Урок 5. Кривошипно-шатунний та газорозподільний механізми. Усування дрібних несправностей

Рис. 2.5. Поршневі кільця:

а — зовнішній вигляд; б — розташування кілець на поршні двигуна автомобіля ЗИЛ-ІЗО; в — складане оливознімне кільце; 1,2 — відповідно компресійне й оливо- знімне кільця; 3 — плоскі сталеві диски; 4 — осьовий розширник; 5 — радіальний розширник

         Поршневі пальці виготовляють з вуглецевих цементованих та азотованих сталей, а також із високовуглецевих сталей, які піддають­ся індукційному гартуванню струмами високої частоти. В окремих випадках для підвищення міцності пальця його піддають термохіміч­ній обробці й полірують зовнішню поверхню. Двостороння цементація підвищує міцність пальця на 15...20 %, а двостороннє азотуван­ня - на 35...45 %.

         Для обмеження осьового зміщення пальця в поршні використо­вують різні способи. Наприклад, застосовують пальці плаваючого типу. Такий палець не закріплюють ні в бобишках поршня, ні у верх­ній головці шатуна. Від осьових переміщень його утримують стопор­ні пружинні кільця, встановлені в канавках, які проточено в отворах Ообишок поршня. Плаваючий палець може повертатися в бобишках, завдяки чому він спрацьовується рівномірніше.

         Шатун (рис. 4), що передає зусилля від поршня на колінчастий вал, має двотавровий переріз, виготовляється з легованої або вугле­цевої сталі штампуванням і складається з верхньої головки, стержня та нижньої головки.

У верхню головку шатуна запресовується бронзова втулка під поршневий палець. Для підведення мастила до тертьових поверхонь у головці та втулці зроблено отвори.

         Нижня головка шатуна рознімна (площина розняття перпендику­лярна до осі шатуна). В ній є отвір для викидання оливи на стінку циліндра та кулачки розподільного вала. До нижньої головки двома болтами кріпиться кришка.

         За шатунні підшипники правлять тонкостінні сталеалюмінієві вкладиші. Від зміщення вони втримуються виступами, які входять у під повідні пази на шатуні й кришці.

         Для правильного складання шатунно-поршневої групи є познач­ки: на стержнях шатунів — каталожний номер шатуна, а на кришці виступ, які мають бути повернуті в один бік для першого—четвер- юго шатунів — назад, а для п'ятого—восьмого — вперед.

Затягувати гайки болтів шатуна слід за допомогою динамоме­тричного ключа. Момент затягування — 68...75 Нм.

         Колінчастий вал, що сприймає зусилля від шатунів і передає його на маховик, відпивається з магнієвого чавуну й складається з таких елементів (рис. 5): носка 5, корінних шийок 7, шатунних шийок 10, щік з противагами 9 та фланця 12 для кріплення маховика.

         Корінні й шатунні шийки вала загартовуються струмами високої частоти. В щоках вала просвердлено канали для підведення оливи від корінних підшипників до оливних порожнин у шатунних шийках. Оливні порожнини правлять за додаткові грязевловлювачі (ловуш- кп). Грязьові частинки відцентровою силою відкидаються до пери­ферії порожнин, а чиста олива крізь отвори подається в шатунні під­шипники.

     На носку колінчастого вала кріпляться храповик 1 пускової руко­ятки, шестірня 4 привода механізму газорозподілу та шків 2привода иоіггилятора й водяного насоса. Корінними підшипниками колін­частого вала є сталеві тонкостінні вкладиші, за конструкцією анало- и'їні шатунним. Момент затягування болтів кришок корінних підшипників — 100...110 Н-м.

Механізм газорозподілу. Призначення та класифікація механізмів газорозподілу.

Будова та принцип дії механізмів газорозподілу.

         Механізм газорозподілу складається з таких основних деталей: розподільного вала; його привода; штовхачів; штанги; ко­ромисла; впускних і випускних клапанів.

