

     В процессе эксплуатации двигателей зазоры между стержнями клапанов и бойками  коромысел в большинстве случаев  увеличиваются. Это объясняется  тем, что суммарный износ кулачков, подшипников распределительного вала, толкателей, штанг, регулировочных винтов, коромысел и стержней клапанов, обусловливающий  увеличение указанных зазоров, как  правило, превалирует над износом  фасок клапанов и гнезд головки  цилиндров, способствующим уменьшению зазоров. При больших зазорах  клапанов под клапанной коробкой слышен металлический стук.

     При увеличении зазоров в клапанном  механизме происходит запаздывание открытия и опережение закрытия клапанов, а значит, уменьшение периода их открытого состояния. При этом также  уменьшается время открытого состояния клапанов.

     Все это наряду со снижением надежности и долговечности двигателя влечет за собой нарушение нормального  процесса сгорания топлива, а значит, ухудшение мощностных и экономических  показателей.

     Кроме отмеченных явлений, с увеличением  зазоров клапанов возрастают ударные  нагрузки на детали механизма газораспределения, вследствие чего повышается интенсивность  изнашивания кулачков распределительного вала, тарелок толкателей, штанг, регулировочных винтов, бойков коромысел, торцов клапанов, а также фасок клапанов и гнезд  головки (вследствие возрастания скоростей  посадки клапанов в гнезда). Для  предотвращения перечисленных явлений  необходимо своевременно проверять  и регулировать тепловые зазоры между  клапанами и коромыслами. Регулировкой тепловых зазоров компенсируется износ  по высоте толкателей, штанг, регулировочных винтов, бойков коромысел и стержней клапанов.

     Поэтому нет необходимости контролировать эти размеры в процессе эксплуатации.

При увеличенных  зазорах клапанов вследствие резких ударов может происходить отрыв  толкателей от вершин кулачков. Вероятность  отрыва возрастает по мере изнашивания  кулачков и нарушения их нормального  профиля, а также при ослаблении пружин клапанов, происходящем под  действием многократного сжатия и разгружения их и вследствие нагрева горячими газами, прорывающимися через зазоры между втулками и  стержнями клапанов. Очевидно, увеличенные  зазоры клапанов в сочетании с  ослабленной упругостью пружин, повышая  нестабильность движения деталей распределительного механизма, вызывают интенсивное изнашивание сопряжений, особенно посадочных мест клапанов. При этом также нарушается рабочий процесс двигателя.

     В результате чрезмерного ослабления и усадки пружин может также происходить  зависание клапанов во втулках, вызывая  перебои в работе двигателя. Чаще всего это происходит при работе двигателя с малой нагрузкой, при низкой температуре охлаждающей жидкости, а также при запуске двигателя в холодную погоду. В таких случаях картерное масло, проникшее в камеру сгорания, вследствие низкой температуры не сгорает. В камере образуется масляный туман, который, соединяясь с несгоревшими частицами топлива (сажей), частично выбрасывается во впускные каналы (особенно при малой частоте вращения коленчатого вала). Вокруг направляющих втулок и стержней впускных клапанов создается застойная зона, где происходит отложение продуктов распада масла и топлива (смолистых веществ), затрудняющих перемещение клапанов во втулках и, следовательно, ухудшающих процесс сгорания топлива.

     Кроме того, при значительной потере упругости и усадке пружин возможно произвольное открытие выпускных клапанов во время ходов всасывания под действием разрежения в цилиндрах двигателя, а также запаздывание закрытия клапанов. 
 
 

     2. Показатели технического состояния  механизма газораспределения 

     Основными показателями технического состояния  механизма газораспределения, как  следует из изложенного выше, являются плотность прилегания клапанов к  гнездам головки, зазоры между стержнями  клапанов и бойками коромысел, фазы газораспределения, степень изношенности кулачков, подшипников распределительного вала и шестерен распределения, состояние прокладки и головки цилиндров, а также упругость клапанных пружин.

