Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 5.5. Передаточные детали

ГРМ двигателя ЯМЗ-КАЗ-642:

а— штанга: /

—

верхний наконечник;

—

стержень; 3

—

нижний наконеч-

ник; б — коромысло в сборе: /

—

регу-

лировочный винт; 2— гайка; 3— коро-

мысло; втулка; в —толкатель:

1 —

наплавка; 2— направляющая часть

пользуя алюминиевый пру-

ток, обеспечивают посто-

янные тепловые зазоры в

клапанах, так как в двига-

телях автомобилей ГАЗ

блоки цилиндров и голов-

ки блока отлиты из алюми-

ниевых сплавов. Вставные

наконечники штанг терми-

чески обрабатывают.

Коромысло пере-

дает усилие от штанги к клапану. Оно представляет собой сталь-

ной неравноплечий рычаг, длинное плечо которого расположено

над клапаном, а короткое

—

над штангой. В отверстие короткого

плеча ввернут регулировочный винт 1 (рис. 5.5, б), фиксируемый

контргайкой. Коромысло выполняют неравноплечим для умень-

шения хода толкателя и штанги, а также для снижения сил инер-

ции. Поверхность конца коромысла, называемую бойком и сопри-

касающуюся со стержнем клапана, а также поверхность регулиро-

вочного винта, соприкасающуюся с наконечником штанги, тер-

мически обрабатывают и шлифуют для повышения их надежности

и износостойкости.

В карбюраторных двигателях коромысла обычно расположены

на общей полой оси, в концах которой запрессованы заглушки,

что позволяет подводить масло к бронзовым втулкам коромысел и

по сверлениям в плече к сферическим наконечникам регулиро-

вочных болтов.

Коромысла двигателя ЯМЗ-КАЗ-642 стальные штампованные.

Отношение большего плеча к меньшему составляет 1,55. Коро-

мысла впускного и выпускного клапанов установлены на общей

стойке и зафиксированы в осевом направлении пружинным фик-

сатором. Подшипниками коромысел служат бронзовые втулки.

Стойки коромысел зафиксированы двумя штифтами и закрепле-

ны на головке цилиндра двумя шпильками. Конструкции коромы-

сел, стоек и их крепление в автомобилях ГАЗ, ЗИЛ и КАЗ во мно-

гом похожи.

В автомобилях BA3-21213 привод к клапанам осуществляется

непосредственно от кулачков распределительного вала (при его

12 3 4

Т:

верхнем расположении) через одноплечие рычаги

—

рокеры. Од-

ним концом одноплечий рычаг опирается на стержень клапана,

другим

—

на сферическую головку регулировочного болта и удер-

живается на ней при помощи шпилечной пружины. Регулировоч-

ный болт ввернут во втулку и стопорится контргайкой.

Клапанная группа. Клапаны предназначены для открытия и зак-

рытия впускного и выпускного отверстий, расположенных в го-

ловке блока. Основные части клапана: головка и стержень. Плав-

ный переход от головки к стержню уменьшает сопротивление кла-

пана при обтекании его газами. Для плотного прилегания клапана

к седлу на головке клапана делают фаску под углом 45 или 30°,

которую шлифуют и притирают к фаске седла. Стержень клапана

имеет цилиндрическую форму. На конце его проточены цилинд-

рические канавки под замок пружины. Замок состоит из коничес-

ких сухариков, которые входят в проточку на стержне и прижима-

ются к конической поверхности тарелки клапана под действием

одной или двух пружин.

Стержень перемещается в направляющей втулке, обеспечиваю-

щей посадку клапана в седло без перекоса. У большинства двига-

телей втулки выполнены из спеченных материалов, обладающих

хорошими антифрикционными свойствами.

Для лучшего наполнения цилиндров свежим зарядом диаметр

головки впускного клапана больше диаметра выпускного. Напри-

мер, в двигателях автомобилей ГАЗ диаметр головки впускного

клапана 47 мм, а выпускного

—

36 мм. Поскольку клапаны работа-

ют в условиях высоких температур и подвергаются коррозионному

действию газов, их изготовляют из высококачественных сталей.