         Залежно від розташування клапанів і розподільного вала можна виділити три типи механізмів газорозподілу:

        з нижнім розташуванням вала й клапанів, коли остан­ні встановлюються в блоці циліндрів (двигуни ГАЗ-51, ГАЗ-52-04, І АЗ-69, ЗИЛ-157, ЗИЛ-164 та ін.);

           з нижнім розташуванням вала й верхнім — клапанів;

     з верхнім розташуванням вала й клапанів (рис. 2.12), коли остан­ні встановлюються в головці блока циліндрів (двигуни ЗИЛ-130, КамАЗ-5320, ГАЗ-4210, ВАЗ-2108 та ін.

         У разі нижнього розташування клапанів зусилля від кулачка розподільного вала передається штовхачу, а потім через регулювальний болт з контргайкою — клапану, головка якого відходить від сідла. Під час роботи механізму газороз­поділу стержень клапана переміщується, здійснюючи зворотно-поступальні рухи в напрямній втулці. На нижньому ходу втулки вільно встановлюється пружина, верхній торець якої впирається в картер, а нижній — у тарілку, закріплену на конусі стержня клапана сухариками. Закриваються клапани під дією пружини в міру то­го, як виступ кулачка виходить з-під штовхача.

         У рядних двигунах із верхнім розташуванням клапа­нів зусилля від кулачка  розподільного вала пере­дасться штовхачу, а від нього — штанзі. Остання через регулю­вальний гвинт діє на коротке плече коромисла, яке, повертаю­чись на осі, натискує своїм носом на стержень клапана. Внаслідок цього пружина стискається, а клапан переміщується від сідла, що залежно від призначення клапана забезпечує впускання пальної суміші або випускання відпрацьованих газів. Після того як виступ кулачка вийде з-під штовхача, клапанний механізм по­вертається в початкове положення під дією пружини. Під час робо­ти клапанного механізму положення напрямної втулки, запресова­ної в головку блока циліндрів, фіксується стопорним кільцем, а положення регулювального гвинта — контргайкою. Верхній кі­нець стержня клапана закріплено сухариками, установленими в тарілці за допомогою втулки.

         У механізмі газорозподілу з верхнім розташуванням розподільного вала немає штовхачів і штанг, завдяки чому зменшуються маса й інерційні сили клапанного меха­нізму, що дає змогу збільшити частоту обертання колінчастого вала й знизити рівень шуму під час роботи двигуна.

         У двигунах автомобілів сім'ї ВАЗ із приводом на задні колеса (рис. 1, а) розподільний вал розташований в окремому картері на головці 2 блока циліндрів і обертається в підшипниках ковзання. Привод до клапанів 7, розміщених в один ряд, здійснюється безпосе­редньо від кулачків 4 розподільного вала через одноплечі важелі (ро­кери) 3. Одним кінцем одноплечий важіль спирається на стержень клапана, іншим — на сферичну головку болта 5 і втримується на ній за допомогою шпилькової пружини 7.

         У двигунах передньоприводних автомобілів ВАЗ-2108 «Спутник», ВАЗ-2109 (рис. 1, в) верхній розподільний вал установлено в окре­мому корпусі 10, розташованому на головці блока циліндрів 2, в яку запресовано чавунні сідла 14 та напрямні втулки 13 клапанів 7. Верх­ня частина втулок ущільнюється металогумовими оливовідбивачами з ковпачками 72. Клапани 7 приводяться в дію безпосередньо кулач­ками 4 через циліндричні штовхачі 75 без проміжних важелів. У гніз­дах штовхачів розміщено шайби 77 для регулювання зазору Н у кла­панному механізмі.

          У V-подібних восьмициліндрових двигунах застосовують верхнє розташування клапанів (рис. 2). Нижній розподільний вал таких двигунів, установлений в розвалі блока, є спільним для клапанів пра­вого й лівого рядів циліндрів. Клапани 9 (впускний і випускний), що переміщуються в напрямних втулках 10, відкриваються під дією зу­силля, яке передається від кулачків 6, 7 через штовхачі 19, штанги 18 та коромисла 14, установлені на осях 13. Закриваються клапани під дією пружин 12, нижні кінці яких упираються в шайби 11. Якщо у випускних клапанів є механізм обертання, їхні пружини спираються на опорні шайби 17 цього механізму. Верхніми кінцями пружини обох клапанів упираються в тарілки 20. За два оберти колінчастого вала впускні й випускні клапани кожного циліндра відкриваються один раз, а розподільний вал здійснює один оберт. Отже, він обертається вдвоє повільніше, ніж колінчастий вал. Тому зубчасте колесо розподільного вала має вдвоє більше зуб'їв, ніж ведуча шестірня колінчастого вала.

