Содержание отчета
1. Тема работы
2. Цель работы
3. Оборудование и инструмент
4. Теоретическое обоснование
5. Сравнительный анализ конструктивных особенностей КШМ различных моделей двигателя (по указанию преподавателя)
6. Заключение по результатам проделанной работы.
Контрольные вопросы
1. По каким признакам классифицируют автомобильные двигателя?
2. Как осуществляется рабочий цикл в четырехтактном двигателе?
3. Что называется степенью сжатия, рабочим и полным объемом цилиндра?
4. Для чего служит кривошипно - шатунный механизм?
5. Какие кинематические схемы этого механизма применяют в двигателях?
6. Перечислите подвижные и неподвижные детали кривошипно – шатунного механизма.
7. Перечислите основные части поршня и объясните их устройство.
8. Назначение поршневых колец и способы их установки на поршень.
9. Объясните необходимость установки в двигателях «мокрых» гильз цилиндров.
10. Как устроены шатуны и коленчатый вал.
11. Для чего служит маховик и как он крепиться на коленчатом валу?
Лабораторная работа № 3 Назначение, устройство и работа газораспределительного механизма
Цель работы:
Изучить назначение и основные типы газораспределительного механизма. Рассмотреть принцип работы ГРМ. Ознакомиться с деталями ГРМ
Оборудование рабочего места
1. Двигатель ВАЗ(2106-70, 2108); ЗИЛ 130; ЗМЗ 24Д; УМЗ- 414.10
2. Набор инструментов слесаря – автомеханика
3. Инструкционные карты по разборке ГРМ двигателя
План работы
Ознакомиться с методическими указаниями, техническими условиями и требованиями по технике безопасности
Подготовить рабочее место
Изучить общее устройство ГРМ и подготовить к работе слесарный инструмент
Произвести внешний осмотр двигателя
Произвести разборку газораспределительного механизма двигателя
Ознакомиться с устройством деталей ГРМ
Произвести сборку ГРМ в обратной последовательности разборки
Составить отчет
Краткие сведения
ГРМ служит для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси (карбюраторные двигатели) или очищенного воздуха (дизели) и выпуска отработавших газов. На поршневых, четырехтактных карбюраторных двигателях впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов осуществляется клапанным механизмом, которые могут иметь нижнее или верхнее расположение.
При нижнем расположении клапанов (в блоке цилиндров) усилие от кулачка 10 (рисунок 1 а) распределительного вала передается толкателю 9, а затем через регулировочный болт 7 с контргайкой 8 клапану 2, головка которого отходит от седла 1.
При работе газораспределительного механизма стержень клапана движется возвратно-поступательно в направляющей втулке 3. На нижнем конце втулки свободно устанавливается пружина 4, верхний торец которой упирается в блок, а нижний – в тарелку 6, закрепленную на конце стержня клапана сухариками 5. Закрытие клапана происходит под действием пружины по мере того, как выступ кулачка 1 выходит из под толкателя.
Современные двигатели обычно имеют ГРМ с верхним расположением клапанов, т.к. в этом случае камера сгорания получается компактной, улучшается наполнение цилиндров, упрощается регулировка клапанов и значительно уменьшаются потери тепла с охлаждающей жидкостью.
а) с нижним расположением клапанов б) с верхним расположением клапанов
Рисунок 1 - Схемы газо-распределительных механизмов
Штанга через регулировочный винт 7 (рисунок 1) воздействует на короткое плечо коромысла 17, которое, поворачиваясь на оси 18, нажимает своим носком на стержень клапана 2, при этом пружина 4, сжимается, а клапан перемещается вниз и отходит от седла 1, обеспечивая в зависимости от назначения клапана впуск горючей смеси или выпуск отработавших газов.
После того, как выступ кулачка 10, выйдет из-под толкателя 9, клапанный механизм возвращается в исходное положение под действием пружины 4. При работе клапанного механизма положение направляющей втулки 3, запрессованной в головку цилиндров 15 фиксируется стопорным кольцом 16, а регулировочный винт 7 – контрольной гайкой 8. Верхний конец стержня клапана закреплен сухариками 14, установленными в тарелке 12 при помощи конусной втулки 13.