Для впускных клапанов используют хромистую сталь, а для вы-

пускных

—

жаростойкую, так как последние нагреваются до

800 °С.

Чтобы увеличить срок службы головки цилиндров и клапанов,

в головки цилиндров карбюраторных двигателей устанавливают

специальные вставки из жаропрочного чугуна.

В двигателе автомобиля КАЗ-4540 каждый цилиндр имеет один

впускной и один выпускной клапаны, конструктивное исполне-

ние которых одинаковое. Угол рабочей фаски клапанов 45°. Диа-

метр головки впускного клапана 51,5 мм, выпускного

—

46,5 мм,

высота подъема клапанов 12,5 мм. Югапаны перемещаются в на-

правляющих втулках, изготовленных из спеченных материалов.

Для предотвращения попадания масла в цилиндр через зазор стер-

жень

—

втулка на стержне впускного клапана устанавливают ман-

жету.

Пружины клапанов витые с различным направлением навивки.

На стержень каждого клапана устанавливают две пружины. Диа-

метр проволоки наружной пружины 4,5 мм, внутренней

—

3,5 мм.

Нижние концы пружин опираются через стальную шайбу на

головку блока, верхние

—

на головку клапана. Тарелка удержива-

ется стальной втулкой, которая соединена со стержнем клапана

разрезным коническим сухариком. Во время работы двигателя под

действием вибрации клапан проворачивается относительно седла.

На двигателе автомобиля ВАЗ оба клапана расположены в го-

ловке цилиндров наклонно в один ряд. Головка впускного клапа-

на выполнена большего диаметра для лучшего наполнения цилин-

дра, а на рабочую фаску выпускного клапана, работающего при

высоких температурах в агрессивной среде выпускных газов, на-

плавлен жаростойкий сплав. Пружин две. Верхняя опорная тарел-

ка пружин удерживается на стержне клапана двумя коническими

сухариками.

В двигателе автомобиля ЗИЛ-431410 клапаны также располо-

жены в головке блока цилиндров в один ряд наклонно к оси ци-

линдров. Угол рабочей фаски седла впускного клапана 30°, выпус-

кного

—

45°. Стержень выпускного клапана имеет полость, запол-

ненную натрием на 3/4 объема для лучшего отвода теплоты. Стер-

жни клапанов хромируют для повышения надежности клапанного

механизма.

Выпускные клапаны в двигателях автомобилей ГАЗ также за-

полняют металлическим натрием. Кроме того, в клапанном при-

воде двигателей ЗМЗ дополнительно устанавливают коническую

втулку для фиксации сухариков, благодаря чему уменьшается тре-

ние и клапан легче проворачивается при обратном ходе. После-

днее предотвращает образование нагара на головке и седле клапа-

на. Для этой же цели выпускные клапаны автомобиля ЗИЛ-431410

оснащены механизмом принудительного вращения. При частоте

вращения коленчатого вала около 3000 мин

-1

частота вращения

выпускного клапана достигает 30 мин

-1

5.3. ФАЗЫ ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ.

«ВРЕМЯ —СЕЧЕНИЕ» КЛАПАНА

Фазы газораспределения. При рассмотрении рабочих циклов

двигателей условно принято, что открытие и закрытие клапанов

происходит в момент нахождения поршня соответственно в в.м.т.

и н.м.т. В действительности клапаны открываются с опережением

и закрываются с запаздыванием относительно мертвых точек, что

необходимо для улучшения наполнения цилиндров свежим заря-

дом и лучшей очистки их от отработавших газов. Моменты откры-

тия и закрытия клапанов, выраженные в углах поворота коленча-

того вала, называют фазами газораспределения. Их изображают в

виде круговых диаграмм.