Рис. 1 Механізми газорозподілу двигунів з верхнім розташуванням розподільного вала та клапанів автомобілів:

а - ВАЗ-2105, ВАЗ-2107 «Жигули»; б — «Москвич-2140»; в — ВАЗ-2108 «Спутник», ВАЗ-2109; 1 — клапани; 2 — головка блока циліндрів; 3 — важіль; 4 — кулачки розпо­дільного вала; 5 — болт; 6 — контргайка; 7 — шпилькова пружина; 8 — сферичний наконечник; 9— коромисла; 10— корпус; 11 — шайба; 12— ковпачки оливовідбивачів; 13 — напрямна втулка; 14 — чавунне сідло; 15 — штовхач

Рис. 2. Механізм газорозподілу V-подібного двигуна:

1       — зубчасте колесо; 2 — упорний фланець; 3 — розпірне кільце; 4 — опорна шийка; 5 — ексцентрик; 6, 7 — відповідно впускні й випускні кулачки; 8 — втулки опорних шийок; 9 — клапани; 10 — напрямні втулки; 11, 24 — шайби; 12, 21 — пружини; 13 — порожнисті осі; 14 — коромисла; 15 — болти; 16 — стояки; 17 — опорні шайби; 18 — штанги; 19 — штовхачі; 20 — тарілки; 22, 27 — валики; 23 — кільце; 25 — гайка; 26 — привод паливного насоса; 28 — шестірня; 29 — корпус привода розподільника запалювання й оливного насоса

         Розподільний вал (див. рис. 2) виготовляють із сталі або спеці­ального чавуну й піддають термічній обробці. Профіль кулачків вала, як впускних 6, так і випускних 7, у більшості двигунів однаковий. Однойменні (впускні та випускні) кулачки в чотирициліндровому двигуні розташовують під кутом 90°, у шестициліндровому — під ку­том 60°, а у восьмициліндровому — під кутом 45°. У процесі шліфу - илння кулачкам надають невеликої конусності. Взаємодія сферичної поверхні торця штовхачів 19 із конічною поверхнею кулачків забез­печує повертання їх під час роботи.

         На передньому кінці розподільного вала розміщено ексцентрик 5, що діє на штангу привода паливного насоса 26, а на задньому — шестірню 28, яка приводить в обертання зубчасте колесо валика 27, розташованого в корпусі 29 привода розподільника запалювання та оливного насоса.

         Між зубчастим колесом 1 розподільного вала та його передньою опорною шийкою встановлено розпірне кільце 3 й упорний фланець 2, що кріпиться болтами до блока й утримує вал від поздовжнього пе­реміщення. Оскільки товщина розпірного кільця 3 більша від товщи­ни упорного фланця 2, забезпечується осьовий зазор, нор­мальне значення якого становить 0,08...0,21 мм. В отворі переднього горця розподільного вала розташовано вузол привода відцентрового датчика регулятора часто­ти обертання колінчастого вала, що складається з валика 22, пружи­ни 21 та шайби 24, закріплених кільцем 23.

         Привод розподільного вала здійснюється за допомогою зубчастої, ланцюгової (рис. 3, а) або пасової (рис. 3, б) передач.

         У двигунах вантажних автомобілів застосовують переважно зуб­часті передачі. Ведучу шестірню 1 такої передачі (рис. 4) установ­лено на передньому кінці колінчастого вала, а проміжну 3 — на пе­редньому кінці розподільного вала й закріплено гайкою.