     Наличие неплотностей в сопряжениях тарелок  клапанов и гнезд головки можно  определить по характерному шипению  или свисту воздуха во впускных и  выпускных каналах головки или  трубопроводах при прокручивании  коленчатого вала вручную при  снятых коромыслах и воздухоочистителе. Однако этот показатель является ориентировочным  и не может служить основанием для притирки клапанов. Известны и  другие способы качественной оценки состояния клапанов, например с помощью  специального индикатора, входящего  в комплект пневматического калибратора  К-69. Для этой цели при положении  поршня в в. м. т. на такте сжатия в  проверяемый цилиндр с помощью прибора К-69 подают сжатый воздух, а индикатор прикладывают к отверстиям для форсунок соседних цилиндров.

     О величине неплотности клапанов судят  по интенсивности колебания пушинок, приклеенных к стенкам стеклянной трубки индикатора.

     Некоторые авторы рекомендуют неплотности  клапанов оценивать по максимальному  давлению сжатия, определяемому по компрессиметру. Ввиду того что компрессиметр показывает суммарную неплотность камер сгорания, которая зависит в основном от состояния деталей цилиндро-поршневой группы и, кроме того, от состояния головки цилиндров, этот метод может привести к грубым ошибкам.

     Суммарную неплотность впускного и выпускного клапанов можно определить при снятых форсунках с помощью пневматического  калибратора К-69. Для этого поршень  проверяемого цилиндра устанавливают  в положение, соответствующее 20-25°  до или после в. м. т. на такте сжатия или расширения, и фиксируют коленчатый вал, включив какую-либо передачу. Заливают в проверяемый цилиндр 50-100 г холодного дизельного масла (для предотвращения утечки воздуха через кольцевые уплотнения цилиндра), подключают прибор к воздушной сети и устанавливают впускной наконечник прибора в отверстие для форсунки проверяемого цилиндра.

     Затем, отрегулировав давление подаваемого  воздуха на величину 2 кгс/см², записывают показание манометра прибора, убедившись в его стабильности.

     Описанным способом можно определять лишь суммарную  неплотность клапанов каждого цилиндра. Кроме того, его применение сопряжено  с трудностью удаления масла из камер  сгорания, поэтому он не получил  широкого распространения.

     В ГОСНИТИ разработан метод, позволяющий давать количественную оценку неплотностей клапанов по расходу воздуха, проходящего через каждый клапан в отдельности при подаче его в камеру сгорания неработающего двигателя.

     Расположение  тарелок клапанов относительно днища  головки (утопание клапанов) можно определять двумя способами. По первому способу  непосредственно замеряют расстояние между плоскостью днища головки  и плоскостью торца тарелки клапана  при снятой головке. По второму способу  указанное расстояние определяют косвенно - по расстоянию между плоскостью торца  стержня клапана и обработанной плоскостью головки со стороны клапанного механизма, замеряемому на двигателе  при снятой крышке клапанной коробки.

     Первый  способ обычно применяют при ремонте  двигателя в случае снятия головки  для притирки клапанов, а второй - при диагностировании узлов и  агрегатов трактора в условиях эксплуатации.

     Степень изношенности кулачков распределительного вала оценивают по высоте кулачков, которую можно определить непосредственно  на двигателе по величине перемещения  клапанов с учетом зазоров между  их стержнями и бойками коромысел. Этот метод является вполне объективным, обладает небольшой трудоемкостью, не требует сложной аппаратуры и поэтому с успехом может применяться на практике.

     Упругость клапанных пружин без снятия их с  двигателя определяют по усилию прижатия клапанов к гнездам головки. Многие исследователи считают эту операцию нецелесообразной, так как чрезмерное ослабление этих пружин, по их мнению, - явление редкое. Однако такое утверждение  справедливо только при условии  преждевременной выбраковки пружин в случае ремонта двигателя, что  имело место до настоящего времени.

     При внедрении же безразборного способа  проверки упругости пружин можно  в 1,5-2 раза продлить срок их службы и  получить соответствующую экономию средств на ремонте и техническом  обслуживании автомобилей.

     Усилие  прижатия клапанов к гнездам головки  цилиндров снижается не только по причине потери упругости пружин, но также вследствие износа гнезд  и рабочих фасок клапанов.

