Схема газораспределительного механизма двигателя

Мы снова рады приветствовать Вас, наши дорогие читатели и подписчики! Сразу раскроем карты — сегодня вашему вниманию предлагается схема газораспределительного механизма двигателя, а также небольшое повествование об особенностях работы и деталях этого узла.

Продолжая изучать внутренности автомобиля, нельзя обойти стороной этот ключевой элемент двигателя внутреннего сгорания, без которого он бы просто не смог правильно работать, отделять выхлопные газы от свежей топливно-воздушной смеси и вообще представлял бы собой груду никому ненужного металлолома.

Схема газораспределительного механизма двигателя. К чему все эти сложности?

Схема газораспределительного механизма двигателя (ГРМ) двигателя и его назначение. Что же он распределяет, какие газы и для чего вообще это нужно?

Как уже отмечалось выше, данный узел имеет крайне важное значение для функционирования мотора. Именно он определяет, когда нужно выпустить отработанный газ из цилиндров, а когда впустить очередную порцию воздуха или воздушно-топливной смеси.

Эти процессы должны быть чётко синхронизированы с работой поршней иначе толка от мотора не будет никакого. О том, как это реализовано в современных двигателях, мы расскажем далее.

 

Разнообразие ГРМ и технический прогресс

Ключевыми элементами ГРМ являются: распределительный вал (или по-простому – распредвал), управляющий работой клапанов, привод распредвала, который связывает его с коленчатым валом, а также сами клапаны. Компоновка этих элементов определяет виды газораспределительных механизмов:

• в зависимости от расположения распредвала – верхнего или нижнего расположения. Первый вариант наиболее распространён и чаще всего используется в современном автомобилестроении, так как позволяет снимать большую мощность с двигателя. В этом случае вал находится в головке блока цилиндров. Логично предположить, что в схеме с нижним расположением, коленвал установлен в блоке цилиндров;
• в зависимости от количества распределительных валов – с одним (SOHC) или с двумя (DOHC). Нужно сказать, что схемы двигателей с одним распредвалом постепенно становятся достоянием истории, уступив место под капотом более производительным вариантам с двумя валами;
• в зависимости от типа привода распредвала – ременной, цепной и зубчатый. Первые два типа характерны для современного верхнерасположенного вала. Цепной привод по праву считается более долговечным, но имеет недостатки из-за большего веса самой цепи. Ременные, или как их ещё называют благодаря характерной форме — зубчато-ременные, служат не так долго, хотя при должном качестве самого ремня и правильной его установке позволяют забыть о себе почти на 100 тысяч километров пробега;
• и, наконец, в зависимости от количества клапанов – от 2 до 5 на цилиндр. Кстати, клапаны бывают впускные и выпускные, причём отличаются они между собой не только функциональным назначением, но и конструкцией. Так, к примеру, выпускные немного меньше по диаметру, а материалы, из которых они изготовлены, должны быть более жаропрочными, чем у впускных.

ГРМ: слаженный оркестр под капотом автомобиля

Теперь давайте попробуем разобраться, каким образом все эти детали, о которых шла речь выше, взаимодействуют друг с другом и позволяют двигателям автомобилей приносить пользу своим владельцам.

Мы уже вспоминали, что одним из главных условий правильной работы силового агрегата является чёткая синхронизация между движением поршней и моментами выпуска отработанных газов, а также запуска свежей порции топливно-воздушной смеси в цилиндры.

Технически этим заняты клапаны, устанавливаемые в головке блока цилиндров, но сами по себе решить, когда нужно открыть путь газам, они, конечно же, не могут. Управляет оркестром клапанов распределительный вал, являющийся, по сути, ключевым элементов всего ГРМ.

На нём в определённом порядке закреплены специальные кулачки, которые, вращаясь, передают усилие через систему штанг, толкателей, коромысел и гидрокомпенсаторов на впускные или выпускные клапаны.

Моменты открытия и закрытия клапанов (в технической литературе эти моменты называют сложным словосочетанием – фазы газораспределения) должны соблюдаться очень строго, ведь от этого зависит эффективность работы двигателя, его мощность, расход топлива и долговечность.

Чтобы распредвалы вращались и делали это в чёткой синхронизации с поршнями, они при помощи ременной или цепной передачи связаны с коленчатым валом двигателя.

