Автомобили и тракторы

сок 6 высотой около 2 мм, позволяющий сохранить основной размер (диаметр клапана dн) при совершении ремонтной перешлифовки уплотняющей фаски 5, увеличивает жесткость головки и предохраняет кромки фаски от обгорания.

Конусный поясок 5 (фаска) головки клапана предназначен для плотного закрытия гнезда в головке цилиндров. Для большинства двигателей угол фаски для выпускных клапанов составляет 45°,

адля впускных – 30 и 45°. Угол фаски, равный 30°, обеспечивает большую по сравнению с 45° величину площади проходного сечения клапанной щели при одинаковой высоте подъема клапана.

Вдизелях Д-243, Д-245, Д-260.1 и их модификациях основного исполнения углы фасок впускных и выпускных клапанов составляет 45°. Однако, в семействе дизелей с турбонаддувом Д-245 и Д-260.1, сертифицированных по европейским нормам выброса вредных веществ (ступень TIER-2), впускные клапаны имеют углы фасок 30°,

авыпускные – 45° с применением измененной (более открытой) формы камеры сгорания в поршне.

Стержень клапана шлифованный. В верхней его части сделана цилиндрическая выточка, в которую входят выступы разрезанного на две половины конического кольца – так называемые сухарики.

Клапаны изготовляют из легированной жаропрочной стали различных марок (38ХС, 40ХН, 40ХН2МА и др.), которые сохраняют механические свойства при высокой температуре и в условиях повышенного трения, обладают антикоррозионными свойствами, что важно для выпускных клапанов.

Рабочие фаски выпускных клапанов дизелей ЯМЗ-238 БЕ2 наплавляют жаропрочным сплавом типа «СТЕЛЛИТ». Торцы стержней клапанов закаливают токами высокой частоты (ТВЧ).

Для лучшего наполнения цилиндров свежим зарядом диаметр цилиндрической поверхности головки впускного клапана делают несколько большим, чем у выпускного клапана.

Седла 1 (рис. 2.11) впускных и выпускных клапанов турбонаддувных дизелей Д-245, Д-260.1 и их модификаций, ЯМЗ-238 БЕ2, ЯМЗ-240 БМ) выполнены в виде вставных колец из жаропрочных и износостойких сплавов или легированного чугуна. Седла работают в условиях, сходных с работой головок клапанов. Через седла отводится основная доля теплоты от клапана (60–80 %). Для облегчения приработки к фаске клапана уплотняющая поверхность седла вы-

51

полняется с тремя углами наклона 15, 45 и 75° таким образом, чтобы уплотнительный поясок седла имел угол 45° и ширину около 2 мм.

Седла фиксируются в головке цилиндров за счет натяга при запрессовке. В некоторых современных двигателях для фиксации седел в головке применяют лазерную сварку.

Направляющие втулки 15 (рис. 2.12) обеспечивают осевое перемещение клапанов и посадку в седла без перекосов. Изготавливают втулки спеканием из хромистой или хромоникелевой керамики с последующим сульфидированием и графитизацией. Пористая структура втулок позволяет хорошо удерживать смазку и обладать высокими антифрикционными свойствами. Толщина стенки втулки обычно составляет 2,5–4,0 мм.

Клапанные пружины 12, 13 предназначены для плотной посадки клапанов в седла, а также для компенсации инерционных сил, вызывающих разрыв кинематической связи между элементами (клапан

– коромысло – штанга – толкатель – кулачок распределительного вала). Применяются в основном цилиндрические пружины с постоянным шагом и углом подъема витка 8–12°.

Противоположное направление навивки внутренней и наружной пружин или разные углы навивки исключают при поломке попадание витков одной пружины между витками другой.

Пружины изготовляют методом холодной навивки полированной проволоки диаметром 3–6 мм из сталей С65, С65Г или 50ХФА. Пружины подвергают закалке и отпуску до твердости HRC 40–48.

Вдвигателях внутреннего сгорания 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.