         Зубчасті колеса привода мають входити в зачеплення між собою при точно визначеному положенні колінчастого й розподільного ва­лів, що забезпечує правильність заданих фаз газорозподілу та поряд­ку роботи двигуна. Тому під час його складання зубчасті колеса вво­дяться в зачеплення за мітками на їхніх зуб'ях (на западині між зуб'я- ми колеса та на зубі шестірні). Щоб зменшити рівень шуму, зубчасті колеса виготовляють з косими зуб'ями і з різних матеріалів. На колінчастому валу встановлюють сталеву шестірню, а на розподіль­ному — чавунне колесо або текстолі­тове.

         У двигунах легкових автомобілів сімей «Москвич» і ВАЗ (із приводом на задні колеса) механізм газорозподілу приводиться в дію під колінчастого вала дворядним втулково-роликовим ланцюгом З (див. рис. 3), що з'єднує ведучу зірочку 2 колінчастого вала із зі­рочкою 6 розподільного вала та зірочкою 13 валика привода оливно- го насоса й переривника-розподільника запалювання. В разі різкої зміни частоти обертання колінчастого вала виникають коливання нітки ланцюга. Для гасіння їх слугує пластмасова колодка (заспо­коювач) 12. З протилежного боку колодки розміщується башмак 4 натяжного пристрою. Один кінець башмака закріплено на осі, а ін­ший — з'єднано з регулювальним механізмом 5, що притискає баш­мак до ланцюга. Останній натягають за допомогою гайки регулю­вального механізму.

       У механізмі газорозподілу з верхнім розташуванням клапанів і нижнім — розподільного вала клапани мають привод через переда­точні деталі (штовхачі, штанги й коромисла).

             Штовхані передають зусилля від розподільного вала через штанги до коромисел. Виготовляють їх із сталі або чавуну. Штовхачі (рис. 3) бувають важільно-роликовими й циліндричними.

             У дизелях ЯМЗ-236 та ЯМЗ-238 застосовують важільно-роликові хитні штовхачі З (рис. 4, а), встановлені на осі 1 над розподільним палом. Ролик 2 штовхача 3 спирається на кулачок розподільного ва­ла. Вісь ролика обертається на голчастих підшипниках, тому, коли ролик перекочується по кулачку, тертя ковзання замінюється тертям кочення. Зверху на штовхач спирається штанга 4.

          У двигунах ЗИЛ-130, ЗМЗ-53-11, КамАЗ-740 застосовують ци- піндричні штовхачі 7 (рис. 4, б), встановлені в спеціальних отво­рах — напрямних. У дизелі автомобіля КамАЗ-740 напрямні знімні. Внутрішня порожнина штовхача має сферичну поверхню 10 під штангу й отвір 9 для зливання оливи. Для підвищення працездат­ності сталевих штовхачів їхню торцеву поверхню 8 у місці стикання з кулачком направляють спеціальним зносостійким чавуном.

      Штанги передають зусилля від штовхачів до коромисел. їх ви­готовляють із сталевого прутка із загартованими кінцями (двигун автомобіля ЗИЛ-130) або з дюралюмінієвого стержня із сталевими сферичними наконечниками (двигуни ЗМЗ-53-11, ЗМЗ-24-04).

Рис. 3. Привод механізму газорозподілу двигунів з

верхнім розташуванням  розподіль­ного вала:

а — ланцюгом; б — зубчастим пасом; У — колінчастий вал; 2, 6 — відповідно ведуча й ведена зірочки; 3 — ланцюг; 4 — башмак натяжного пристрою; 5 — натяжний при­стрій; 7 — розподільний вал; 8 — важіль привода клапана; 9 — клапани;

10    — втулка регулювального болта; 11 — регулювальний болт; 12 — заспокоювач лан­цюга; 13 — зірочка привода оливного насоса й переривника-розподільника;

14, 17, 18 — зубчасті шківи; 15 — зубчастий пас; 16 — болт

Рис. 4. Деталі привода клапанів дизелів:

а — ЯМЗ; б — КамАЗ; 1 — вісь; 2 — ролик; З, 7 — штовхачі; 4 — штанга; 5 — регулю­вальні гвинти; 6 — коромисла; 8— торцева поверхня штовхача; 9— отвір для зливан­ня оливи; 10 — сферична поверхня штовхача; 11 — сферичні наконечники

         У дизелях ЯМЗ і КамАЗ штанги 4 (див. рис. 4, б) роблять із ста­левої трубки. На кінцях штанг напресовують сталеві сферичні на­конечники 11, якими вони з одного боку впираються у сферичні по- нерхні регулювальних гвинтів 5 (див. рис. 4, а), вкручених у коро­мисла 6, аз іншого — у штовхачі.

