1.3.Деталі газорозподільного механізму.
Розподільні шестерні. Розподільний вал приводиться в обертання шестернями (рис. 2 а, б і в), рідше ланцюгом (рис. 2, г). Вітчизняні карбюраторні двигуни, за деяким винятком, мають шестерневий привід розподільного вала, що складається, як правило, з двох шестерень. Одна шестерня встановлена на колінчастому валу, а інша - на розподільному. Обидві шестерні мають косі зуби для плавного зачеплення і зменшення шуму при роботі. З цією ж метою шестерні розподілювальних валів двигунів автомобіля ГАЗ виготовляють з текстоліту. Розподілювальні шестерні, встановлені на колінчатих валах, роблять із сталі або легованого чавуну. Дизель автомобіля КамАЗ-5320 (рис. 2, в) має п'ять розподільних шестерень, розташованих в задній частині блоку циліндрів .
При обертанні шестерні 20 (рис. 2, г) в рух приходить безкінечний ланцюг, що приводить в дію розподільний вал і масляний насос (двигун автомобіля «Жигулі»). При експлуатації автомобіля ланцюг поступово зношується і витягується. Натяжна механізм дозволяє своєчасно підтягувати ланцюг, а заспокоювач 26 - гасити його коливання.
Рис. 2. Приводи газорозподільного механізму:
а - дизеля ЯМЗ-236, б - двигунів автомобілів ЗИЛ-130, ГАЗ-53А та ін; в - дизеля автомобіля КамАЗ-5320, р - двигуна автомобіля ВАЗ-2106 «Жигулі»; 1 і 27 - шестерні приводу масляного насоса ; 2, 14 я 15 - шестерні проміжні; 3, 10, 13 і 20 - розподільні шестерні колінчатого вала; 4, 7 і 11 - мітки; 5, 12, 16 і 25 - шестерні розподільного валу; 6 і 17 - шестерні приводу паливного насоса; 8 - шестерня привода вентилятора; 9 - ведена шестерня привода паливного насоса; 18 - шестерня привода насоса гідропідсилювача керма; 19 - шестерня приводу компресора; 21 - ведена гілка ланцюга; 22 -башмак натяжного механізму; 23 - натяжний механізм; 24 - розподільний вал; 26 - заспокоювач; 28 – провідне відгалуження ланцюга
У чотиритактному двигуні за робочий цикл в кожному циліндрі по одному разу повинні відкриватися і закриватися впускний і випускний клапани, тобто розподільний вал повинен зробити один оборот, а колінчатий вал - два. Для цього шестерня розподільного вала, якщо привід складається з двох шестерень, має в 2 рази більше зубів, ніж шестерня колінчастого вала. При складанні двигуна необхідно по мітках з'єднувати шестерні, встановлені на колінчастому і розподільному валах, а при складанні дизеля також і шестерні привода паливного насоса.
Розподільний вал. Для своєчасного відкриття та закриття впускних і випускних клапанів на розподільному валу є кулачки. Закриття і відкриття клапанів забезпечується розподільним валом і пружинами клапанів. Розподільний вал 1 (рис. 3) разом з кулачками 5
Рис.3.Розподільний вал дизеля ЯМЗ-236 і сполучаються з ним деталі:
1 - розподільний вал; 2-шестерня розподільного вала; 3 - провідна шестерня привода паливного насоса; 4- опорний фланец, 5 - передня опорна втулка, 6 - задня опорна втулка; 7 - опорні шийки, 8 - кулачки розподільного вала ; 9 – шпонка, штампують із сталі (двигуни автомобілів ГАЗ-24 «Волга», ЗИЛ-130, МАЗ-5335, КамАЗ-5320 та ін) або відливають з сірого чавуну (двигуни автомобілів «Москвич» і «Жигулі»).
