Тема: Розбирання, вивчення будови й роботи, складання газорозподільного механізму.
Мета заняття: Вивчити будову і принцип дії газорозподільного механізму; навчитись розбирати й складати газорозподільний механізм; ознайомитись з конструктивними особливостями будови його деталей.
Матеріальне забезпечення: Укомплектований двигун автомобіля ГАЗ-53 А або ЗІЛ-1ЗО із знятою головкою блока циліндрів і кришкою розподільних шестерень, який встановлений на стенді розбирання і складання; головка блока циліндрів, двигуна автомобіля ЗІЛ-1 ЗО із клапанним механізмом; комплект деталей газорозподільного механізму з верхнім розміщенням клапанів (розподільний вал з шестернею, впускні й випускні клапани, штовхані, штанги, пружини, шайби, сухарики, коромисла); плакати і схеми газорозподільного механізму з верхнім розміщенням клапанів і нижнім розміщенням розподільного вала; необхідна література.
Обладнання та інструменти: Гайкові ключі коловоротні 12, 14 і 17 мм; ключі гайкові двосторонні 12 і 14 мм; торцевий ключ 17 мм; пристрій для знімання пружин клапанів газорозподільної механізму; набір пласких щупів; молоток; оправка; солідол - 20-30 г; ганчірка (технічна серветка).
Вказівки до роботи: Під час розбирання й складання не прикладайте надмірних зусиль, щоб не попсувати деталей газорозподільного механізму. Будьте особливо обережними, користуючись пристроєм для стискання пружин клапанів. Знімаючи сухарики зі стержнів клапанів, надійно закріплюйте пристрій під пружину клапана, а сухарики видаляйте тільки викруткою.
Порядок виконання роботи
Завдання І. Вивчити теоретичну частину
Користуючись схемами, плакатами і відповідною літературою, вивчіть будову й роботу газорозподільного механізму.
Газорозподільний механізм, призначений для своєчасного впуску в циліндр паливної суміші (карбюраторні двигуни) або очищеного повітря (дизелі), випуску відпрацьованих газів і надійної ізоляції камери згорання від навколишнього середовища під час тактів стиску і робочого ходу. Механізм газорозподілу може мати верхнє розміщення клапанів (в головці циліндрів) з нижнім або верхнім розміщенням розподільного вала, або нижнє (в блоці циліндрів) розміщення клапанів із нижнім розміщенням розподільного вала. На всіх сучасних автомобільних двигунах, в тому числі ЗМЗ-53, ЗІЛ-130, ЗМЗ-24 і т.д. застосовують газорозподільні механізми з верхнім розміщенням клапанів (Мал.2.1,а), яке дозволяє мати компактну камеру згоряння, забезпечує краще наповнення й очищення циліндрів, допускає більш високу ступінь стиску, зменшує втрату тепла з охолодною рідиною, підвищує економічність двигуна і полегшує регулювання теплових зазорів. До цього механізму входять розподільний вал і його привод (шестерні або зірочки і ланцюг); передаточні деталі—штовхачі з напрямними втулками, штанги 1 коромисла; клапани, їх напрямні втулки й пружини з деталями кріплення.
При обертанні розподільного вала, зусилля від кулачка 10 (Мал.2.2) розподільного вала передається штовхану 9, а від нього штанзі 19. Штанга через регулювальний гвинт 7 діє на коротке плече коромисла 17, яке повертаючись на осі 18, натискає своїм носиком довгого плеча на стержень клапана 2. При цьому пружина 4 стискається, а клапан перемішується вниз, відводячи від сідла 1, забезпечуючи в залежності від призначення клапана впуск пальної суміші або випуск відпрацьованих газів.
Розподільний вал передає рух від колінчастого вала через кулачки клапанам; відкриваючи й закриваючи їх. Розподільний вал 22 (Мал.2.1,а) разом з кулачками 6, 7 штампують із вуглецевої сталі 45 (двигуни автомобілів ГАЗ-24 "Волга", ЗІЛ-130, ГАЗ-53А, ГАЗ-53-12, МАЗ-5335, КамАЗ-5320 та інші) або відливають із сірого чавуну (двигуни автомобілів "Москвич" і "Жигулі").
