Газораспределительный механизм

1. Введение

 

Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает своевременный  впуск в цилиндры свежего заряда горючей смеси и выпуск отработавших газов. Он включает в себя элементы привода, распределительную шестерню, распределительный вал, детали привода  клапанов, клапана с пружинами и направляющие втулки.

Распределительный вал служит для открытия клапанов в определенной последовательности в соответствии с порядком работы двигателя. Распредвалы отливают из специального чугуна или отковывают из стали. Трущиеся поверхности распределительных валов для уменьшения износа подвергнуты закалке при помощи нагрева токами высокой частоты.

Распредвал может располагаться  в картере двигателя либо в  головке блока цилиндров. Существуют двигатели с двумя распредвалами  в головке цилиндров (в многоклапанных ДВС). Один используется для управления впускными клапанами, второй – выпускными. Такая конструкция называется DOHC (Double Overhead Camshaft). Если распредвал один, то такой ГРМ именуется SOHC (Single OverHead Camshaft). Распредвал вращается на цилиндрических шлифованных опорных шейках.

Привод клапанов осуществляется расположенными на распределительном  валу кулачками. Количество кулачков зависит  от числа клапанов. В разных конструкциях двигателей может быть от двух до пяти клапанов на цилиндр (3 клапана – два впускных, один выпускной; 4 клапана – два впускных, два выпускных; 5 клапанов – три впускных, два выпускных). Форма кулачков определяет моменты открытия и закрытия клапанов, а также высоту их подъема.

Привод распределительного вала от коленчатого вала может осуществляться одним из трех способов: ременной передачей, цепной передачей, а при нижнем расположении распредвала - зубчатыми шестернями. Цепной привод отличается надежностью, но его устройство сложнее и цена выше. Ременной привод существенно проще, но ресурс зубчатого ремня ограничен, а в случае его разрыва могут наступить тяжелые последствия.

При обрыве ремня распредвал останавливается, а коленвал продолжает вращаться. Чем это грозит? В простых  двухклапанных моторах, где, как правило, поршень конструктивно не достает до головки открытого клапана, ремонт ограничивается заменой ремня. В современных многоклапанных двигателях при обрыве ремня поршни ударяются о клапана, «зависшие» в открытом состоянии. В результате сгибаются стержни клапанов, а также могут разрушиться направляющие втулки клапанов. В редких случаях разрушается поршень.

Еще тяжелее при обрыве ремня приходится дизелям. Так как  камера сгорания у них находится  в поршнях, то в ВМТ у клапанов остается очень мало места. Поэтому при зависании открытого клапана разрушаются толкатели, распредвал и его подшипники, велика вероятность деформирования шатунов. А если обрыв ремня произойдет на высоких оборотах, возможно даже повреждение блока цилиндров.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя происходит за два оборота коленвала. За это время должны последовательно открыться впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра. Поэтому распредвал должен вращаться в два раза медленнее коленвала, а, следовательно, шестерня распредвала всегда в два раза больше шестерни коленвала. Клапаны в цилиндрах должны открываться и закрываться в зависимости от направления движения и положения поршней в цилиндре. При такте впуска, когда поршень движется от в.м.т. к н.м.т., впускной клапан должен быть открыт, а при тактах сжатия, рабочего хода и выпуска – закрыт. Чтобы обеспечить такую зависимость, для правильной установки на шестернях ГРМ делают метки.

Привод клапанов может осуществляться разными способами. При нижнем расположении распредвала, в картере двигателя, усилие от кулачков передается через толкатели, штанги и коромысла. При верхнем расположении возможны три варианта: привод коромыслами, привод рычагами и привод толкателями.

Коромысла (другие названия – роликовый рычаг или рокер) изготавливают из стали. Коромысло устанавливают на полую ось, закрепленную в стойках на головке цилиндров. Одной стороной коромысла упираются в кулачки распредвала, а другой воздействуют на торцевую часть стержня клапана. В отверстие коромысла для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку. От продольного перемещения коромысло удерживается при помощи цилиндрической пружины. Во время работы двигателя в связи с нагревом клапанов их стержни удлиняются, что может привести к неплотной посадке клапана в седло. Поэтому между стержнем клапана и носком коромысла должен быть определенный тепловой зазор.

Во втором варианте распредвал располагается над клапанами, и  приводит их в действие посредством  рычагов. Кулачки распределительного вала действуют на рычаги, которые, поворачиваясь на сферической головке регулировочного болта, другим концом нажимают на стержень клапана и открывают его. Регулировочный болт ввернут во втулку головки цилиндров и стопорится контргайкой. Существуют ГРМ, в которых между рычагом и клапаном устанавливается гидрокомпенсатор. Такие механизмы не требуют регулировки зазора.