Правильное взаиморасположение валов устанавливается во время монтажа ремня или цепи, и для этого на шестернях имеются специальные метки, которые нужно совмещать в определённом порядке.

Далее дело за натяжкой, и если всё выполнено верно, ремень или цепь ГРМ верой и правдой будут служить Вам десятки тысяч километров.

Хочется обратить особое внимание на то, как важно выставить положение коленчатого и распределительных валов относительно друг друга в заданном заводом положении при замене ремня газораспределительного механизма.

Смещение шестерни вала хотя бы на несколько зубцов может привести к тяжёлым последствиям, вплоть до полного выхода двигателя из строя. Будьте внимательными, если затеяли подобные действия самостоятельно!

Ну вот и подошёл к концу наш рассказ о газораспределительном механизме двигателя. Надеемся, что Вам, наши читатели, было интересно, а может быть и полезно узнать что-то новое об устройстве моторов.

Не забывайте подписываться на наши публикации, давать на них ссылки своим друзьям, а мы со своей стороны продолжим радовать вас свежими статьями, посвящёнными устройству автомобилей.

//www.youtube.com/watch?v=onK5cl8aaK0

Устройство и назначение газораспределительного механизма двигателя змз – 53.

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси (карбюраторных двигателей) или очищенного воздуха (дизели) и выпуска отработавших газов. Для этого клапана в определенные моменты открывают и закрывают впускные и выпускные каналы головки цилиндров, которые сообщают цилиндры двигателя с впускным и выпускным трубопроводами. В двигателе ЗМЗ – 53 применяется газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала.

Механизм газораспределения состоит из впускных и выпускных клапанов с пружинами, передаточных деталей от распределительного вала к клапанам, распределительного вала и шестерни. Коленчатый вал с помощью распределительных шестерен 15 и 16 вращает распределительный вал 14, установленный в развале блока и являющийся общим для левого и правого рядов цилиндров. Каждый кулачок распределительного вала, набегая на толкатель 13, поднимает его вместе со штангой 12. Она поднимает один конец коромысла 7, а другой движется вниз и давит на клапан 3, опуская его и сжимая пружины 6 клапана. Когда кулачок распределительного вала сходит с толкателя, штанга и толкатель опускаются, а клапан под действием пружин, садясь в седло, плотно закрывает отверстие клапана.

Мощность двигателя во многом зависит от степени наполнения цилиндров свежей порцией горючей смеси и их очистки от отработавших газов. Для того чтобы в цилиндры двигателя поступило больше горючей смеси, впускные клапаны должны открываться еще до прихода поршня в верхнюю мертвую точку (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 нижнюю мертвую точку. Впускной клапан закрывается с некоторым опозданием.

Фазами газораспределения называют периоды от момента открытия клапанов до момента их закрытия, выраженные в градусах поворота коленчатого вала. Они изображены в виде круговой диаграммы. Продление впуска воздуха от 180^о до 268^о у двигателя ЗМЗ – 53 было достигнуто путем опережения открытия и запаздывания закрытия впускного клапана.

Выпуск отработавших газов из цилиндра (открытие выпускного клапана) начинается за 50^о по углу поворота коленчатого вала до прихода поршня в нижнюю мертвую точку, а закрывается клапан уже после прохода поршнем верхней мертвой точки. Таким образом, выпускной клапан открыт на 252

о по углу поворота коленчатого вала.

В конце такта впуска и начале выпуска отработавших газов оба клапана на 46 ^о по углу поворота коленчатого вала открыты одновременно. Такое перекрытие клапанов позволяет продуть цилиндры свежим воздухом, что способствует их лучшей очистке от отработавших газов.

Моменты закрытия и открытия клапанов зависят от профиля кулачков распределительного вала, а также от величины зазора между клапанами и коромыслами.

Ремонт газораспределительного механизма (ГРМ)

Ремонт распределительного вала

Основными дефектами распределительного вала являются:

1. износ опорных шеек;
2. износ винтовой шестерни привода масляного насоса;
3. износ кулачков;
4. прогиб;
5. увеличение осевого зазора.