Впоршневых двигателях внутреннего сгорания в основном применяют клапанные и золотниковые механизмы газораспределения.

Вавтотракторных двигателях чаще всего используют клапанные механизмы газораспределения, клапаны которых открывают и закрывают впускные и выпускные отверстия. Различают механизмы двух типов: с подвесными клапанами, расположенными в головке цилиндров и открывающимися при их движении вниз, и с боковыми клапанами, расположенными в блок-картере и открывающимися

52

при их движении вверх. При боковом расположении клапанов высота головки цилиндров и двигателя в целом уменьшается, а устройство механизма газораспределения и привода распределительного вала упрощается. Однако из-за менее компактной формы камеры сгорания экономические показатели таких двигателей ниже, а невозможность достижения высокого коэффициента наполнения при повышенном скоростном режиме работы ограничивает степень их форсирования. Боковое расположение клапанов применяют только в карбюраторных двигателях с низкой степенью сжатия и невысокой частотой вращения коленчатого вала.

Вдвигателях с подвесными клапанами камеры сгорания имеют компактную форму. В таких камерах значительно сокращается путь пламени от свечи до наиболее удаленных мест распространения рабочей смеси и улучшаются условия процесса сгорания, в связи с чем создается возможности повышения степени сжатия. Верхнее (подвесное) расположение клапанов позволяет уменьшить длину впускных и выпускных каналов и придать им более выгодные формы.

Врезультате этого улучшается наполнение цилиндров свежим зарядом и очистка их от отработавших газов, расширяются возможности форсирования его по скоростному режиму. Практически во всех современных двигателях с внешним смесеобразованием применяют механизмы газораспределения с подвесным расположением клапанов.

Вдизелях используют механизмы газораспределения только с подвесными клапанами, расположенными в головке блока цилиндров.

Всостав распределительного механизма входят впускные и выпускные клапаны с пружинами, передаточные детали от распределительного вала к клапанам, распределительный вал и зубчатые колеса привода.

Газораспределительный механизм с подвесными клапанами

(рис. 2.12) работает следующим образом. Коленчатый вал через шестерни газораспределения приводит во вращение распределительный вал 1, каждый кулачок которого, набегая на толкатель 2, поднимает штангу 3. Нижний конец ее упирается в пяту толкателя 2, а верхний – в регулировочный винт 5 коромысла 8, установленного на оси 7. Коромысло 8, поворачиваясь вокруг оси 7, бойком отжимает клапан 14 вниз. При этом открывается канал головки цилиндров, а предварительно сжатые пружины 12, 13 (чтобы удержать клапан в закрытом положении) еще больше сжимаются. Стержень клапана движется в направляющей втулке 15.

53

Клапан открыт полностью, когда толкатель находится на вершине кулачка. При дальнейшем повороте распределительного вала толкатель начинает постепенно опускаться, а клапан под действием пружин движется вверх. Когда выступ кулачка выходит из-под толкателя, давление на клапан прекращается, и он под действием пружин плотно закрывает отверстие канала (гнездо) в головке цилиндров. При обратном движении клапана 14 коромысло, штанга и толкатель перемещаются в первоначальное положение.

Чтобы изменение размеров при нагревании деталей механизма газораспределения не нарушало плотной посадки тарелки клапана в седло головки цилиндров, между торцом стержня клапана и бойком коромысла предусматривают регулируемый зазор. При холодном состоянии двигателя этот зазор для впускных и выпускных клапанов дизелей Д-242, Д-243 и Д-244 (без турбонаддува) составляет 0,25–0,30 мм; для дизелей с турбонаддувом Д-245, Д-260.1 зазор для впускных клапанов составляет 0,25–0,30 мм и для выпускных клапанов – 0,45–0,50 мм. Для сертифицированных по экологическим нормам дизелей Д-262.2S2 для выпускных клапанов – 0,55–0,60 мм и для Д-262 S2 и Д-263 S2: выпускных клапанов – 0,65–0,70 мм.