Рассмотрим общую диаграмму фаз газораспределения четырех-

тактного карбюраторного двигателя (см. рис. 3.4). Впускной кла-

пан открывается в точке А с опережением на угол а, т. е. до прихо-

да поршня в в.м.т. Вследствие этого в начале движения поршня к

н.м.т. впускной клапан уже достаточно открыт и наполнение ци-

линдра свежим зарядом улучшается. Закрывается впускной кла-

пан в точке Б с запаздыванием на угол 8, т.е. после прохождения

поршня через н.м.т. Все это время свежий заряд за счет большой

скорости движения (60...

120

м/с) по инерции заполняет цилиндр.

Выпускной клапан открывается в точке Гцо прихода поршня в

н.м.т., т. е. с опережением на угол у. При этом поршень движется

вниз, а отработавшие газы уже начинают выходить из цилиндра за

счет перепада давления в цилиндре и атмосфере. Закрывается вы-

пускной клапан в точке Д с запаздыванием на угол j3, т. е. после

в.м.т. В этом случае происходит отсос газов через выпускной тру-

бопровод.

Таким образом, в результате открытия выпускного клапана с

опережением и закрытия его с запаздыванием улучшается очистка

цилиндров от отработавших газов. Анализируя диаграмму, видим,

что в течение некоторого времени, за которое коленчатый вал по-

ворачивается на угол а + (3, открыты оба клапана: впускной и вы-

пускной. Этот период называют перекрытием клапанов.

Фазы газораспределения двигателей рассматриваемых в учеб-

нике автомобилей даны в таблице 5.1. Эти расчетные значения

фаз действительны при соответствующих зазорах между стержнем

клапана и бойком коромысла (см. рис. 5.1, а) или между рычагом

привода клапана и кулачком на холодном двигателе.

5.1. Фазы газораспределения двигателей, град

Фаза газораспределения

BA3-21213 3M3-53-11 ЗИЛ-508.10

ЯМЗ-КАЗ

Впускной клапан:

открытие до в.м.т. 12,5

закрытие после н.м.т.

83 46

фаза открытия 234,5

268 284

236

клапана

Выпускной клапан:

открытие до н.м.т.

67 '

закрытие после в.м.т. 10 18

фаза открытия 228

268

294

256

клапана

Перекрытие клапанов

23,5

«Время

—

сечение» клапана. Во время работы двигателя меняют-

ся как проходное сечение клапана, так и продолжительность его

открытия. «Время

—

сечение» характеризует пропускную способ-

ность клапанов.

Площадь проходного сечения, мм

, рассчитывают по формуле

F= nh

cos а + A

sin a cos

а)

cos а),

где Л

—высота подъема клапана, мм (рис. 5.6); —диаметр горловины впускно-

го и выпускного клапанов, мм; а

—

угол рабочей фаски седла клапана, град.

Рис. 5.6. Характерные размеры

клапанов

В дальнейших расчетах пренебрегаем величиной Л

sin a cos

ввиду ее малости.

При одинаковых высоте подъема и диаметре клапана проход-

ное сечение при а = 30° будет больше, чем при а = 45°. Поэтому,

например, у автомобилей ЗИЛ впускные клапаны имеют угол

фаски 30°.

Параметр «время

—

сечение» клапана определяет суммарный

объем газа, который пройдет через переменное проходное сече-

ние, так как А

меняется за время открытия клапана. Математи-

чески этот параметр представляет собой интеграл от проходного

сечения по времени:

Фз

\ /i/T

7t(^

cosa)(o

{ йк^/ф,

То Фо

где х

и т

, фо и фз

—

время и углы открытия и закрытия впускного клапана (см.

ФЗ

табл. 5.1); а)

—

угловая скорость кулачка; J /^аф

—

площадь под кривой переме-

ФО

щения клапана от угла поворота кулачка.

Чем больше диаметр клапана, а следовательно, и площадь

Ф, тем меньше скорость движения газов через клапан и со-

Фо

противление клапана проходу их, тем лучше очистка и наполне-

ние цилиндра.