И, наконец, при третьем  варианте привода распределительный  вал при вращении воздействует непосредственно  на толкатель клапана. Существует три  варианта исполнения толкателей –  механические (жесткие), гидротолкатели (гидрокомпенсаторы) и роликовые толкатели. Первый тип в современных моторах практически не используется, в связи с большой шумностью работы и необходимостью частой регулировки зазора клапанов. Второй тип наиболее широко применяется, так как не требует настройки и регулировки теплового зазора, а работа отличается мягкостью и гораздо меньшим шумом. Гидрокомпенсатор состоит из цилиндра, поршня с пружиной, обратного клапана и каналов для подвода масла. Работа гидрокомпенсатора основана на свойстве несжимаемости моторного масла, которое постоянно заполняет его внутреннюю полость и перемещает поршень при появлении зазора в приводе клапана.

Роликовые толкатели  чаще всего применяются в спортивных и форсированных двигателях, так  как позволяют улучшить динамические характеристики автомобиля за счет снижения трения. В месте контакта с кулачком распредвала у них находится ролик. Поэтому кулачок не трется, а катится по толкателю. Вследствие этого роликовые толкатели выдерживают более высокие нагрузки и обороты, а также позволяют обеспечить более высокий подъем клапанов. Недостатки – большая стоимость и вес, а, значит, и большие нагрузки на детали ГРМ.

Клапаны служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов. Клапан состоит из головки и стержня. Головка клапана имеет узкую, скошенную под определенным углом, фаску. Фаска клапана должна плотно прилегать к фаске седла. Для этой цели их взаимно притирают. Головки впускных и выпускных клапанов имеют неодинаковый диаметр. Для лучшего наполнения цилиндров свежей горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают больше. Клапаны во время работы двигателя нагреваются неодинаково. Выпускные клапаны, контактирующие с отработанными газами, нагреваются больше. Поэтому их изготавливают из жароупорной стали.

Стержень клапана цилиндрической формы в верхней части имеет  выточку для деталей крепления  клапанной пружины. Стержень выпускного клапана - полый, с натриевым наполнением  для лучшего охлаждения. Стержни  клапанов помещают в направляющих втулках, изготовленных из чугуна или металлокерамики. Втулки запрессовывают в головку цилиндров.

Клапан прижимается  к седлу при помощи цилиндрической стальной пружины. Кроме того, пружина  не дает возможности клапану отрываться от коромысла. Пружина имеет переменный шаг витков, что необходимо для устранения ее вибрации. Другой вариант борьбы с вибрацией - установка двух пружин меньшей жесткости, имеющих противоположную навивку. Пружина одной стороной упирается в шайбу, расположенную на головке цилиндров, а другой – в упорную тарелку. Упорная тарелка удерживается на стержне клапана при помощи двух конических сухарей, внутренний буртик которых входит в выточку стержня клапана. Для уменьшения проникновения масла по стержням клапанов в камеру сгорания двигателя на стержни клапанов надеты маслоотражательные колпачки.

 

2. Основная часть

2.1 Техническая характеристика  и описание

2.2 Назначение

2.3 Техническое описание(устройство)

 

В процессе эксплуатации, а также из-за погрешности при  изготовлении деталей привода ГРМ ЗМЗ-406 (ГАЗ-3110) возможно значительное отклонение фаз газораспределения от заданных значений. В то же время известно, что правильность фаз газораспределения является одним из важнейших факторов, влияющих на мощность, крутящий момент и экономические показатели двигателя.

Поэтому при снижении тяговых свойств  двигателя, повышении эксплуатационного  расхода топлива и неустойчивой работе двигателя возникает необходимость  проверить и, при необходимости, правильно установить фазы газораспределения.

Двигатель ЗМЗ-406 (ГАЗ-3110) имеет два газопровода: впускной и выпускной.

Впускной газопровод ЗМЗ-406 (ГАЗ-3110) состоит из впускной трубы и ресивера, отлитых из алюминиевого сплава и соединенных между собой через паронитовую прокладку пятью шпильками.

Впускная труба в  сборе с ресивером через паронитовую прокладку пятью шпильками крепится к головке цилиндров справа.

Ресивер представляет собой  емкость определенного объема, подобранную таким образом, чтобы вместе с газовыми каналами впускной трубы, имеющими одинаковую длину, форму и сечение для каждого цилиндра, подобранными экспериментально, обеспечить настройку впускной системы, на определенном скоростном режиме, на получение некоторого давления перед впускными клапанами и тем самым иметь более высокое наполнение цилиндров, а значит и более высокую мощность.