Опорные шейки при износе ремонтируют двумя способами:

• шлифованием их на меньший диаметр
• хромированием

Первый способ ремонта применяют в тех случаях, когда опорами для шеек вала служат сменные втулки, запрессованные в гнезда блока. Если распределительный вал вращается в гнездах, выполненных непосредственно в блоке, то опорные шейки ремонтируют хромированием.

Шейки шлифуют на круглошлифовальном или токарном станке супортно-шлифовальным приспособлением.

Перед шлифованием вал проверяют в центрах по индикатору и выправляют под прессом, если биение превышает 0,05 мм. При шлифовании шеек необходимо учитывать высоту кулачков, так как иначе может создаться положение, при котором вал нельзя будет установить во втулки уменьшенного ремонтного размера. Высота кулачка должна быть меньше самой малой опорной шейки вала на 1—1,5 мм.

После шлифования шеек из блока выпрессовывают старые опорные втулки и запрессовывают новые полуобработанные, внутреннее отверстие которых необходимо обработать под размер шеек развертыванием.

Втулки двигателя ГАЗ-51 имеют два диаметрально расположенных отверстия, из которых одно — большего диаметра — служит для подвода смазки и должно точно располагаться против смазочного канала, а другое, меньшего размера, служит для закрепления втулки и должно располагаться против лунки в гнезде блока.

Рис. Установка опорной втулки распределительного вала:
1 — опорная втулка; 2 — масляный канал; 3 — бородок.

Втулку закрепляют длинным бородком, устанавливаемым в масляный канал, при помощи которого раскернивают малое отверстие втулки; образующийся при этом выступ входит в лунку гнезда блока.

После закрепления втулок их развертывают длинной раздвижной разверткой, обеспечивающей сохранение параллельности осей коленчатого и распределительного валов. При отсутствии сменных втулок (автомобили ГАЗ-MM, «Москвич») гнездам в блоке придают правильную геометрическую форму развертыванием, а опорные шейки хромируют и прошлифовывают на требуемый размер.

Рис. Раздвижная развертка.

Кулачки с небольшим износом и задирами зачищают вначале крупной, а затем мелкой наждачной бумагой, которая должна облегать не менее половины профиля кулачка.

При большом износе кулачков вал заменяют или наплавляют изношенные места газовой сваркой сплавом сормайт. При этом вал помещают в ванну с водой, оставляя на поверхности только часть кулачка, подлежащую наплавке. При наплавке поверхность кулачка достаточно нагреть до состояния «потения», и расплавленный сормайт будет хорошо растекаться по поверхности. При отсутствии сормайта наплавлять можно проволокой от старых клапанных пружин при помощи газовой или электродуговой сварки.

После наплавки сормайтом последующая обработка заключается только в зачистке, а при наплавке сталью необходима закалка. При значительном износе приводной шестерни масляного насоса распределительный вал следует заменить.

Рис. Крепление распределительного вала:
1 — распределительный вал; 2 — шестерня; 3 — упорная шайба; 4 и 6 — болты крепления упорной шайбы; 5 — распорное кольцо.

Увеличенный осевой зазор распределительного вала устраняют путем регулировки упорного болта, помещенного в крышке распределительных шестерен (автомобили ЗИС-5 и ЗИС-150). Для этого болт завертывают до упора в торец вала, а затем, отвертывают на 1/6 оборота и закрепляют контргайку. Если распределительный вал от осевого смещения удерживается упорной шайбой (автомобили М-20 «Победа», ГАЗ-51), то уменьшение осевого зазора до нормальной величины 0,10—0,20 мм достигается заменой изношенной упорной шайбы. Если же это окажется недостаточным, то следует уменьшить толщину распорного кольца, установленного между задним торцом ступицы распределительной шестерни и торцом первой опорной шейки распределительного вала.

Ремонт клапанов

Дефектами клапана могут быть:

1. износ и обгорание рабочей фаски;
2. коробление головки;
3. износ поверхности и торца стержня;
4. погнутость стержня.

Небольшой износ рабочей фаски клапана устраняется притиркой клапана к седлу.

Рис. Приборы для притирки клапанов:
а — коловорот; б — притирочная дрель; 1 — ведущая шестерня с шестью зубьями; 2 — ведущая шестерня с девятью зубьями; 3 — ведомая шестерня шпинделя; 4 — шпиндель.