При чрезмерном утопании клапана пружина, имеющая  пониженную упругость, но еще пригодная  к эксплуатации, не всегда может  обеспечить достаточного усилия прижатия клапана к гнезду. Отсюда следует, что упругость пружин в условиях эксплуатации целесообразнее проверять  в рабочем состоянии (при собранном  клапанном механизме).

     Одной из причин неудовлетворительной работы механизма газораспределения, сопровождающейся наличием в отработавших газах частиц несгоревшего топлива (черного дыма) и, следовательно, снижением мощностных показателей двигателя, является нарушение  фаз газораспределения. Если это  нарушение происходит в результате неправильного соединения шестерен распределения (не по меткам), то начало открытия и конец закрытия клапанов смещаются точно на один и тот  же угол по отношению к в. м. т. и  и. м. т. поршней всех цилиндров. Если же причиной смещения фаз является износ деталей механизма газораспределения, то вследствие неравномерного износа узлов и деталей (главным образом, кулачков распределительного вала) смещения углов начала открытия и конца  закрытия клапанов могут быть неодинаковыми.

     Как показывают наблюдения, в большинстве  случаев эта разница значительно  меньше величин изменений фаз, допустимых в эксплуатации. Поэтому для облегчения проверки фазы газораспределения у  многоцилиндровых двигателей рекомендуется  контролировать по углу начала открытия впускного клапана первого и  последнего цилиндров и оценивать  их по среднему арифметическому значению, полученному от произведенных замеров.

     На  практике встречаются случаи скручивания  распределительных валов, происходящие главным образом по причине заедания подшипников после ремонта двигателя. Эту неисправность легко можно обнаружить по результатам замера углов начала открытия впускного клапана первого и последнего цилиндров. При нормальном состоянии вала указанные углы имеют один и тот же порядок, а в случае его скручивания разница между ними будет существенной.

     При проектировании и доводке двигателей расчет и корректировку фаз газораспределения ведут с учетом тепловых зазоров между клапанами и коромыслами, устанавливаемых также расчетным путем. Фактически открытие клапанов начинается после того, как полностью выбран тепловой зазор. Отсюда следует, что фазы газораспределения нужно проверять при номинальных зазорах клапанов.

     Своевременная проверка и регулировка зазоров  клапанов способствуют повышению надежности и долговечности клапанного механизма  и головки цилиндров. Зазоры проверяют  непосредственным замером при помощи набора щупов или специального приспособления. Известны также способы определения  зазоров клапанов по косвенным (диагностическим) показателям. Например, некоторые авторы рекомендуют определять указанные  зазоры по энергии вибраций, возникающих  от ударов бойков коромысел о стержни  клапанов. Параметры вибраций, зависящие  от величины проверяемого зазора, воспринимаются датчиком ускорений (акселерометром), устанавливаемым в определенном месте (вблизи от проверяемого клапана), и после усиления и фильтрации нужных сигналов регистрируются измерительным  прибором.

     Существенными недостатками такого метода являются наличие сигналов помех, значительно  снижающих точность измерений, а  также сложность и высокая  стоимость измерительной аппаратуры. Поэтому данный метод пока не получил широкого практического применения.

     Для ориентировочной оценки величин  зазоров клапанов без снятия крышки на практике пользуются обычным стетоскопом, наконечник которого прикладывают к  клапанной коробке. В случае чрезмерно больших зазоров в области клапанного механизма прослушиваются четкие металлические стуки при малой частоте вращения коленчатого вала. Этот метод является субъективным и может быть рекомендован лишь для предварительной (ориентировочной) оценки состояния проверяемых сопряжений.

     При обнаружении стуков необходимо остановить двигатель, вскрыть клапанную коробку  и проверить зазоры непосредственным их измерением.

     Суммарный износ деталей механизма газораспределения (шестерен распределения, подшипников и кулачков распределительного вала) можно определить по смещению фаз в сторону запаздывания. Ориентировочно оценить состояние шестерен распределения и подшипников распределительного вала можно по шуму и стукам, замеряемым стетоскопом. Более объективных безразборных способов оценки степени изношенности этих узлов и наличия в них дефектов пока не существует.