К фланцу ресивера через  паронитовую прокладку четырьмя болтами крепится дроссельный патрубок (дроссель), в котором на горизонтальной оси установлена дроссельная заслонка, регулирующая подачу воздуха в цилиндры двигателя ЗМЗ-406.

Дроссельная заслонка управляется  водителем от педали через рычаги и тросик, закрепленный на секторе рычага дроссельной заслонки.

На корпусе дроссельного патрубка установлен датчик положения  дроссельной заслонки (ДПДЗ), подвижная часть которого соединена с осью дроссельной заслонки. ДПДЗ информирует электронную систему управления о величине открытия дроссельной заслонки.

На корпусе дроссельного патрубка установлены также четыре штуцера: два нижних и два верхних. К нижним штуцерам подсоединены шланги подвода и отвода охлаждающей жидкости для подогрева корпуса дроссели.

Два верхних штуцера  служат: один для подсоединения трубки вентиляции картера двигателя ЗМЗ-406 (ГАЗ-3110), другой для подсоединения трубки подачи воздуха к регулятору холостого хода.

Кроме того, на ресивере закреплены: двумя болтами регулятор  холостого хода и двумя болтами кронштейн наконечника трубки тросика управления дроссельной заслонкой.

1. Топливопровод двигателя ЗМЗ-406 (ГАЗ-3110)

1 - впускная труба; 2 - электромагнитная  форсунка; 3 - штуцер; 4 - топливопровод; 5 - болт; 6 - регулятор давления топлива; I - от электробензонасоса; II - к ресиверу; III - к бензобаку

К впускной трубе двумя  болтами М6 закреплен, отлитый из алюминия, топливопровод 4 (рис.1) с установленными в нем четырьмя электромагнитными форсунками 2. Другие концы электромагнитных форсунок входят в отверстия впускной трубы 1. Уплотнение форсунок в отверстиях топливопровода и впускной трубы осуществляется с помощью резиновых колец круглого сечения.

Выпускной газопровод ЗМЗ-406 (коллектор) отлит из чугуна, через четыре стальных прокладки восемью шпильками крепится к головке цилиндров слева.

Для улучшения очистки цилиндров двигателя от отработавших газов и повышения мощностных показателей двигателя патрубки выпускного коллектора от первого и четвертого, а также от второго и третьего цилиндров попарно соединены между собой. 

Распредвал ЗМЗ-406 (ГАЗ-3110)

 

 Распредвалы ЗМЗ-406 (ГАЗ-3110) отлиты из чугуна. Двигатель имеет два распределительных вала: для впускных и выпускных клапанов.

Профили кулачков распределительных  валов ЗМЗ-406 (ГАЗ-3110) одинаковые. Для достижения высокой износостойкости рабочая поверхность кулачков отбелена до высокой твердости при отливке распределительного вала.

Каждый распредвал ЗМЗ-406 (ГАЗ-3110) имеет пять опорных шеек. Первая шейка имеет диаметр 42 мм, остальные - 35 мм. Валы вращаются в опорах, образованных алюминиевой головкой и алюминиевыми крышками, расточенных в сборе.

Кулачки по ширине смещены  на 1 мм относительно оси гидравлических толкателей (гидрокомпенсаторов ЗМЗ-406), что при работе двигателя придает толкателю вращательное движение. В результате этого уменьшается износ торца толкателя и отверстия под гидрокомпенсатор ЗМЗ-406 и делает его равномерным.

От осевых перемещений  каждый распредвал ЗМЗ-406 (ГАЗ-3110) удерживается упорным стальным термоупрочненным или пластмассовым фланцем, который входит в выточку крышки передней опоры и в проточку на передней опорной шейке распределительного вала.

Распредвалы ЗМЗ-406 (ГАЗ-3110) обеспечивают следующие фазы газораспределения: впускные клапана открываются с опережением на 14° до прихода поршня в ВМТ, закрываются с запаздыванием на 46° после прихода поршня в НМТ, выпускные клапана открываются с опережением 46° до прихода поршня в НМТ и закрываются с запаздыванием на 14° после прихода поршня в ВМТ.

Указанные фазы газораспределения  действительны при правильной установке привода распредвалов. Высота подъема клапанов 9 мм. 

Привод распредвалов ЗМЗ-406 (ГАЗ-3110)

 

 Привод  распределительных валов ЗМЗ-406 (ГАЗ-3110) (рис. 2) - цепной, двухступенчатый. Первая ступень - от коленчатого вала на промежуточный вал, вторая ступень - от промежуточного вала на распределительные валы. Приводная цепь первой ступени (нижняя) имеет 70 звеньев, второй ступени (верхняя) - 90 звеньев. Цепь втулочная, двухрядная с шагом 9,525 мм.