Для притирки клапана проделывают следующие операции:

1. Надевают на стержень клапана слабую пружину и устанавливают клапан в направляющую втулку.
2. Рабочую фаску клапана смазывают притирочной пастой и при помощи коловорота (рис. а) или специальной притирочной дрели (рис. б) вращают клапан вправо и влево на 1/4 оборота, постепенно поворачивая клапан кругом. При пользовании специальной притирочной дрелью ее рукоятку повертывают все время в одну сторону, причем ведомая шестерня и шпиндель вращаются попеременно то в одну, то в другую сторону. Достигается это тем, что две ведущие шестерни, вращаемые рукояткой, имеют по своей окружности неполное число зубьев (у одной шесть зубьев, у другой — девять), расположенных на противоположных сторонах. При вращении клапан прижимают к седлу, а при изменении направления вращения отпускают, причем клапан приподнимается от седла пружиной. В процессе притирки необходимо добавлять пасту.
3. Конец притирки определяют появлением на рабочей фаске ровного матово-серого кольца без пятен.
4. Герметичность клапана проверяют специальным прибором (рис. а) под давлением воздуха. При проверке стакан прибора плотно прижимают к поверхности блока и резиновой грушей создают давление 0,6—0,7 ат. Если в течение 1/2 мин. давление по манометру не падает, — герметичность хорошая. Герметичность клапана проверяют и более простым прибором (рис. б), причем поверхность вокруг клапана вытирают и припудривают мелом. Прибор устанавливают на клапан, затем рукояткой плотно прижимают резиновый присос книзу и отпускают его. Если клапан хорошо притерт, то прибор прочно удерживается на поверхности блока (прибор слегка покачивают рукой за головку).При недостаточной герметичности прибор держаться не будет. При наличии глубоких раковин и рисок рабочую фаску клапана сначала прошлифовывают, а затем только притирают. Шлифование фаски клапана выполняют на приборах с ручным или электроприводом.Клапан закрепляют под определенным углом по отношению к шлифовальному камню (45 или 30°) в патроне прибора. При работе прибора шлифовальный камень вращается с числом оборотов 4000—5000 в минуту, а патрон с клапаном — 120—140 в минуту.Подача патрона с клапаном и бабки с камнем осуществляется рукоятками.

Рис. Приборы для проверки герметичности клапанов:
а — прибор с манометром; б — прибор с присосом; 1 — резиновая груша; 2 — манометр; 3 — стакан; 4 — головка; 5 — резиновый присос.

Изношенные головки клапанов восстанавливают до нормального размера путем их раздачи, при этом головку клапана нагревают до 900—1000°, устанавливают клапан в матрицу и оправкой под прессом или ударами молотка производят раздачу. Затем головка подвергается механической обработке способами, указанными выше. Клапаны, головки которых имеют коробление, заменяют новыми.

Погнутые стержни клапанов выправляют под прессом, а затем проверяют индикатором на биение в центрах. Биение стержня не должно превышать 0,03 мм.

Рис. Прибор для шлифования клапанов с электроприводом:
1 — рукоятка для подвода клапана к шлифовальному камню; 2 — патрон для закрепления клапана; 3 — клапан; 4 — шлифовальный камень; 5 — подвижная шлифовальная бабка; 6 — электродвигатель; 7 — рукоятка для осевого перемещения бабки.

Рис. Матрица и оправка для раздачи головки клапана.

Изношенные стержни клапанов шлифуют под ремонтный размер или восстанавливают до номинального или ремонтного размеров хромированием.

Изношенный торец стержня при регулируемых клапанах шлифуют до получения гладкой поверхности, а при нерегулируемых клапанах (автомобиль ГАЗ-MM) торец наплавляют сталью от старого клапана и затем обрабатывают до требуемого размера. При наплавке во избежание коробления стержня клапан помещают в ванну с водой, оставляя на поверхности только торец высотой 20—25 мм.

Регулировка зазора между клапаном и толкателем

Для регулировки зазора необходимо:

1. повернуть рукояткой коленчатый вал до полного закрытия регулируемого клапана;
2. удерживать толкатель ключом в течение всей регулировки;
3. отвернуть вторым ключом контргайку болта на 0,5—1 оборот и поворотом регулировочного болта установить зазор, в котором вставленный щуп соответствующей толщины будет проходить с небольшим усилием;
4. завернуть контргайку, повернуть коленчатый вал на два оборота и щупом снова проверить правильность зазора.