У чотирициліндрового двигуна розподільний вал має вісім кулачків, у шестициліндрового - дванадцять, у восьмициліндрового - шістнадцять, тобто по два кулачка на циліндр. Кожен кулачок управляє одним клапаном - впускним або випускним.
На розподільному валу можуть перебувати також шестерня привода розподільника запалювання й масляного насоса (двигуни автомобілів ГАЗ-53А, ЗИЛ-130) і ексцентрик приводу паливного насоса. Ексцентрик може бути виготовлений як одне ціле з розподільним валом або прикрученим до нього болтом (двигун автомобіля ГАЗ-53А). Робочі поверхності кулачків, опорних шийок, ексцентриків і шестерень сталевих розподільчих валів піддають термічній обробці і шліфуванню для збільшення їх надійності і зносостійкості. У чавунних валів для цих же цілей кулачки і опорні шийки вибілюють.
В якості підшипників для розподільного вала найчастіше використовують запресовані в блок циліндрів втулки, залиті антифрикційнійним сплавом. Діаметри опорних шийок розподільного вала зазвичай однакові (двигуни автомобілів ГАЗ-53А і ЗІЛ-130), але бувають і різні для полегшення збірки (автомобіль ГАЗ-24 «Волга»).
Наявність на розподільному валу шестерні з косими зубами приводить до виникнення сили, яка прагне зрушити вал вздовж його осі. Розподільний вал двигунів автомобілів ГАЗ-24 «Волга», ГАЗ-53А,
ЗІЛ-130 і МАЗ від осьових переміщень утримується упорним фланцем 4 (рис. 3) або 3 (рис. 4), встановленими з зазором між маточиною шестерні 10 і торцем передньої опорної шийки валу 4. Зазор забезпечений тим, що товщина упорного фланця менше товщини розпірного кільця 5 на 0,1 - 0,2 мм (двигуни автомобілів ГАЗ-53А та ГАЗ-24 «Волга») або на 0,08-0,208 мм (двигун автомобіля ЗИЛ -130). Упорний фланець сталевий; робочі поверхні його термічно оброблені і фосфатовані для поліпшення підробітки. Фланець прикріплений двома болтами 2 до передньої стінки блоку циліндрів. Корпус заднього підшипника (дизель автомобіля КамАЗ-5320) має фланець, який виключає осьові зміщення розподільного вала. Шестерня 10 встановлена на розподільному валу 4 на шпонці 9, Зміщення шестерні виключено установкою болта 8, вкрученого в торець розподільного вала.
Рис. 4. Опорний фланець розподільного вала:
1 - кришка розподільних шестерень, 2 і 8 - болти, 3 - опорний фланець, 4 - розподільний вал, 5 - розпірне кільце; 6 - втулка підшипника розподільного вала; 7 - шайба; 9 - шпонка; 10 - шестерня
Штовхачі. Зусилля від кулачка розподільчого валу до клапана або штанги передає штовхач, виготовлений із сталі або чавуну. Робочу поверхню штовхачів для підвищення їх довговічності гартують і шліфують. Зношення знижується, якщо штовхачі чавунні, а розподільчий вал сталевий. Якщо штовхач і вал сталеві, то на тарілку штовхача наплавлюється вибілений чавун.Тарілчасті штовхачі (рис. 5, а) набули поширення на двигунах з нижнім розташуванням клапанів. Кільцева канавка на зовнішній поверхні штовхача необхідна для змащуванняпари штовхач - отвір в блоці циліндрів.
