Основные теоретические сведения

Устройство газораспределительного механизма

Устройство кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов: 1-зубчатый шкив коленчатого вала; 2-зубчатый ремень; 3-зубчатый шкив распределительного вала; 4-распределительный вал; 5-кулачок; 6-толкатель; 7-пружина; 8-клапан; 9-маховик; 10-поршень, 11-шатун; 12-коленчатый вал

Практические занятия № 3,4,5

Изучение устройства и взаимодействия деталей газораспределительных механизмов двигателей

1. Цель работы: закрепить и углубить знания по устройству и взаимодействию деталей газораспределительных механизмов двигателей.

2. Оснащение работы: разрезные двигателиД-240, ЯМЗ-236, Д-160; отдельные детали ГРМ

 

3. Содержание отчёта:

1. Устройство и типы механизмов газораспределения (схема, особенности)

2. Принцип работы ГРМ

3. Общее устройство и особенности конструкции распределительного вала (схема). Виды привода распределительного вала. (схема

4. Общее устройство и особенности конструкции толкателей, штанги, коромысла (зачертить их принципиальные схемы).

5. Устройство и особенности конструкции клапанного механизма. Проверка теплового зазора ГРМ

6. Назначение, устройство декомпрессионных механизмов.

Основные теоретические сведения

Газораспределительный механизм (ГРМ) служит для своевременного впуска горючей смеси или воздуха в цилиндры двигателя и выпуска из цилиндров отработавших газов. В двигателях автомобилей применяются газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов. Верхнее расположение клапанов позволяет увеличить степень сжатия двигателя, улучшить наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом и упростить техническое обслуживание двигателя в эксплуатации. Двигатели автомобилей могут иметь газораспределительные механизмы различных типов (рисунок 1), что зависит от компоновки двигателя и, главным образом, от взаимного расположения коленчатого вала, распределительного вала и впускных и выпускных клапанов. Число распределительных валов зависит от типа двигателя.

При верхнем расположении распределительный вал устанавливается в головке цилиндров, где размещены клапаны. Открытие и закрытие клапанов производится непосредственно от распределительного вала через толкатели или рычаги привода клапанов. Привод распределительного вала осуществляется от коленчатого вала с помощью роликовой цепи или зубчатого ремня.

Верхнее расположение распределительного вала упрощает конструкцию двигателя, уменьшает массу и инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей механизма и обеспечивает высокую надежность и бесшумность его работы при большой частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Цепной и ременный приводы распределительного вала также обеспечивают бесшумную работу газораспределительного механизма.

При нижнем расположении распределительный вал устанавливается в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Открытие и закрытие клапанов производится от распределительного вала через толкатели штанги и коромысла. Привод распределительного вала осуществляется с помощью шестерен от коленчатого вала. При нижнем расположении распределительного вала усложняется конструкция газораспределительного механизма и двигателя. При этом возрастают инерционные силы возвратно-поступательно движущихся деталей газораспределительного механизма. Число распределительных валов в газораспределительном механизме и число клапанов на один цилиндр зависят от типа двигателя. Так, при большем числе впускных и выпускных клапанов обеспечивается лучшие наполнение цилиндров горючей смесью и их очистка от отработавших газов. В результате двигатель может развивать большие мощность и крутящий момент. При нечетном числе клапанов на цилиндр число впускных клапанов на один клапан больше, чем выпускных.

Газораспределительный механизм с двумя распределительными валами:

1,2-выпускные клапаны; 3-пружина; 4-толкатель; 5-кулачок; 6-распределительный вал выпускных клапанов; 7,10-впускные клапаны; 8-распределительный вал впускных клапанов; 9,15-зубчатые шкивы распределительных валов; 11-натяжной ролик ремня; 12-зубчатый шкив коленчатого вала; 13-коленчатый вал; 14-зубчатый ремень

 

2.

1.

Принцип действия газораспределительного механизма следующий: коленчатый вал с помощью шестерен передает вращение на распределительный вал 14, каждый кулачек распределительного вала набегает на толкатель 13, поднимая его вместе со штангой 12. Штанга поднимает один конец коромысла 7, вторым концом коромысло давит на клапан 3, клапан открывается. Когда кулачек съезжает с толкателя клапан под действием пружин поднимается, закрывая канал. Причем шестерня распределительного вала имеет в два раза больше зубьев. Это сделано, для того чтобы клапана открывались один раз за два оборота коленчатого вала.