Однойменні (впускні й випускні) кулачки розміщуються в чотирициліндровому двигуні під кутом 90°, в шестициліндровому - під кутом 60°, а у восьмициліндровому — під кутом 45°. В чотирициліндровому двигуні розподільний вал має вісім кулачків, в шестициліндровому — дванадцять, у восьмициліндровому — шістнадцять, тобто по два кулачки на циліндр. При шліфуванні кулачкам придають невелику конусність (Мал.2.1,6,в). Взаємодія кульової поверхні дна штовхача 3 із конусною поверхнею кулачків забезпечує їх провертання в процесі роботи. Опорні шийки 4 (Мал.2.1,а) входять в п'ять біметалевих втулок 8, які запресовані в блок циліндрів двигуна, можуть бути однакового діаметра (двигун автомобілів ГАЗ-53 А, ГАЗ-53-12, ЗІЛ-130...) або різного для полегшення складання (автомобілі ГАЗ-24 "Волга"). Внутрішню поверхню цих втулок, які виконують функції підшипників, заливають (покривають) антифрикційним сплавом.
На передньому кінці розподільного вала розміщуються ексцентрик 5 приводу насоса палива, а на задньому кінці розміщується шестерня 20 приводу переривника-розподільника системи запалювання й насоса оливи системи мащення.
Розподільний вал провертається від колінчастого вала парою шестерень, одна з яких розміщується на колінчастому валу, а друга — на розподільному валі 2. Так як за два оберти колінчастого вала (робочий цикл) впускні й випускні клапани кожного циліндра відкриваються один раз, то розподільний вал за один робочий цикл повинен зробити один оберт. Тому розподільний вал обертається в 2 рази повільніше від колінчастого вала. Для цього зубчасте колесо розподільного вала має вдвічі більше зубів, ніж ведуче зубчасте колесо колінчастого вала. Та як передавальні шестерні (колеса) з косими зубами, то при їх обертанні виникає сила, яка намагається зсунути розподільний вал вздовж осі. Розподільні вали двигунів автомобілів ГАЗ-24 "Волга", ГАЗ-53А, ГАЗ-53-12, ЗІЛ-130 та інших утримуються від осьового переміщення упорним фланцем 3, який розміщується із зазором між маточиною колеса 2 і торцем передньої упорної шийки вала 22. Упорний фланець вала виготовляють із сталі, його робочі поверхні термічно оброблені і фосфатовані для кращого притирання. Фланець кріпиться двома болтами до передньої стінки блока циліндрів. Колесо 2 розміщується на розподільному валі на шпонці і прикручується болтом, який вкручений в торець розподільного вала.
Робочі поверхні кулачків, упорних шийок, ексцентриків і зубчастих коліс стальних розподільних валів піддаються термічній обробці і шліфуванню для підвищення їх надійності в роботі, меншого спрацювання.
Зубчасті колеса приводу повинні входити в зачеплення між собою при конкретно визначеному положенні колінчастого й розподільного валів, що забезпечує порядок роботи механізмів і систем двигуна. Тому при складанні двигуна зубчасті колеса вводять в зачеплення по мітках 1 на їх зубах (на впадині між зубами колеса розподільного вала і на зубі шестерні колінчастого
вала).
Штовхані, призначені для передачі зусилля від розподільного вала через штанги на коромисла. Виготовляють їх із сталі або чавуну у формі стаканчика 3, тарілочки з стержнем З (Мал.2.1,б,в) або важеля (роликовий, дизель ЯМЗ-236). Робочу поверхню штовхачів для підвищення їх довговічності загартовують і шліфують. Спрацювання буде меншим, якщо штовхачі чавунні, а розподільний вал стальний. У двигунах із верхнім розміщенням клапанів використовують циліндричні штовхачі З (Мал.2.1,в) з одним або двома отворами для стікання оливи 4 (Мал.2.1 ,в), які рухаються в спеціальних отворах—напрямних.
Штанги, призначені для передачі зусилля від штовхачів на коромисла 19 (Мал.2.2,6). їх виготовляють з алюмінієвого дроту (двигуни автомобілів ГАЗ-24 "Волга", ГАЗ-3102 "Волга", ГАЗ-53А), стального дроту із загартованими кінцями (двигун автомобіля ЗІЛ-130) або стальної трубки (дизелі ЯМЗ-236, КамАЗ-740 і інші). На кінці штанг запресовують стальні термічне оброблені наконечники. Нижній кінець штанги розміщується в стаканчику штовхача 9, а верхній—впирається у виїмку головки регулювального гвинта короткого плеча 7 коромисла. Нижній кінець рухається прямолінійно зворотнопоступальне, а верхній описує дугу, радіус якої дорівнює короткому (меншому ) плечу коромисла.
Коромисло 14 (Мал.2.1,а) служить для передачі зусилля від штанги на клапан і зміни напрямку дії сили на протилежний. Являє собою нерівноплечовий важіль 17 (Мал.2.2,б), який виготовляють із сталі або чавуну. Довге плече розміщується над клапаном, а коротке — над штангою. В короткому плечі є різьбовий отвір, в який вкручується регулювальний гвинт 7, що втримується від самовикручування гайкою 8.