         Коромисло передає зусилля від штанги до клапана й становить не- рівноплечій важіль, виготовлений із сталі або чавуну. Плече коро­мисла з боку клапана приблизно в півтора раза довше, ніж із боку штанги штовхача. Це не тільки зменшує хід штовхача та штанги, а й знижує сили інерції, які виникають під час їхнього руху, що підви­щує довговічність деталей привода клапанів.

         Коромисло карбюраторних двигунів розташовано на спільній по­рожнистій осі 13, у кінці якої запресовано заглушки, що дає змогу підводити оливу до бронзових втулок коромисел і сфе­ричних наконечників регулювальних болтів 15. Осі 13 разом із коро­мислами встановлюють на кожній головці циліндра за допомогою стояків 16. На дизелях осі коромисел виконано як одне ціле із стоя­ками, й кожне коромисло коливається на своїй осі.

  Клапани відкривають і закривають впускні й випускні канали, що з'єднують циліндри з газопроводами системи живлення. Випускний клапан (рис. 5, а) складається з плоскої головки і стержня 1, з'єд­наних між собою плавним переходом. Для кращого наповнення ци­ліндрів пальною сумішшю діаметр головки впускного клапана роб­лять значно більшим, ніж діаметр випускного.

      Оскільки клапани працюють в умовах високих температур, їх ви­готовляють із високоякісних сталей (впускні — з хромистої, випуск­ні, які стикаються з гарячими відпрацьованими газами й нагрівають­ся до температури 600...800 °С, — із жаростійкої) і в головку циліндрів запресовують спеціальні вставки (сідла) 15 із жароміцного чавуну. Застосування вставних сідел підвищує термін служби голов­ки циліндрів і клапанів. Робоча поверхня головки клапана (фаска) має кут 45 або 30°. Фаску головки клапана старанно обробляють і притирають до сідла.

         Стержні 1 клапанів мають циліндричну форму. Вони переміщу- юься у втулках 2, виготовлених із чавуну або спечених матеріалів і за­пресованих у головку блока. На кінці стержня проточено циліндрич­ні канавки під виступи конічних сухариків 10, які притискаються до конічної поверхні тарілки 9 під дією пружини 8.      

Рис. 5. Випускний клапан двигуна автомобіля ЗИЛ-130 із механізмом обертання:

а — випускний клапан, установлений на головці циліндрів; б, в — відповідно початко­ве й кінцеве робочі положення механізму обертання клапана; 1 — стержень; 2— напрямна втулка; 3, 7 — замкові кільця; 4— корпус механізму примусового обер­тання; 5 — кульки; 6 — опорна шайба; 8 — пружина; 9 — тарілка; 10 — сухарики; — конічна дискова пружина; 12 — поворотні пружини; 13 — порожнина клапана; 14 — головка циліндра; 15 — сідла

         На впускних клапанах під опорні шайби у верхній частині на­прямних втулок (у двигунах ЗИЛ, КамАЗ, ЗМЗ) встановлюють гумо­ві манжети або ковпачки. Коли клапан відкривається, манжети щільно притискаються до його стержня й напрямної втулки, що за­побігає можливому витіканню (підсмоктуванню) оливи в циліндри крізь зазор між втулкою та стержнем клапана (під час такту впускан­ня).

         У двигунах ЗИЛ-130, 3М3-53-11 для кращого відведення теплоти від випускних клапанів застосовується натрієве охолодження. Для цього клапан роблять порожнистим і його порожнину 13 заповню­ють металічним натрієм (див. рис. 5, а). Натрій має високу тепло­провідність і плавиться за температури 98 °С. Під час роботи двигуна розплавлений натрій обмиває внутрішню порожнину клапана, при цьому теплота від його головки передається стержню й через на­прямну втулку та головку циліндрів відводиться до охолодної рідини.