У современных высокофорсированных карбюраторных двига-

телей средняя скорость потока в горловине впускного клапана со-

ставляет 70...120 м/с, а у дизелей

—

50...80 м/с.

5.4. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО ЗАЗОРА.

ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ

По мере разогрева двигателя в процессе его работы происходит

различное удлинение деталей привода и клапанной группы. В ре-

зультате может нарушиться плотная посадка клапана в седле, что

отрицательно повлияет на показатели двигателя и техническое со-

стояние клапана. Поэтому для нормальной работы двигателя меж-

ду деталями клапанной группы в холодном состоянии предусмат-

ривают тепловой зазор, значение которого зависит от температур-

ного режима работы двигателя, конструкции ГРМ и материалов

деталей привода и двигателя. В связи с этим для каждого конкрет-

ного двигателя тепловые зазоры устанавливают, исходя из опыт-

ных данных.

Тепловой зазор, мм, можно оценить соотношением

Дд

= (0,03...0,05) Ат,

где /^

—

максимальный подъем толкателя, мм.

Тепловые зазоры на холодном двигателе у автомобилей КАЗ,

ГАЗ и ЗИЛ между коромыслом и клапаном (впускным и выпус-

кным) должны быть в пределах 0,25...0,3 мм, а у автомобиля

BA3-21213 между кулачком и рычагом привода клапана

—

0,15 мм

(для впускных клапанов) и 0,2 мм (для выпускных).

Чтобы отрегулировать зазоры в клапанном механизме восьми-

цилиндрового V-образного двигателя автомобиля ЗИЛ-431410,

поршень первого цилиндра в конце такта сжатия нужно устано-

вить в в.м.т. При этом отверстие на шкиве коленчатого вала долж-

но находиться под меткой в.м.т. на датчике ограничителя макси-

мальной частоты вращения коленчатого вала.

В этом положении регулируют зазоры следующих клапанов:

впускного и выпускного у первого цилиндра; выпускного у чет-

вертого, второго и пятого цилиндров; впускного у третьего, седь-

мого и восьмого цилиндров. У остальных клапанов зазоры регули-

руют после поворота коленчатого вала на угол 360°.

Все регулировки выполняют на холодном двигателе с помощью

болта, расположенного в коротком плече коромысла (в автомоби-

лях КАЗ, ГАЗ, ЗИЛ).

Зазор между рычагами привода и кулачками распределительно-

го вала двигателя автомобиля BA3-21213 регулируют следующим

образом. Сначала на холодном двигателе регулируют натяжение

цепи. После регулировки цепи зазор должен составлять

0,14...0,17 мм.

Далее регулируют зазор выпускного клапана четвертого цилин-

дра (восьмой кулачок) и впускного клапана третьего цилиндра

(шестой кулачок), для чего выполняют следующее:

поворачивают коленчатый вал по ходу часовой стрелки до со-

впадения метки на звездочке распределительного вала с меткой на

корпусе подшипников, что будет соответствовать концу такта сжа-

тия в четвертом цилиндре;

ослабляют гайку регулировочного болта в коротком плече ко-

ромысла;

вставляют между рычагом и кулачком распределительного вала

плоский щуп А.95111 толщиной 0,15 мм и гаечным ключом за-

вертывают или отвертывают болт с последующим затягиванием

контргайки; при затянутой контргайке щуп будет входить с лег-

ким защемлением.

Затем последовательно поворачивают коленчатый вал на угол

180° и регулируют зазоры других клапанов, соблюдая очередность,

указанную в таблице 5.2.