В течение одного рабочего цикла четырехтактного двигателя происходит одно открытие впускного и выпускного клапанов. Для этого за цикл распределительный вал должен сделать один оборот, а коленчатый вал – два оборота. Поэтому у привода распределительного вала передаточное отношение 2 : 1.

Чтобы выполнялась наибольшая работа в заданном объеме цилиндра, последний должен максимально заполняться горючей смесью или воздухом. Увеличение продолжительности открытия впускного клапана способствует лучшему наполнению цилиндра двигателя. В связи с этим в автотракторных двигателях впускной клапан открывается на 10–25° раньше (по углу поворота коленчатого вала), чем поршень достигает ВМТ, а закрывается на 40–70° позже прихода поршня в НМТ.

Увеличение периода открытия выпускного клапана обеспечивает лучшую очистку цилиндра от отработавших газов и, следовательно, лучшее наполнение его воздухом или горючей смесью. Выпускной клапан открывается за 50–60° до прихода поршня в НМТ.

Диаграмма фаз газораспределения – это круговая диаграмма, на которой показаны периоды между моментами (фазами) открытия

54

или закрытия клапанов (или окон в двухтактных двигателях), выраженные в градусах поворота коленчатого вала (рис. 2.13).

Рис. 2.13. Диаграмма фаз газораспределения дизелей Д-245, Д-260.1 и их модификаций:

1 – начало открытия впускного клапана; 2 – закрытие впускного клапана; 3 – открытие выпускного клапана; 4 – закрытие выпускного клапана

Периоды, указанные на диаграмме газораспределения, задают с учетом быстроходности двигателя: чем выше номинальная частота вращения коленчатого вала, тем они больше. Перекрытие клапанов – период, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Значение угла перекрытия для дизелей Д-245, Д-260.1 составляет 34°.

При перекрытии клапанов создаются хорошие условия для очистки цилиндров от отработавших газов, а утечка заряда с отработавшими газами незначительна вследствие небольшого промежутка времени перекрытия и малых проходных сечений в этот период.

Чтобы правильно установить периоды между моментами открытия и закрытия клапанов двигателя, необходимо при его сборке совместить специальные метки на шестерне коленчатого вала 6

55

(рис. 2.14) с метками на промежуточной шестерне 3 и шестерне распределительного вала 2.

Рис. 2.14. Схема установки шестерен газораспределительного механизма дизелей Д-243, Д-245, Д-260.1 и их модификаций:

1 – шестерня привода масляного насоса ГОРУ; 2 – шестерня распределительного вала; 3 – промежуточная шестерня;

4 – шестерня привода топливного насоса; 5 – ведущая шестерня привода масляного насоса; 6 – шестерня коленчатого вала

При верхнем расположении клапанов наибольшее распространение получили конструкции двигателей с двумя клапанами на цилиндр.

В современных двигателях с искровым зажиганием и в дизелях большой мощности чаще всего используются трех- и четырехклапанные механизмы, на некоторых двигателях находят применение пятиклапанные механизмы.

Различают следующие типы привода клапанов: привод через штангу и коромысло (рис. 2.12); привод через коромысло (Mazda626, ЗАЗ-1102); привод через коромысло и регулировочный эксцен-

трик (BMW-518, BMW-520); привод через рычаг (Mercedes-Benz-123, Suzuki); привод клапанов двумя коромыслами от одного кулачка распределительного вала (Ford, Москвич); привод через чашечный тол-

катель (Ford, Opel, Volkswagen, Audi, ВАЗ-2108-2110). Привод через два распределительных вала с гидравлическими толкателями применяется в современных двигателях с искровым зажиганием, имеющих многоклапанный механизм газораспределения.

Нижний (средний) распределительный вал 1 устанавливается в картере рядного двигателя (рис. 2.12) или в развале блока цилиндров V-образного двигателя. Привод нижнего распределительного

56

вала чаще всего осуществляется непосредственно от коленчатого вала с помощью набора косозубых шестерен. При большом расстоянии между центрами распределительного и коленчатого валов для привода используется цепная передача.