Рис. 5. Штовхачі:
а - тарілчастий зі сферичною опорною поверхнею; б - циліндричний (поршневий); в - роликовий; 1 і 10 - розподільні вали, 2 і 9 - кулачки; 3, 7 і 12 - штовхачі; 4 – регулюючий болт; 5 - контрагайка; 6 - штанга, 8 - отвір для стоку масла; 11 - п'ята, 13 - ролик; 14 - голчастий підшипник; 15 - вісь ролика; 16 - втулка; 17 - вилка штовхача
В штовхач 3 укручений регулювальний болт 4 з контргайкою 5. На двигунах із верхнім розташуванням клапанів (автомобілі ГАЗ-53А, ГАЗ-24 «Волга», ЗИЛ-130 та ін) застосовують циліндричні штовхачі (рис. 5, б) з одним або двома отворами для зливу масла. Робочу поверхню штовхача, яка стикається з кулачком розподільного валу, обробляють по сфері. Поверхні штовхача і кулачка зношуються менше й рівномірно, якщо штовхач може повертати при набіганні кулачка. Обертання штовхача досягається завдяки зсуву від його осі точки дотику з кулачком. Кулачок розподільного вала має невелику конусність, якщо штовхач оброблений по сфері. Штовхачі розміщують в отворах, виконаних в блоці циліндрів або в нижній стінці клапанної коробки.
Рис. 6. Газорозподільні механізми:
а - дизеля ЯМЗ-236; б - дизеля автомобіля КамАЗ-5320; 1 - середня вісь штовхачів; 2 - розпорна втулка, 3 - крайня вісь штовхачів; 4 і 25 - штовхачі; 5 - проміжна втулка осі штовхачів; 6 і 31 - штанги, 7 і 26 - регулювальні гвинти коромисел; 8 і 28 - коромисла; 9 і 27 - контргайки; 10 - стопорне пружинне кільце; 11 - опорна шайба; 12 - випускний клапан, 13 - сухар тарілки; 14 - втулка; 15 - тарілка пружини; 16 - болт; 17 - вісь коромисла; 18 - зовнішня пружина клапана; 19 - внутрішня пружина клапана; 20 - шайба; 21 - впускний клапан; 22 - пробка; 23 - задня втулка осі штовхачів; 24 - наплавлення; 29 - бронзова втулка; 30 - верхній наконечник; 32 - нижній наконечник
У дизелі ЯМЗ-236 підвісні роликові штовхачі 12 (рис. 6 а) свобідно встановлені на розрізні осі, розташовані на чотирьох опорах над розподільним валом. Вісь 15 ролика 13 обертається в голчастих підшипниках 14.У встановлених у вилці 17 штовхача. Ролик перекочується по кулачку розподільного вала, отже, тертя-ковзання замінене тертям кочення. Зверху в штовхач запресована сталева п'ята 11 зі сферичною поверхнею, на яку спирається пустотіла штанга, що передає рух коромисла.
Штанги. Зусилля від штовхача до коромисла передають штанги. Їх виготовляють з дюралюмінієвого прута (двигуни автомобілів ГАЗ-24 «Волга», ГАЗ-53А), сталевого прута із загартованими кінцями (двигун автомобіля ЗИЛ-130) або сталевої трубки (двигун ЯМЗ-236, дизель автомобіля КамАЗ-5320 та ін .). На кінці штанг 6 (рис. 6, а) напресовують сталеві, термічно оброблені наконечники для шарнірного з'єднання з штовхачем і регулювальним гвинтом коромисла. Верхній кінець штанги рухається не прямолінійно, а описує дугу, радіус якої дорівнює малому плечу коромисла.
Коромисла. Зусилля від штанги до клапана передає коромисло, яке являє собою сталевий неравноплечіе важіль: довге плече розположено над клапаном, а коротке - над штангою. У короткому плечі є отвір, в який укручений регулювальний гвинт 7 (рис. 6, а), утримуваний від самовідкручування контргайкою 9. При роботі двигуна штанга нажимає на коротке плече коромисла, а його довге плече натискає на стержень клапана. Для зменшення ходу штовхача та штанги, а також зниження сил інерції коромисло виконують нерівноплечим. Поверхня кінця (носка) коромисла, дотична зі стрижнем клапана, і поверхність регулювального гвинта, стикається з наконечником штанги, термічно обробляють і шліфують для підвищення їх надійності та зносостойкості. В отвір маточини коромисла запресовують бронзову втулку (двигуни автомобілів ГАЗ-24 «Волга», ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, КамАЗ-5320 та ін) з кільцевою канавкою на внутрішній поверхні для розподілення масла та подання його до регулювального гвинта. У короткому плечі коромисла є отвір, за яким надходить масло до гвинта 7. Гвинт має кільцеву канавку і канал, що підводить масло до наконечника штанги.