Клапана открываются с некоторым опережением относительно мертвых точек, впускной клапан открывается до того как поршень придет в в.м.т. это сделано для лучшей вентиляции цилиндра. Так как во время работы особенно на высоких оборотах создается разрежение во впускном коллекторе, то воздух будет поступать в цилиндр и при движении поршня вверх. Воздух поступает и при прохождении поршнем н.м.т. по инерции, впускной клапан закрывается с некоторым запозданием. Время от момента открытия клапана и до момента его закрытия, выражается в градусах поворота коленчатого вала и называется фазами газораспределения. Существуют моменты, когда оба клапана открыты (дизельный или впрысковый бензиновый двигатель) это явление называется перекрытием клапанов. В конце такта выпуска перед началом такта впуска оба клапана открыты, это способствует лучшей вентиляции цилиндра. Открытие и закрытие клапанов зависит от профиля кулачков распределительного вала, а так же от зазора между клапанами и коромыслами.

3. Распределительный вал служит для открытия клапанов в определенной последовательности в соответствии с порядком работы двигателя. Распредвалы отливают из специального чугуна или отковывают из стали. Трущиеся поверхности распределительных валов для уменьшения износа подвергнуты закалке при помощи

Привод распределительного вала от коленчатого вала может осуществляться одним из трех способов: ременной передачей, цепной передачей, а при нижнем расположении распредвала - зубчатыми шестернями. Цепной привод отличается надежностью, но его устройство сложнее и цена выше. Ременной привод существенно проще, но ресурс зубчатого ремня ограничен, а в случае его разрыва могут наступить тяжелые последствия.

 

 

3.

Коромысло

 

а — с углублением в наконечнике штанги;

б — со сферическим наконечником штанги;

1. штанга;

2. регулировочный винт;

3. заглушка;

4. контргайки;

5. коромысло;

6. пружина;

7. ось коромысла;

8. стойка;

9. болт штуцер;

10. отверстие для масла;

11. втулка;

Коромысло 5 (рисунок 3), предназначено для воздействия на клапан с целью его открытия. Коромысло представляет собой двуплечий рычаг, изготовленный из стали. В его центре сделано утолщение, в нем выполнено отверстие куда, запрессована втулка 11. На длинном плече коромысло имеет закаленный боёк, которым оно давит на клапан, а на другом плече резьбовое отверстие; в который вворачивается регулировочный винт 2, предназначенный для установления зазора между клапаном и бойком коромысла, для обеспечения плотного закрытия клапанов. Коромысло качается на оси 7, установленной на стойках 8, прикрученных к головке блока. Распорные пружины 6 и стопорные кольца удерживают коромысла от осевого смещения. Оси коромысел выполнены пустотелыми для подвода масла к трущимся деталям втулок коромысел, регулировочных винтов и штанг. С торцов оси коромысла закрыты заглушками 3.

Штанга

Штанга предназначена для передачи усилия от толкателя к коромыслу. Штанга изготавливается из цельного или пустотелого стального стержня. На концах штанги находятся сферические стальные, обработанные наконечники, нижний наконечник шаровой формы. Верхний наконечник может иметь как шаровую форму, так и углубление со сферической поверхностью. В верхний наконечник упирается головка регулировочного винта, ввернутого в коромысло.

Толкатели

 

а — обыкновенные;

б — качающиеся;

1. штанга;

2. грибовидный толкатель;

3. втулка толкателя;

4. толкатель с выпуклым днищем;

5. кулачки распределительного вала;

6. толкатель в виде стаканчика с плоским днищем;

7. грибовидный толкатель с кольцевой выемкой;

8. ось ролика;

9. ролик;

10. пята;

11. втулка;

12. рычаг;