3. Регулировка зазора клапанов 

     В технической литературе описан способ регулировки зазоров, связанный  с установкой поршней в в. м. т. на тактах «сжатие». Такую установку  один человек, как правило, выполнить  не может, ее надо выполнять вдвоем. На практике же часто приходится одному мастеру-наладчику регулировать зазоры в клапанах. Проводить регулировку  в таких условиях необходимо в  следующем порядке. Уточнить, где  расположены выпускные клапаны  можно их пометить. Наблюдая за коромыслами  клапанов 4-го цилиндра и пользуясь  стартером, вращать толчками коленчатый вал до тех пор, пока выпускной  клапан закроется, а впускной начнет открываться. С помощью приспособления ПИМ-5226 отрегулировать зазоры между  клапанами и коромыслами 1-го цилиндра.

Рис.1. Приспособление ПИМ-5226 для регулировки  зазоров между  клапанами и коромыслами  ГРМ

         1.втулка, 2.лимб,3.диск,4.отвертка,5.стопорное  кольцо,I-IV-риски на верхней кромке диска 
 

Наблюдая  за клапанами 2-го цилиндра, таким же способом проверить зазоры между  клапанами и коромыслами 3-го цилиндра. Для подготовки к проверке зазоров  клапанов 4-го и 2-го цилиндров наблюдать  за клапанами 1-го и 3-го цилиндров, медленно вращая коленчатый вал.

     4. Проверка фаз газораспределения 

     Правильность  фаз газораспределения проверяют  по углу начала открытия впускных клапанов первого и последнего цилиндров. Делают это так. Проверяют и, если необходимо, точно регулируют зазор между стержнем впускного клапана и бойком коромысла первого цилиндра.

рис.2 Проверка фаз газораспределения.

          1. пластина;

          2. шкив водяного  насоса;

          3. магнит;

          4. стальная пластина;

          5. игла. 
 
 

     Аналогичным образом проверяют угол начала открытия впускного клапана последнего цилиндра и сравнивают полученные результаты. При нормальном состоянии распределительного вала большой разницы между углами начала открытия клапанов не должно быть. Значительная разница между углами свидетельствует о скручивании распределительного вала и необходимости его замены.

     Для быстрого и точного определения  угла начала открытия клапана описанным  способом применяют комплект шаблонов-угломеров  КИ-4849 с универсальным указателем. Каждый шаблон представляет собой пластину 1 (рис.2), которую при определении угла прикладывают к цилиндрической поверхности шкива 2 между рисками. На пластине нанесены деления в градусах поворота коленчатого вала. Указатель, состоящий из магнита 3 и стальной пластины 4 с регулируемой по длине иглой 5, легко устанавливается около цилиндрической поверхности любого из шкивов. Предельное отклонение угла начала открытия клапана от расчетного значения подсчитывают по формуле.

     Перед регулировкой зазоров проверяют  и, если необходимо, подтягивают гайки  крепления головки цилиндров. Для этого снимают декомпрессионный механизм и механизм газораспределения. Подтяжку проводят динамометрическим ключом определенной последовательности. Начиная с середины головки, поочередно и постепенно (в несколько приемов) затягивают гайки и равномерно удаляются от середины к краям головки.

     У большинства двигателей зазоры в  клапанном и декомпрессионном механизмах проверяют и регулируют при положении  поршня проверяемого цилиндра в в. м. т. на такте сжатия или при положении  коленчатого вала, соответствующем  установочному углу начала подачи топлива. При этом оба клапана проверяемого цилиндра должны быть закрыты. Проверку начинают с первого цилиндра, для  чего, поворачивая коленчатый вал, наблюдают  за перемещением впускного клапана  первого цилиндра. 

     5. Проверка неплотностей клапанов газораспределения 

     Состояние уплотнений «клапан-гнездо» определяют с помощью газового расходомера КИ-4887-1 и компрессорно-вакуумной установки КИ-4942 по схеме, приведенной на рисунке 3. Проверку ведут при снятых форсунках в следующем порядке.