У головку блоку укручені шпильки, на яких встановлені стійки і вісь з коромислами. Від поздовжнього зсуву по осі коромисла утримуються розпірними пружинами, притискають їх до стійок і стопорним кільцям. На дизелі ЯМЗ-236 і на дизелі автомобіля КамАЗ-5320 осі 17 коромисел виконано як одне ціле зі стійками. Кожне коромисло качається на окремій осі. Від бічного зсуву коромисло утримується опорною шайбою 11 і стопорним пружинним кільцем 10.
Клапани. Призначення клапана - відкривати і закривати впускний або випускний отвір, розташоване в голівці блоку (механізм з верхнім розташуванням клапанів) або в блоці циліндрів (механізм з нижнім розташуванням клапанів).Основними частинами клапана є головка і стрижень. Клапан повинен надійно ізолювати циліндр під час тактів стиснення та робочого ходу від впускного або випускного трубопроводу, і викликати у відкритому положенні мінімальний опір руху газів. Плавний перехід від головки клапана до його стрижня зменшує опір клапана при обтіканні його газами. Щоб клапан щільно прилягав до сідла, на його голівці роблять фаску, яку шліфують і притирають до фаски сідла. Головки впускного і випускного клапанів можуть бути як однакового діаметру, так і різного. Зазвичай головку впускного клапана роблять більшого діаметра для поліпшення наповнення циліндра. Наприклад, розміри клапанів двигуна автомобіля ГАЗ-53А: діаметр головки впускного клапана 47 мм, а випускного 36 мм.
Клапани працюють при високій температурі і піддаються роз'їдаючі дії газів. Тому метал, що застосовується для їх виготовлення, повинен добре протистояти корозії та стиранню. Цим вимогам задовольняє високолегована сталь.
Якщо клапан закритий, то між кінцем його стержня і регулювальним болтом штовхача або між кінцем стрижня клапана і кінцем коромисла повинен бути певний теплової зазор. У двигунах з нижнім разположенням клапанів для їх нормальної роботи встановлюють відповідний тепловий зазор регулювальним болтом, укрученим в штовхач. У двигунах із верхнім розташуванням клапанів для регулювання теплового зазору служить гвинт, укручений в коротке плече коромисла. Тепловий зазор для впускних і випускних клапанів у холодних двигунів автомобілів ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, МАЗ-5335 і ін.. дорівнює 0,25 - 0,30 мм.
Якщо теплові зазори збільшуються, то клапани починають стукати і погіршується наповнення циліндрів свіжим зарядом суміші і їх очищення від відпрацьованих газів. При зменшенні теплових зазорів клапани нещільно прилягають до сідел та їх фаски обгорають. Потужність двигуна в обох випадках знижується і порушуються також фази газорозподілу.