Распределительные валы при верхнем расположении клапанов могут быть установлены в блоке цилиндров - нижнее расположение (двигатели автомобилей ЗИЛ 130, КамАЗ 740 и т.д.) или в головке блока – верхнее расположение (однорядные двигатели автомобилей семейств ВАЗ и «Москвич» и т.д.).
а) ВАЗ – 2105 б) Москвич – 2141 в) ВАЗ - 2108
Рисунок 2 - Газораспределительные механизмы двигателей с верхним расположением распределительных валов
При верхнем расположении распределительного вала (рисунок 2) отсутствует толкатели. Таким образом, инерционные силы клапанного механизма уменьшаются и это дает возможность увеличить частоту вращения коленчатого вала и уменьшить уровень шума при работе двигателя.
В двигателях автомобилей семейства ВАЗ (с приводом на задние колеса) (рисунок2, а) распределительный вал расположен в отдельном картере на головке 2 блока цилиндров и вращается в подшипниках скольжения. Привод к клапанам 1, размещенным в один ряд, осуществляется непосредственно от кулачков распределительного вала через одноплечие рычаги (рокеры) 3. Одним концом одноплечий рычаг опирается на стержень клапана, другим – на сферическую головку болта 5 и удерживается на ней при помощи шпилечной пружины 7. В двигателях автомобилей семейства «Москвич» (рисунок 2, б) клапаны 1 расположены в два ряда и приводятся в действие коромыслами 9 от кулачка распределительного вала 4. Для регулировки теплового зазора в клапанах служит регулировочный болт 5 с контрольной гайкой 6, который связан со сферическим наконечником 8.
В двигателях переднеприводных автомобилей ВАЗ-2108, 2109, верхний распределительный вал установлен в отдельном корпусе 10 (рисунок 2 в), расположенном на головке цилиндров 2, в которую запрессованы чугунные седла 14 и направляющие втулки 13 клапанов 1. Верхняя часть втулок уплотняется металлорезиновыми, маслоотражательными колпачками 12. Клапан 1 приводятся в действие непосредственно кулачком 4 через цилиндрические толкатели 15 без промежуточных рычагов. В гнездах толкателей находятся шайба 11 для регулировки зазора h в клапанном механизме.
Рисунок 3 - ГРМ V – образного двигателя
На v-образных восьмицилиндровых двигателях применяют верхнее расположение клапанов (рисунок 3). Нижний распределительный вал таких двигателей, установленный в развале блока цилиндров, является общим для клапанов правого и левого рядов цилиндров.
Открытие клапанов 9 (впускного и выпускного), перемещающихся в направляющих втулках 10, происходит под действием усилия, передаваемого от кулачков 6 и 7 через толкатели 19 штанги 18 и коромысла 14, установленные на осях 13. Закрытие клапанов осуществляется под действием пружин 12, нижние концы которых упираются в шайбу 11. При наличии у выпускных клапанов механизма вращения их пружины устанавливаются на опорные шайбы 17 этих механизмов. Верхними концами пружины обоих клапанов упираются в тарелки 20.
За два оборота коленчатого вала впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра открываются один раз, а распределительный вал за этот период делает один оборот. Следовательно, распределительный вал вращается в 2 раза медленнее коленчатого вала. Поэтому зубчатое колесо 1 распределительного вала имеет в 2 раза больше зубьев, чем ведущая шестерня коленчатого вала.
Распределительный вал изготавливают из стали или специального чугуна и подвергают термической обработке. Профиль его кулачков как впускных 6 (рисунок 3), так и выпускных 7 у большинства двигателей делают одинаковым.
Одноименные кулачки располагаются в четырехцилиндровом двигателе под углом 90°, в шести под углом 60°, а в восьми 45°. Взаимодействие сферической поверхности торца толкателей 19 с конической поверхностью кулачков обеспечивает их поворот в процессе работы. Начиная с передней опорной шейки 4, диаметр шеек уменьшается, что облегчает установку распределительного вала, в картере двигателя. Число опорных шеек обычно равно числу коренных подшипников коленчатого вала. Между зубчатым колесом 1 распределительного вала и его передней опорной шейкой установлено распорное кольцо 3 и упорный фланец 2, крепящийся болтами к блоку и удерживающий вал от продольного перемещения.