Верхние распределительные валы (один или два) размещаются на головке блока цилиндров и, как правило, приводятся цепью или зубчатым ремнем. К достоинствам цепной передачи следует отнести: возможность передачи вращения при больших межцентровых расстояниях коленчатых и распределительных валов; сравнительно невысокая шумность работы; простота конструкции. В современных конструкциях ДВС используются зубчатые и втулочно-роликовые двухрядные цепи.

В современных быстроходных ДВС широкое применение получили ременные передачи с помощью зубчатого ремня из синтетических материалов со стеклонитяным или проволочным кордом. Такой привод не требует смазки, имеет достаточную долговечность и устойчивость регулировок, низкий уровень шума и невысокую стоимость.

2.3. Система питания бензиновых двигателей

Система питания предназначена для очистки топлива и воздуха, приготовления из них горючей смеси определенного состава и подачи смеси или раздельно топлива и воздуха в необходимом количестве в цилиндры двигателя.

Взависимости от смесеобразования различают системы питания

свнутренним смесеобразованием (в дизелях) и внешним смесеобразованием (в бензиновых карбюраторных и инжекторных (с впрыскиванием бензина во впускной трубопровод или в каждый цилиндр), а также в газовых двигателях).

Системы впрыска бензиновых двигателей.

Такие системы основаны на впрыскивании бензина во впускной трубопровод, где происходит образование топливовоздушной смеси, или непосредственно в цилиндры двигателя (непосредственный впрыск). В таких системах бензин впрыскивается специальными форсунками (инжекторами), которыми управляет микро-ЭВМ. Эти более сложные системы требуют высококвалифицированного обслуживания при эксплуатации. Они имеют и ряд преимуществ: более равномерное распределение смеси по цилиндрам, меньшее со-

57

противление впуска топливной смеси, более точное дозирование воздуха и топлива в составе смеси и корректировка этого состава в зависимости от режима работы двигателя; меньшее содержание вредных примесей в отработавших газах.

Используют самые разнообразные конструкции систем впрыска: одноточечные с центральным впрыском, многоточечные с распределенным впрыском, непрерывным или прерывистым впрыском и с непосредственным впрыском. Автомобильные двигатели оборудуются двумя видами систем впрыска: во впускной трубопровод, непосредственный впрыск в цилиндры.

Электронная система многоточечного впрыска во впускной трубопровод является одной из первых систем электронного впрыска топлива (рис. 2.15). На торце распределительной магистрали 6 установлен регулятор 3, обеспечивая слив излишнего топлива в бак 2. Основу системы составляет электронный блок управления (ЭБУ) 15 (микропроцессор). Количество впрыскиваемого топлива определяется временем открытия электромагнитных форсунок 9, которое зависит от сигнала от ЭБУ. ЭБУ получает информацию от индукционного датчика (обороты двигателя), датчика температуры охлаждающей жидкости 12, кислородного датчика (лямбда-зонда), датчика расходомера воздуха 18, потенциометра дроссельной заслонки 14. Дозировка топлива определяется объемом впрыскиваемого воздуха, измеряемого расходомером 18. Электрический сигнал от датчика 18 передается на ЭБУ, который определяет необходимое количество топлива в данный момент работы двигателя и подает на электромагнитные клапаны форсунок 9 импульсы времени (длительности) подачи топлива. Топливо из магистрали 6 поступает к форсункам 9. Независимо от положения впускных клапанов форсунки впрыскивают топливо за один или два оборота коленчатого вала (за цикл, за два такта). При запуске холодного двигателя в цилиндры подается больше топлива и в этот момент по сигналу ЭБУ открывается клапан 22, подающий добавочный воздух, минуя дроссельную заслонку, что обеспечивает устойчивую работу двигателя во время прогрева.

Электронная система непосредственного впрыска бензина в цилиндры двигателя впервые была установлена на автомобилях Mitsubishi в 1997 г. В настоящее время системы непосредственного впрыс-

ка применяются в автомобилях Volkswagen, Peugeot – Citroen.

58