"ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ОСНОВНЫХ МЕХАНИЗМОВ ДВИГАТЕЛЕЙ"
Теоретический материал
Автор: Ляпкин Александр Алексеевич, преподаватель специальных дисциплин, ГБОУ СПО "Трубчевский политехнический техникум", Брянская область г. Трубчевск
В раздел среднее профессиональное образование
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ТРУБЧЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»
Теоретический материал
по дисциплине Диагностика автомобиля
для студентов специальности
"Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта"
Ляпкин Александр Алексеевич,
преподаватель специальных дисциплин
ГБОУ СПО «Трубчевкий политехнический техникум»
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
ОСНОВНЫХ МЕХАНИЗМОВ ДВИГАТЕЛЕЙ
Основными механизмами, обеспечивающими работу двигателя, являются кривошипно-шатунный (или механизм преобразования тепловой энергии в механическую) и газораспределительный. К кривошипно-шатунному механизму относятся картер, блок цилиндров, цилиндры, головка блока цилиндров, прокладка головки блока, поддон, поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы, шатуны, коленчатый вал, маховик, коренные и шатунные вкладыши. Блок является основной несущей частью двигателя, в нем расположены цилиндры, опоры коленчатого вала, узлы и каналы смазочной системы, к нему крепятся головка блока цилиндров, поддон и различное оборудование систем, обслуживающих двигатель. Вокруг стенок цилиндров в блоке имеются полости, в которых циркулирует охлаждающая жидкость, — «водяная рубашка». На блоке расположены кронштейны крепления двигателя. Изготавливается блок из чугуна или алюминиевого сплава. Головка блока цилиндров устанавливается на верхнюю часть блока, закрывая полости цилиндров сверху. В головке блока имеются углубления, образующие камеры сгорания. Внутри головки имеются полости для охлаждающей жидкости, сообщающиеся с водяной рубашкой блока. Камера сгорания, образованная головкой цилиндра, поршнем и стенками цилиндра, может быть цельной (однообъемной) или разделенной — обычно у дизельных двигателей. У двигателей с верхним расположением клапанов в головке имеются для них гнезда; к головке крепятся впускные и выпускные каналы; имеются отверстия с резьбой для свечей зажигания бензиновых двигателей и отверстия для форсунок впрыска топлива у дизельных. Материал головки блока — алюминиевый сплав или чугун. Головка с блоком соединяется болтами (или шпильками с гайками) через специальную прокладку, уплотняющую полости цилиндров.
Цилиндры — направляющие элементы поршней кривошипно-шатунного механизма. Блок может быть выполнен заодно с цилиндром или отдельно. Внутреннюю поверхность цилиндра тщательно обрабатывают и хромируют, что обеспечивает уменьшение потерь на трение и улучшение уплотнения поршней. Цилиндры, изготавливаемые отдельно от блока, называются гильзами. Гильзы запрессовываются в отверстия блока установочным пояском в верхней плоскости, что позволяет гильзе при нагревании расширяться вниз, так как в верхней части крепится головка цилиндров. Нижняя часть гильзы уплотняется кольцами. Внешняя поверхность запрессованных в блок гильз может непосредственно омываться охлаждающей жидкостью, такие гильзы называются мокрыми. Цилиндры двигателей воздушного охлаждения отливают со специальными ребрами на наружной поверхности для улучшения теплоотвода, На двигателях воздушного охлаждения цилиндры крепятся к верхней части блока совместно с головкой общими болтами или шпильками. Поршень имеет верхнюю утолщенную часть, которая называется головкой, и нижнюю, которая называется юбкой. На стенках головки поршня проточены канавки для размещения уплотнительных (компрессионных) и маслосъемных поршневых колец. Днище с внешней поверхности может быть плоским или фигурным (выпуклым, вогнутым или иметь полость сложной конфигурации, служащей дополнительным объемом камеры сгорания). Поршни с фигурными днищами применяют в основном на дизельных двигателях. Внутренняя часть днища поршня усилена ребрами. В переходной части от головки поршня к юбке имеются специальные приливы с отверстиями и выточками - для установки поршневого пальца со стопорными кольцами. Юбка поршня имеет более тонкие стенки, непосредственно соприкасающиеся со стенками цилиндра и передающие на него боковые усилия. Зазор между поршнем и цилиндром очень мал, в связи с этим для предотвращения заклинивания поршня в цилиндре при работе юбке придают овальную форму (овал большего радиуса в направлении оси поршневого
пальца) и делают разрезы, в которые устанавливают вставки из металлов с малым коэффициентом линейного расширения. Для уменьшения инерционных сил и моментов, возникающих при движении поршня, поршни делают небольшой массы. Материалом для поршней служат алюминиевые сплавы и чугун. Поршневые кольца служат для уплотнения поверхности цилиндра при движении поршня, не допуская прорыва газов в картер двигателя и попадания масла из картера в камеру сгорания. Поршневые кольца делятся на уплотнительные — компрессионные и маслосъемные. Обеспечение хорошей приработки компрессионных колец к поверхности цилиндра достигается применением колец с конусной поверхностью или трапециевидного поперечного сечения, а также скручивающегося кольца. Трущаяся о цилиндр поверхность верхнего компрессионного кольца шлифуется и хромируется. Компрессионные кольца устанавливаются в канавки поршня с зазором, поэтому при движении кольца будет наблюдаться скопление масла в канавке. С одной стороны, наличие масла обеспечивает смазывание поверхности цилиндра, уменьшая трение между поршнем и цилиндром. с другой стороны, масло будет попадать в камеру сгорания и образовывать нагар, ухудшающий работу кольца. Учитывая тяжелый режим и условия работы компрессионных колец, их изготавливают из высокосортного легированного чугуна. Маслосъемные кольца имеют сквозные прорези и устанавливаются в канавки поршня, также имеющие отверстия, по которым масло попадает во внутреннюю полость поршня. Маслосъемные кольца могут быть составными со специальными расширителями, обеспечивающими увеличение давления на стенки цилиндра. Кольца делают скребкового типа, работающими только при движении поршня к н.м.т. Маслосъемные кольца устанавливают ниже компрессионных колец. Элементы кривошипно-шатунного механизма, служащие для передачи усилия от поршня к коленчатому валу, образуют так называемую шатунную