5.2. Последовательность регулировки зазоров в клапанном механизме

Угол поворота коленчатого

вала, град

180

360

540

Номер цилиндра, в котором

завершается такт сжатия

Номер регулируемых клапанов

(кулачков)

8 И 6

4 и 7

1 иЗ

5 и 2

При работе двигателей автомобилей ГАЗ вследствие неравно-

мерной температуры различных деталей зазор может несколько

увеличиться по сравнению с установленным. Поэтому на некото-

рых режимах работы двигателя иногда прослушивается стук кла-

панов, который со временем может то пропадать, то возникать

вновь. Такой маловыделяющийся стук Не опасен, и уменьшать за-

зор между клапаном и коромыслом в этом случае не следует. Если

же на прогретом двигателе стук клапана слышен непрерывно (это

чаще наблюдается у клапанов, расположенных по краям головок),

то у этих клапанов разрешается уменьшить зазор так, чтобы на хо-

лодном двигателе он был в пределе 0,15...0,2 мм.

Наиболее заметный внешний признак неисправности ГРМ

—

стук в зоне расположения клапанов, распределительных зубчатых

колес и распределительного вала.

Длительная работа двигателя с неправильными зазорами может

привести к обгоранию клапанов, преждевременному износу дета-

лей клапанной группы, коромысел, опорных поверхностей толка-

телей и кулачков распределительного вала, а также к осевому пе-

ремещению этого вала.

Тепловые зазоры в клапанах изменяются вследствие их нагре-

ва, изнашивания и нарушения регулировок. Когда зазор увеличен,

клапаны открываются не полностью, в результате чего ухудшают-

ся наполнение цилиндров свежим зарядом и очистка их от про-

дуктов сгорания, а также повышаются ударные нагрузки на детали

клапанного механизма.

При недостаточном зазоре клапаны неплотно садятся в седла

(полностью не закрываются), вследствие чего происходят утечка

газов, образование нагара с обгоранием рабочих поверхностей

седла и клапана. В процессе сжатия из-за неплотной посадки кла-

панов рабочая смесь может попадать в выпускной газопровод, а в

процессе расширения газы, имеющие высокую температуру, могут

прорываться во впускной газопровод, вследствие чего в газопро-

водах возможны хлопки или вспышки. Это является признаком

неплотной посадки клапанов.

Причиной нарушения плотности посадки клапанов кроме из-

менения тепловых зазоров могут быть зависание стержней клапа-

нов в направляющих втулках, нагар или повреждения на фасках

клапанов и седлах гнезд, потеря упругости или поломка клапан-

ных пружин. При полном разрушении клапанных пружин у двига-

телей с верхними подвесными клапанами (все рассматриваемые

здесь двигатели имеют именно такой клапанный механизм) про-

исходит рассоединение клапана с пружиной («рассухаривание»),

после чего клапан падает в цилиндр.

В результате всех неисправностей уменьшается мощность дви-

гателя, увеличивается расход топлива, нарушаются фазы газорасп-

ределения.

Контрольные

вопросы и задания

1. Назовите основные типы механизмов газораспределения и выполните срав-

нительный их анализ. 2. Каковы правила сборки блока распределительных шесте-

рен? 3. Из каких элементов состоят приводы газораспределительных механизмов?

4. Из каких деталей состоит клапанная группа? 5. Для чего и чем обеспечивается

поворот клапанов при работе двигателя? 6. Что такое фазы газораспределения и от

чего они зависят? 7. Для чего необходим тепловой зазор в клапанном механизме и

как его регулируют? 8. Что происходит при увеличенном и уменьшенном тепло-

вом зазоре? 9. Что характеризует параметр «время

—

сечение»? 10. Перечислите

основные неисправности механизма газораспределения и назовите способы их ус-

транения. 11. Как влияют регулировки механизма газораспределения, его техни-

ческое состояние и условия эксплуатации на эффективные показатели двигателя?

Глава 6

СИСТЕМА ПИТАНИЯ

6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Назначение системы питания: очистка воздуха и топлива, приго-

товление из них горючей смеси определенного состава, подача ее

(или раздельно воздуха и топлива) в камеру сгорания, а также от-

вод из цилиндров отработавших газов. В соответствии с этим в си-

стеме питания можно выделить следующие составляющие: систе-

ма подготовки воздуха, топливная система, система глушения от-

работавших газов.