В отвір маточини коромисла запресовують бронзову втулку 18 (двигун автомобіля ГАЗ-24 "Волга", ГАЗ-53А, ГАЗ-53-12, ЗІЛ-130, КамАЗ-5320 і інші) з кільцевою канавкою на внутрішній поверхні для розподілу оливи й подачі її до регулювального гвинта. В короткому плечі коромисла є отвір, по якому поступає олива до гвинта 7. Гвинт має кільцеву канавку й канал для підведення оливи до наконечника штанги.
Коромисла карбюраторних двигунів розміщені на загальний порожнистій осі 13 (Мал.2.1 ,а), на кінцях якої запресовані заглушки, що дозволяє підводити оливу через радіальні отвори в осі напроти коромисла до бронзових втулок.
В головку блока вкручені шпильки, на яких встановлені стійки 16 (Мал.2.1,а) і вісь з коромислом. Від повздовжнього зміщення по осі коромисла утримуються розпірними пружинами 23, які притискують їх до стійок і стопорних кілець 24.
Клапани, призначені для закривання й відкривання впускних і випускних каналів, які з'єднують циліндри з газопроводами системи живлення. Головними частинами клапана є головка й стержень. Плавний перехід від головки 14 (Мал.2.3,а) на її стержень 17 зменшує опір клапана при обтіканні його газами. Для кращого наповнення циліндрів пальною сумішшю у двигунах деяких автомобілів діаметр головки впускного клапана роблять значно більшим, ніж діаметр випускного.
Так як клапани працюють в умовах високих температур, їх виготовляють із високоякісної сталі. Впускні клапани роблять із хромистої сталі, випускні — із жаротривкої сталі.
Висока температура нагрівання клапанів викликає необхідність вставлення в отвори головки блока циліндрів для клапанів спеціальних вставок 13 із жаротривкого чавуну, які називаються сідлами. Застосування вставних сідел підвищує строк служби головки циліндрів і клапанів.
Для щільного прилягання головок клапанів до сідла їх, робочі поверхні роблять конічними у вигляді старанно оброблених фасок під кутом 45° або 30°.
Стержні 17 клапанів мають циліндричну форму. Вони переміщуються в чавунних або металокерамічних втулках 2, які запресовані в головку блока. На кінці стержня проточена циліндрична канавка під виступи конічних сухариків 14 (Мал.2.2,б), які притискуються до конічної поверхні отвору тарілки 12 під Дією пружини 4.
На впускних клапанах під опорні шайби або у верхній частині напрямних втулок (у двигунах ЗІЛ, КамАЗ, ЗМЗ) встановлюють гумові манжети або ковпачки 11 (Мал.2.2,б), які при відкритті клапанів щільно притискуються до його стержня і до напрямної втулки, внаслідок чого усувається можливість протікання (підсос) оливи в циліндри через зазор між втулкою й стержнем клапана (при такті впуску).
У двигунах ЗІЛ-130 і ЗМЗ-53-11 для кращого відведення тепла від головки по стержню у випускних клапанів вводиться натрієве охолодження. Для цього клапан робиться порожнистим, його порожнина заповнюється на 3/4 об'єму металічним натрієм 11 і закривається заглушкою 15 (Мал.2.3,б). Під час роботи двигуна натрій плавиться (температура його плавлення дорівнює 98° С) і перетворюється в рідину.
Для підвищення надійності прилягання випускних клапанів до сідла застосовують механізми для їх провертання. При цьому усувається можливість утворення нагару на робочій фасці випускного клапана. Під час роботи випускний клапан примусово провертається спеціальним механізмом (Мал.2.3,б). В корпусі 2 по колу розміщено 5 похилих заглиблень для куль 3 із їх пружинами повороту 10. На верхню частину корпуса накладені із зазором дискова пружина 9 і опорна шайба 4. Пружина 6 клапана одним кінцем спирається на тарілку 7, а другим — на опорну шайбу 4. Якщо клапан закритий, то зусилля пружини через шайбу передається дисковій пружині 9 і кулям 3. Внутрішньою кромкою дискова пружина спирається на внутрішній виступ корпусу, а на її зовнішню кромку діє пружина 6 клапана через опорну шайбу 4.
При відкритті клапана пружина 6 стискається, і сила, яка передається дисковій пружині 9, зростає, внаслідок цього дискова пружина випрямляється й передає зусилля пружини 6 на кулі 3, які перекочуються по нахильних пазах корпусу, повертають дискову пружину 9, опорну шайбу 4, клапанну пружину 6 і сам клапан відносно його початкового положення.