В такой последовательности надо регулировать и остальные клапаны.

В двигателях автомобилей ГАЗ-MM зазор при эксплуатации не регулируют, а устанавливают при ремонте, удлиняя стержень клапана (для уменьшения зазора) в холодном состоянии на оправке или подпиливая торец стержня (для увеличения зазора).

Ремонт толкателей

К основным дефектам толкателей относится износ стержня и торцевой поверхности тарелки. Стержень толкателя восстанавливают шлифованием его на меньший ремонтный размер. Шлифуют стержни на токарном станке с супортно-шлифовальным приспособлением или на круглошлифовальном станке. При небольшом износе торцевой поверхности тарелки ее шлифуют, а при значительном износе поверхность тарелки наплавляют металлом газовой или электродуговой сваркой. Во избежание отпуска наплавку делают опуская стержень в водяную ванну.

В качестве присадочного материала можно использовать старые клапанные пружины.

После наплавки, не давая остыть металлу, толкатель быстро опускают в ванну с холодной водой и закаливают наплавленную поверхность. После закалки плоскость обрабатывают на наждачном точиле, а затем шлифуют на станке.

Газорапределительный механизм



Газорапределительный механизм

2. ГРМ с верхним расположением клапанов

При нижнем расположении клапаны устанавливают в блоке ци­линдров, а при верхнем — в головке цилиндров.

Современные двигатели обычно имеют газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов, так как в этом случае камера сгорания получается компактной, улучшается на­полнение цилиндров, упрощается регулировка клапанов и значи­тельно уменьшаются потери теплоты с охлаждающей жидкостью (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, КамАЗ-5320,  ГАЗ-3110 «Вол­га», ВАЗ-2108 «Спутник»).

 

Рисунок 3 — Схема газораспределитель­ного механизма с верхним

расположением клапанов:

1 — седло; 2 — стержень клапана; 3 — направляющая втулка; 4 — стопорное кольцо; 5 — головка цилиндров; 6 — пружина; 7 — уплотнительный колпа­чок;      8 — тарелка; 9 — втулка; 10 — сухарики; 11 — коромысло; 12 — ось;                    13 — контргайка; 14 — регулировочный винт; 15 — штанга; 16 — толкатель;         17 — кулачок.

 

Распределительные валы при верхнем расположении клапанов могут быть установлены в блоке цилиндров — нижнее расположение (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410, -4331, КамАЗ-5320) или на головке блока — верхнее расположение (однорядные двигатели автомобилей ВАЗ, «Москвич» и др.).

При верхнем расположении распределительного вала (рис. 4) отсутствуют толкатели и штанги, вследствие чего уменьшаются масса и инерционные силы клапанного механизма, что дает возможность увеличить частоту вращения коленчатого вала и уменьшить уровень шума при работе двигателя.

 

Рисунок 4 — Газораспределительные механизмы двигателей с верхним расположением распределительных валов автомобилей:

а — ВАЗ-2105, -2107 «Жигули»; б — «Москвич-21412»; в — ВАЗ-2108 «Спут­ник», ВАЗ-2109; г — ГАЗ-3110 «Волга»; 1 — клапан; 2 — головка цилиндров;                  3 — рычаги; 4 — кулачки; 5 — болт; 6 — контргайка; 7 — шпилечная пружина; 8, — сферический наконечник; 9 — коромысла; 10 — корпус распределительного вала; 11 — регулировочные шайбы; 12 — маслоотражательный колпачок;             13 — направляющая втулка; 14 — седло клапана; 15 — толкатель;                      16— гидротолкатель; 17 — распределительный вал; 18 — выпускной клапан с гидротолкателем; 19 — двойная пружина; h — тепловой зазор.

К конструктивным особенностям ГРМ форсированных двигателей можно отнеси: верхнее расположение клапанов и распределительного вала; ременный привод распределительного вала; отсутствие толкателей, штанг и коромысел; наличие гидрокомпенсаторов и четырех клапанов на один цилиндр.