Рис. 7. Випускний клапан двигуна автомобіля ЗИЛ-130 з механізмом обертання:
а - випускний клапан і механізм обертання; б, в і р-відповідно початкове, робоче і кінцеве положення механізму обертання; 1 - випускний клапан; 2 - корпус спеціального механізму, 3 - кулька, 4 - опорна шайба; 5 - замкове кільце; 6 - пружина клапана; 7 - тарілка пружини; 8 - сухар; 9 - дискова пружина; 10 - поворотна пружина; 11 - натрієвий наповнювач; 12 - напрямна втулка, 13 - сідло клапана; 14 - жаростійкий наплавлення; 15 - заглушка; 16 - головка блоку
Відпрацьовані гази викликають корозію і підвищений знос сідел випускних клапанів, тому сідла роблять вставними (рис. 7) з жаростійкого чавуну. Якщо двигун має газорозподільний механізм з верхніми клапанами і головку блоку, відлиту з алюмінієвого сплаву, то під всі клапани в голівці блоку запресовують сідла з жаростійкого чавуну (двигуни автомобілів ГАЗ-24 «Волга», ГАЗ-53А, ЗИЛ-130, КамАЗ -5320 та ін) - У дизеля ЯМЗ-236 під випускні клапани також запресовані сідла.
Стержень клапана переміщується в напрямній втулці, забезпечуючи посадку клапана на сідло без перекосу. У більшості двигунів застосовані пористі металокерамічні втулки 12, що володіють хорошими антифрикційними властивостями. Стрижні клапанів дизеля автомобіля КамАЗ-5320 розташовані на довжині 120 мм від торця графітизованих. Всі ці технологічні та конструктивні заходи підвищують надійність клапанного механізму. На кінці стрижня клапана є виточка для з'єднання з пружиною 6 (постійно знаходиться в стислому стані) з клапаном за допомогою сухарів 8 і тарілки 7. Пружина клапана сприяє його щільній посадці на сідло і притискає штовхач до кулачка розподільного вала. Пружина 6 має постійний крок. Для підвищення надійності двигунів автомобіля ГАЗ-24 «Волга» пружина виготовлена з високоміцного пружинного дроту, термічно оброблена і має змінний крок витків, що запобігає вібрації клапана при великої частоти обертання колінчастого вала. Кінець пружини з меншим кроком звернений вниз в сторону головки клапана. Іноді на клапан ставлять не одну пружину, а дві з різним напрямком навивки, щоб виключити заклинювання (дизелі ЯМЗ-236 та автомобіля КамАЗ-5320). При наявності двох пружин зменшується їх довжина, підвищується надійність двигуна (при поломці однієї пружини клапан буде утримуватися іншою) і поліпшується резонансна характеристика клапанного механізму.
В з'єднання клапана з пружинами за допомогою сухарів і тарілки введена конічна втулка, щільно охоплює сухарі. Тарілка спирається на торець конічної втулки, а у фланця тарілки впираються одна або дві пружини. При такому з'єднанні клапана з пружинами зменшуються сили тертя між ними, і клапан може повертатися в час роботи двигуна. Внаслідок цього значно зростає термін служби клапана, його сідла та направляючі втулки, тому що зменшується односторонній знос цих деталей (дизелі ЯМЗ-236 та автомобіля КамАЗ-5320, двигун автомобіля ГАЗ-53А та ін) - на стрижень впускного клапана (двигун автомобіля ГАЗ-24 «Волга») надягають ковпачок з маслостійкої гуми, що усуває можливість підсмоктування масла (при тактах впускання) в камеру згоряння через зазор між втулкою і стрижнем. Для цих цілей на верхній частині направляючої втулки (дизель автомобіля КамАЗ-5320) встановлено ущільнювальна манжета.
Випускний клапан має жаростійку наплавку 14 на фасці, незважаючи на те, що він виготовлений з жаростійкої сталі (двигун автомобіля ЗИЛ-130). У стрижні випускного клапана просвердлений глухий отвір, заповнений наполовину або на дві третини натрієвих наповнювачем 11 (двигуни автомобілів ЗІЛ-130 і ГАЗ-53А) і закритий заглушкою 15. Під час роботи двигуна натрій плавиться (температура його плавлення 98 ° С) і перетворюється в рідину. При зворотно-поступальному русі клапана в напрямній втулці 12 натрій переміщається, омиває головку клапана і відводить від неї тепло до стрижня і втулки. При охолодженні клапана підвищується надійність його роботи, а отже, і двигуна.