Під час закриття клапана зусилля клапанної пружини 6 зменшується, при цьому дискова пружина 9 прогинається до свого попереднього положення і звільняє кулі, які під дією пружини 10 повертаються в початкове положення, готуючи механізм обертання до нового циклу повороту клапана.
При частоті обертання колінчастого вала біля 3000 хв'1, частота обертання випускного клапана досягає ЗО хв'1.
Щоб забезпечити щільність прилягання головки клапана до сідла, необхідний певний тепловий зазор між стержнем клапана й носком (гвинтом) коромисла або болтом штовхача. Теплові зазори в клапанних механізмах змінюються внаслідок їх нагрівання, спрацювання й порушення регулювання. Коли зазор між стержнем клапана і носком коромисла збільшений, вони відкриваються не повністю, внаслідок чого погіршується наповнення циліндрів пальною сумішшю й очищення їх від продуктів згоряння, а також підвищуються ударні навантаження на деталі клапанного механізму.
При недостатньому зазорі в клапанному механізмі клапани нещільно сідають на сідла. Внаслідок цього відбувається витікання газів, утворення нагарів і обгоряння робочих поверхонь сідла й клапана.
При їх регулюванні відпускають контргайку 8 (Мал.2.2,б) і, обертаючи регулювальний болт (гвинт) 7, встановлюють зазор між важелем (носком коромисла) 17 і стержнем клапана.
В непрогрітому двигуні ЗІЛ-130, ЗМЗ-24 і ЗМЗ-53-11 зазор впускних і випускних клапанів повинен бути 0,25-0,30 мм.
Завдання 2. Розібрати газорозподільний механізм
Знімачем зніміть шестерню розподільного вала (Мал.2.4), викрутивши центральний болт її кріплення.
Викрутіть коловоротним ключем два болти упорного фланця розподільного вала, зніміть із вала упорний фланець, розпірне кільце, а з болтів — шайби, обережно вийміть розподільний вал.
Коловоротним ключем викрутіть болти кріплення кришок клапанної коробки, зніміть шайби. Обережно, щоб не пошкодити прокладок, зніміть обидві кришки та їх коркові прокладки.
З головки, знятої з двигуна, у зборі з клапанним механізмом, проведіть розбирання механізму у такому порядку:
а) зніміть пружини із стержнів клапанів; знімач поставте так, щоб упорна лапка вилки знаходилась зовні над шайбою (Мал.2.5), сухарики — навпроти отвору упорної лапки;
б) вставте гвинт знімача так, щоб він впирався кінцем в поверхню тарілки клапана;
в) провертаючи гвинт знімача, стисніть пружину клапана, щоб звільнились сухарики;
г) вийміть сухарики і заберіть знімач, опорну шайбу, пружину клапана й пристрій для повертання клапана, потім вийміть клапан із сідла головки блока.
Завдання 3. Скласти газорозподільний механізм
Встановіть на місце розподільний вал і надіньте на його шийку розпірне кільце, яке утримує від переміщення вздовж осі розподільний вал; потім поставте фланець і коловоротним ключем закріпіть його болтами з пружинними шайбами.
Вставте у відповідні гнізда головки випускний і впускний клапани.
Встановіть пристрій для повертання клапана (упорну шайбу для клапана впуску), пружину клапана, опорну шайбу.
Стисніть по черзі клапанні пружини пристроєм (Мал.2.5), заздалегідь змастивши їх солідолом.
Мідним молотком запресуйте в шпонкову канавку розподільного вала шпонку.
Оправкою й молотком встановіть на шийку вала розподільну шестерню 1, сумістивши її позначки І з позначкою 2 шестерні колінчастого вала З (Мал.2.6).
7. Закрийте клапанну кришку з прокладками і закріпіть її.
Завдання 4. Скласти опис усіх рухомих деталей газорозподільного механізму і заповнити таблицю
№ п/п
Назва деталі
Призначення
Матеріал
Кількість
Контрольні запитання
Як відрізнити впускний клапан від випускного?
Чим відрізняються газорозподільні механізми двигунів ЗМЗ-53-1НЗІЛ-130?
Яке призначення й принцип дії пристрою для повороту клапана?
Яка будова розподільного вала та його приводу і для чого вони потрібні?
Яка будова клапанів, пружин і деталей їх кріплення і яке їх призначення?
Яке призначення й величина теплового зазору?
Чим відрізняється газорозподільний механізм двигуна автомобіля ГАЗ-53А і ВАЗ-2105?
Чому розподільний вал обертається вдвічі повільніше від колінчастого вала?