Исходя из этого назначения, система питания должна обес-

печить: дозирование топлива (подачу нужного количества), ка-

чественное приготовление смеси, своевременную подачу топ-

лива или смеси. Мощность, экономичность двигателя и токсич-

ность отработавших газов зависят от полного и быстрого сгора-

ния топлива. Во многом это определяется работой системы пи-

тания.

Состав смеси. Для полного сгорания

кг топлива необходимо

около 15 кг воздуха (точнее, 14,4 кг для бензина и 14,8 кг для ди-

зельного топлива), а для

г топлива

—

15 г воздуха (обозначим /

В цилиндр двигателя за один цикл при полной нагрузке (в зависи-

мости от объема цилиндра и режима работы) подается 40...80 мг

топлива. Это количество называют цикловой подачей топлива q

Следовательно, для сгорания цикловой подачи требуется воздуха

Яъ

15(40...80) мг. Эту величину называют цикловой подачей

воздуха.

Состав смеси оценивают по коэффициенту избытка воздуха а,

представляющему собой отношение количества воздуха

, по-

ступившего в цилиндр, к теоретически необходимому количеству

воздуха

B т

^в.т-

Теоретически необходимое количество воздуха —это количе-

ство воздуха, необходимое для полного сгорания поступившего в

цилиндр топлива.

Предыдущее уравнение можно записать в следующем виде:

а = G

J(G

Lo) = Wtei'o),

где

—

часовой расход топлива, кг/ч; L

—

теоретически необходимое количе-

ство воздуха для сгорания соответственно

кг и

г топлива.

По составу смесь бывает нормальная (а = 1), бедная (а

1), бога-

тая (ос< 1), обедненная (а= 1,1...1,15) и обогащенная (а = 0,8...0,9).

В бензиновых двигателях при а < 0,4 и а > 1,6 смесь не воспламе-

няется. Дизели работают на бедных смесях (а = 1,4...2).

Обычно выделяют пять режимов работы двигателя: основной,

перегрузки, холостого хода, пуск, ускорение (при разгоне и обго-

не). На каждом из этих режимов работы двигателю требуются кон-

кретная мощность и смесь разного состава. Изменяя количество

топлива при неизменной подаче воздуха (в дизелях) или соотно-

шение количеств топлива и воздуха (в бензиновых с впрыскивани-

ем топлива и карбюраторных), можно получать разный состав

смеси —это качественное регулирование. Изменение количества

смеси одного состава (в бензиновых и карбюраторных) называют

количественным регулированием.

Дозирование топлива. Мощность двигателя зависит от количе-

ства топлива (цикловой подачи), сгораемого в цилиндрах в рабо-

чем цикле, и частоты вращения коленчатого вала. Так как для вы-

полнения каждого вида работы автомобиля требуется различная

мощность двигателя, то возникает необходимость изменения цик-

ловой подачи. Каждому режиму нагрузки должна соответствовать

точная цикловая подача топлива. Это означает, что в системе пита-

ния должно быть предусмотрено регулирование подачи в процессе

работы машины.

Необходимо также обеспечить равномерность подачи топлива

по цилиндрам. В бензиновых двигателях топливо подается в ци-

линдр в процессе впуска, а в дизелях впрыскивается форсункой в

самом конце процесса сжатия. От момента начала впрыскивания

топлива зависят показатели дизеля, так же как от момента зажига-

ния смеси

—

показатели бензинового двигателя.

уЧ*,кВт

п=4500мин'

4000^

///////zjgf////

п= 1500мин'

#опт/

град

Рис. 6.1. Зависимость мощности двигателя от угла опережения зажигания:

—

зона детонации; 2—граница возникновения детонации; 3

—

закон изменения оптималь-

ных углов опережения зажигания; 4— границы диапазона изменения углов опережения зажи-

гания при снижении мощности на