         У клапанному приводі двигунів ЗМЗ, крім сухари­ків 16 і тарілки 14, є конічна втулка 75, що щільно обхоплює сухари­ки й стикається з тарілкою вузьким кільцевим пояском. Завдяки цьому зменшується тертя у з'єднанні й клапан може повертатися під дією зусилля, що передається через коромисло. Останнє сприяє зняттю нагару з головки та сідла клапана й запобігає обгорянню їх.

         Для цього ж випускні клапани У-подібних карбюраторних двигу­нів автомобілів ЗИЛ мають механізм примусового обертання. Він складається з корпусу 4 (див. рис. 5, а), розташованого в заглиб­ленні головки циліндра 14 на напрямній втулці 2, яку закріплено замковим кільцем 5, п'яти кульок 5, установлених разом із поворот­ними пружинами 12 у похилих пазах корпусу, опорної шайби 6 і ко­нічної дискової пружини 11. Шайбу й пружину вільно надіто на виступ корпусу й закріплено на ньому замковим кільцем 7.

         Коли клапан закритий і зусилля пружини 8невелике (рис. 5, б), дискова пружина 11 вигнута зовнішнім краєм угору, а внутрішнім — упирається в заплечники корпусу 4. При цьому кульки 5 у конічних пазах корпусу відтиснуті пружинами 12 у крайнє положення.

         Коли клапан починає відкриватися, зусилля пружини 8 зростає, внаслідок чого дискова пружина 11 (рис. 5, б, в) випрямляється й передає зусилля пружини 8 на кульки 5, які, перекочуючися в похи­лих пазах корпусу, повертають дискову пружину 11, опорну шайбу 6, клапанну пружину 8 і сам клапан відносно його початкового поло­ження.

         Під час закривання клапана зусилля клапанної пружини 8 змен­шується; при цьому дискова пружина 11 прогинається до свого по­чаткового положення й звільняє кульки 5, які під дією пружини 12 повертаються в початкове положення, підготовлюючи механізм обертання до нового циклу повертання клапана.

         У двигунах автомобілів ВАЗ (із приводом на задні колеса) тепло­вий зазор має становити 0,15 мм як для впускних клапанів, так і для випускних. Під час регулювання відпускають контргайку 6 (див. рис. 1) і, обертаючи регулювальний болт 5, установлюють зазор між важелем З та кулачком 4 на двигуні в холодному стані.

         У двигунів автомобілів сім'ї «Москвич» (із приводом на задні ко­леса) в разі верхнього розташування розподільного вала тепловий за­зор Н установлюють між наконечником 8 регулю­вального болта 5 і торцем стержня клапана 7.

      У непрогрітих двигунах ЗИЛ-130, ЯМЗ-238, ЗМЗ-53-11 зазор для впускних і випускних клапанів має становити 0,25...0,30 мм, у дизелях КамАЗ — 0,25...0,30 мм для впускних клапанів і 0,35...0,40 мм — для випускних. У цих двигунах для регулювання зазору в клапанах слугує регулювальний гвинт з контргайкою, вкручений у коромисло.

             Фази газорозподілу — це моменти початку відкривання та кінця закривання клапанів, виражені в градусах кута повороту колінчасто­го вала відносно мертвих точок. Фази газорозподілу добирають екс­периментально на заводі залежно від частоти обертання колінчасто­го вала при максимальній потужності двигуна та від конструкції його впускного й випускного газопроводів і зазначають у вигляді діаграм або таблиць.

         Коли робочі процеси у двигунах розглядалися в першому набли­женні, вважалося, що відкриття й закриття клапанів відбуваються в мертвих точках. Однак насправді моменти відкриття й закриття кла­панів не збігаються з моментами перебування поршнів у мертвих точках.   Це пояснюється тим, що час, який припадає на такти впус­кання й випускання, дуже малий. Тому, якщо впускні й випускні клапани відкриватимуться й за­криватимуться точно в мертвих точках, то наповнення циліндрів пальною сумішшю й очищення їх від продуктів згоряння будуть не­достатніми. Отже, в чотиритактних двигунах впускний клапан має відкриватися до досягнення поршнем ВМТ, а закриватися після про­ходження НМТ.