Толкатели (рисунок 4) предназначены для передачи усилия от кулачка распределительного вала штангам. Толкатели могут быть грибовидными, цилиндрическими или в виде качающегося ролика. Цилиндрические 4, 6 или грибовидные 2, 7 толкатели (рисунок 4 а) имеют сферические углубления для установки штанг. На нижней части толкателей выполнена плоская или сферическая опорная поверхность. Для обеспечения равномерного изнашивания толкатели совершают поступательное и вращательное движение одновременно. Качающиеся роликовые толкатели (рисунок 4 б) изготовлены в виде одноплечих рычагов, с утолщением и отверстием с одной стороны, в которое запрессована втулка 11. На другом конце втулки помещен ролик 9, вращающийся на игольчатом подшипнике и соприкасающийся с кулачком распределительного вала. Над роликом в толкатель запрессована пята 10 со сферическим гнездом, на которую опирается нижний конец штанги. Рычаги одеваются на ось, закрепленную в блок — картере.

 

Сухарики

Сухарики 3 предназначены для удержания пружин 5 на стержне клапана. Сухарики представляют из себя кольцо конической формы, разрезанное на две половины. В некоторых двигателях между тарелкой пружин 2 и сухариками находится втулка 4, зажимающая сухарики и упирающаяся на дно тарелки 2 узким концом. Такая конструкция предназначена для того, чтобы дать клапану возможность проворачиваться относительно тарелки под воздействием коромысла и вибрации пружин. Это сделано для более равномерного износа трущихся деталей клапана.

Клапан

1. клапан;

2. тарелка пружин;

3. сухарики;

4. втулка сухариков;

5. пружины;

6. опорная шайба пружин;

7. направляющая втулка клапана;

А — фаска клапана.

Клапан своевременно открывает и закрывает впускной и выпускной каналы. Клапан (рисунок 2) состоит из тарелки и стержня. Переход от тарелки к стержню делается плавным, для придания необходимой прочности, улучшения отвода тепла и уменьшения сопротивления движению газов. Фаска клапана должна прилегать плотно к седлу, для чего он проходят совместную притирку. Стержень клапана представляет собой шлифованный цилиндр, в верхней части клапана выполнена выточка для крепления пружины при помощи сухарей. Торец стержня для уменьшения его износа коромыслом закаляют. Клапаны работают при высокой температуре. Причем выпускной клапан подвержен воздействию более высоких температур, впускной же клапан охлаждается при каждом такте впуска поэтому их выполняют из разных материалов. Выпускные клапана более жаростойкие. Кроме высоких температур клапаны подвергаются разъедающему воздействию газов и механическим ударам, поэтому они должны противостоять коррозии и истиранию. Чаще всего диаметры тарелок впускных клапанов, больше выпускных для лучшего наполнения цилиндра воздухом или рабочей смесью.

 

4. В процессе работы двигателя клапан-и детали привода клапана нагреваются, длина их увеличивается. В результате между седлом и тарелкой клапана при тактах сжатия и расширения может образоваться зазор. При сжатии это при­водит к снижению давления в цилиндре в конце сжатия и вытеснению части све­жего заряда из цилиндра, а при расши­рении, вследствие высокой температуры. и скорости сгорания заряда,— к обгора-нию фасок клапана и седла, их эрозион­ному изнашиванию и в конечном итоге к потере герметичности цилиндра, а сле­довательно, и резкому ухудшению техни­ко-экономических показателей двигателя.. Для предотвращения этих явлений ки­нематическую цепь привода клапана при его закрытом состоянии размыкают, т. е. устанавливают зазор между торцом кла­пана и деталью привода, воздействую­щей на клапан (коромыслом или толка­телем). Тепловой зазор должен быть та­кой, чтобы при любом режиме работы двигателя минимальное его значение было не менее 0,05 мм. В среднем тепловой зазор в зависимости от типа двигателя 0,15...0,30 мм для впускного клапана и 0,15...0,35 мм для выпускного. Меньшие значения теплового зазора даны для двигателей с верхним расположением распределительного вала, большие — с нижним расположением

Рисунок 36 - Выпускной клапан двигателя ЗИЛ-508.10 с механизмом вращения:

а —выпускной клапан и механизм вращения; б — г — соответственно начальное, рабочее и конечное по­ложения механизма вращения; /—выпускной кла­пан; 2 —корпус механизма вращения; 3 —шарик; 4 —опорная шайба; 5—замковое кольцо; 6 —пружина клапана; 7—тарелка пружины; 8— сухарь; 9— диско­вая пружина; 10 —возвратная пружина; //—на­триевый наполнитель; 12 —направляющая втулка; 13 —седло клапана; 14 —жаростойкая наплавка; 15 —заглушка; 16 —головка цилиндров

 

В процессе работы двигателя на фасках клапанов (особенно выпускных) образует­ся нагар. Наличие нагара резко ухудшает теплопередачу от клапана к седлу, при этом повышается температура головки и седла, может произойти прогар клапана. С помощью конструктивных мер стремят­ся обеспечить проворачивание клапана во время работы, чтобы обеспечить равномер­ное изнашивание сопряжений втулка — клапан и седло — тарелка клапана. Для этой цели в креплении клапана и пружи­ны двигателей ЯМЗ-236М и КамАЗ-740.10 предусмотрена специальная промежуточ­ная втулка 14 (рис. 35, а и б). Тре­ние между торцовой поверхностью втул­ки и тарелкой крепления пружины уменьшено и под действием вибрации

витков пружины клапан имеет возмож­ность поворачиваться вокруг своей оси, что обеспечивает равномерное изнашивание фаски и седла. В двигателях ЗИЛ-508.10 для проворачивания выпускного клапана предусмотрен специальный механизм (рис. 36), корпус которого расположен в головке блока. В корпусе 2 по окружности рас­положено пять наклонных углублений для шариков 3 с возвратными пружинами 10. На верхнюю часть корпуса надеты с зазо­ром дисковая пружина 9 и опорная шайба 4. Пружина 6 клапана одним концом опирается на тарелку 7, а другим — на опорную шайбу 4. Если клапан закрыт, то усилие пружины через шайбу передает­ся дисковой пружине 9 и шарикам 3. Внутренней кромкой дисковая пружина опирается на заплечики корпуса, а на ее наружную кромку действует пружина 6 клапана через опорную шайбу 4.

При открытии клапана пружина 6 сжимается и сила, передаваемая дисковой пружине 9, возрастает. Пружина 9 распрямляется, и межДу ее внутренней кромкой и заплечиками корпуса появляет­ся зазор. После выпрямления дисковой пружины на шарики передается усилие двух пружин. Шарики, перекатываясь по наклонным углублениям корпуса, сжи­мают возвратные пружины 10, поворачи­вая (вследствие трения) дисковую пру­жину вместе с опорной шайбой, которая, в свою очередь, вызывает поворот пружи­ны 6 одновременно с клапаном. Во время закрытия клапана пружина 6 распрямляет­ся, давление уменьшается и прогиб диско­вой пружины 9 возрастает- Дисковая пружина 9 внутренней кромкой снова опирается на заплечики корпуса и осво­бождает шарики, возвращающиеся в ис­ходное положение под действием возврат­ных пружин 10.

Форма отчета о работе

Практическое занятие №

Фамилия, инициалы обучающегося

Дата выполнения работы ____________

Тема работы:

Цели работы...….

Оснащение работы...

Содержание работы

Вывод….

7.Контрольные вопросы:

Назовите назначение ГРМ

1. Какие виды механизмов газораспределения вам известны?

2. Объясните чередование фаз газораспределения?

3. Объясните каким образом согласуется работа КШМ и ГРМ?

4. Объясните назначение распределительного вала? Чем обусловлено расположение кулачков на валу?

5. Какие виды приводов распределительного вала вам известны? Объясните особенности привода по схеме.

6. Объясните назначение толкателей? Какие виды толкателей вам известны? Чем обусловлена форма опорной поверхности толкателей?

7. Объясните назначение толкателей? Для каких типов ГРМ используются штанги?

8. Объясните назначение коромысла? Объясните особенности конструкции коромысла по схеме.

9. Перечислите элементы, входящие в состав клапанного механизма? Объясните устройство клапана по схеме. Объясните особенности конструкции выпускного клапана.

10. Объясните назначение и работу механизма вращения клапана по схеме.

 

Литература:

1. Е.Я. Тур Устройство автомобиля: учебник для учащихся автотранспортных техникумов. – М.: Машиностроение, 1990.-352с.: ил.