а) ЯМЗ б) КамаЗ
Рисунок 4 – Детали ГРМ с нижним расположением распределительного вала
Толкатели предназначены для передачи усилия от распределительного вала через штанг к коромыслам. Изготавливают их из стали или чугуна. В дизелях ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 применяют рычажно-роликовые толкатели качающегося типа (рисунок 4, а), установленные на оси 1 над распределительным валом. Ролик 2 толкателя 3 опирается на кулачок распределительного вала. Ось ролика вращается на игольчатых подшипниках, поэтому при перекатывании ролика по кулачку трения скольжения заменяется трением качения, сверху на толкатель опирается штанга 4. Внутренняя полость толкателя имеет сферическую поверхность, отверстие 9 необходимо для слива масла. Торцовую поверхность 8 наплавляют износостойким чугуном.
Для передачи усилий от толкателей к коромыслам служит штанги. Их изготавливают из стального прутка. На концах штанг напрессовывают стальные сферические наконечники 11, которыми они с одной стороны упираются в сферические поверхности регулировочных винтов 5 (рисунок 4, а), в ввернутых в коромысла 6, а с другой – в толкатели 7.
Для передачи усилия от штанги к клапану служит коромысло, представляющее собой неравноплечий рычаг, изготовленный из стали или чугуна. Плечо, а коромысла примерно в 1,5 раза больше плеча б наличие длинного плеча коромысла не только уменьшает ход толкателя и штанги, но и снижает силы инерции, что повышает долговечность деталей.
Коромысла могут быть расположены на общей, полой оси 13 (рисунок 3), в конце которой запрессованы заглушки, что позволяет подводить масло к бронзовым втулкам коромысел и к сферическим наконечникам регулировочных болтов 15 оси 13 в сборе с коромыслами устанавливают на каждой головке цилиндра с помощью стоек 16.
Клапан состоит из плоской головки и стержня, соединенных между собой плавным переходом. Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают больше, чем выпускного. Их изготавливают из высококачественных сталей. Впускные клапаны делают из хромистой стали, выпускные из жаростойкой, так как они соприкасаются с горячими отработавшими газами и нагреваются до t°С 600-800°С. Высокая температура нагрева клапанов вызывает необходимость установки в головке цилиндров специальных вставок из жаропрочного чугуна, называемые седлами. Для плотного прилегания головок клапанов к седлам их рабочие поверхности делают коническими в виде тщательного обработанных фасок под углом 450 или 300. Стержни клапанов имеют цилиндрическую форму. Они перемещаются в чугунных или металлокерамических втулках, запрессованных в головку блока. На конце стержня проточены цилиндрические канавки под выступы конических сухариков, которые прижимаются к конической поверхности тарелки под действием пружины.
Чтобы обеспечить плотное прилегание головки клапана к седлу, необходим определенный тепловой зазор между стержнем клапана и носком (винтом) коромысла или болтом толкателя. Тепловые зазоры в клапанах изменяются вследствие их нагрева, изнашивания и нарушений регулировок.
Под фазами ГРМ понимают моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженные в градусах угла поворота коленчатого вала. Фазы газораспределения изображаются круговыми диаграммами, их подбирают экспериментальным путем в зависимости от частоты вращения коленчатого вала при максимальной мощности двигателя и конструкции его впускных и выпускных коллекторов.
При рассмотрении рабочих процессов в двигателях в первом приближении было принято, что открытие и закрытие клапанов происходит в мертвых точках. Однако в действительности открытие и закрытие клапанов не совпадает с положением поршней в мертвых точках. Это связано с тем, что время, приходящиеся на такты впуска и выпуска, очень мало и при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя оно составляет тысячные доли секунды. Поэтому если открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов будут происходить точно в мертвых точках, то наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их продуктов сгорания будут недостаточными. В связи с этим моменты открытия и закрытия клапанов происходят (в четырехтактных двигателей) с определенным опережением относительно положения поршней в в.м.т. и н.м.т.
Углы опережения и запаздывания, а следовательно и время открытия клапанов делают тем больше, чем выше частота вращения коленчатого вала, при которой развивается максимальная мощность двигателя.