группу. Основу шатунной группы составляет шатун, соединяющий поршень с коленчатым валом и преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Для уменьшения трения в соединении шатуна с коленчатым валом в нижнюю головку шатуна устанавливают подшипники скольжения, выполненные в виде двух тонкостенных полуцилиндров. Они представляют собой тонкостенные вкладыши, изготовленные из стальной ленты толщиной 1—-З мм. Внутренняя поверхность вкладышей покрыта антифрикционным материалом толщиной 0,15— 0,5 мм. В качестве антифрикционного материала в подшипниках применяют алюминиевые сплавы с большим содержанием олова, а также баббиты (биметаллические вкладыши). В сталеалюминевых вкладышах между антифрикционным сплавом и стальной лентой помещен слой из чистого алюминия (триметаллические вкладыши). Триметаллические тонкостенные вкладыши между стальной лентой и наружным слоем баббита имеют подслой из порошкового материала, полученный спеканием со стальным основанием из медно-никелевого порошка при высокой температуре. Вкладыши фиксируются от проворачивания. Масло к трущимся поверхностям подводится через кольцевые проточки и отверстия во вкладышах. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек; щек, соединяющих шатунные и коренные шейки и образующих кривошипы; противовесов, служащих для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил, возникающих на кривошипах во время вращения вала; фланца для крепления маховика и носка, на котором крепится шестерня привода газораспределительного и других механизмов. В качестве подшипников на коренных шейках применяют тонкостенные износостойкие вкладыши, аналогичные вкладышам шатунных подшипников. Для удержания коленчатого вала от осевого смещения один из вкладышей коренных подшипников выполняют упорным.
Коренные и шатунные шейки в подшипниковых узлах должны интенсивно смазываться маслом. Масло подается под давлением к коренным подшипникам, а затем по специальным каналам в коренных шейках, щеках и шатунных шейках попадает к шатунным подшипникам. Коленчатые валы изготавливают методом ковки или литьем из углеродистых и легированных сталей. Коренные и шатунные шейки подвергают термической обработке, шлифовке и полировке. Затем вал тщательно балансируют. Маховик обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала и способствует преодолению сил сопротивления при сжатии в цилиндрах во время пуска двигателя и при трогании с места. Маховик крепится к фланцу хвостовика коленчатого вала и представляет собой чугунный отбалансированный диск, на обод которого напрессован зубчатый венец. Внешняя плоскость маховика обрабатывается для установки сцепления. Газораспределительный механизм предназначен для впуска в цилиндры двигателя свежего заряда (топливовоздушная смесь или воздух) и выпуска отработавших газов в соответствии с рабочим циклом. Поршневые двигатели легковых автомобилей оборудованы 2-, 3- и 4- клапанными на одном цилиндре газораспределительными механизмами. Механизмы могут выполняться с верхним или нижним расположением клапанов. Газораспределительный механизм (рис. 1.2) состоит из следующих элементов: распределительный вал 1, впускные 4 и выпускные 18 клапаны с пружинами 13, крепежными и направляющими деталями; привод распределительного вала; устройства передачи перемещения от распределительного вала к клапанам. Распределительный вал может иметь нижнее или верхнее расположение. При нижнем расположении (рис. 1.2, а) распределительный вал находится непосредственно в блоке и приводится во вращение от коленчатого вала посредством зубчатой передачи. Независимо от положения
распределительного вала, передаточное отношение его привода должно равняться двум, т. е. распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого вала. Применение верхнеклапанных механизмов связано с увеличением высоты двигателя и заметно снижает общую жесткость системы. Верхнеклапанное газораспределение снимает ограничения по степени сжатия, уменьшает 1.2. Схемы газораспределительных механизмов: а — с нижним расположением распределительного вала; б — с гидравлическим толкателем (компенсатор теплового зазора); в — четырехклапанный механизм; г — с двумя распределительными валами; 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; З — толкающая штанга; 4, 18 — соответственно впускной и выпускной клапаны; 5 — направляющая втулка; 6 — кронштейн; 7 — коромысло; 8 — контргайка; 9 — регулировочный болт; 10 — ось коромысла; 11 — тарельчатая шайба; 12 —
сухарь; 13 пружина; 14 — свеча зажигания; 15 — канал подвода масла; 16 — гидравлический толкатель; 17— поршень гидравлическое сопротивление на впуске и позволяет более рационально компоновать камеры сгорания с размещением в головке цилиндров или в днище поршня, повышая этим общее использование теплоты в цилиндрах. Распределительный вал состоит из опорных шеек и кулачков, воздействующих на клапаны через промежуточные передаточные устройства. При вращении вала его кулачки набегают на толкатели 2 и штанги 3. Штанги поворачивают коромысла 7, воздействующие на клапаны, которые открываются. После прохождения кулачка распределительного вала толкатели, детали передаточного устройства и клапаны под воздействием пружины 13 возвращаются в первоначальное положение. При этом пружина будет удерживать клапан в закрытом положении, пока вал с кулачком не сделает оборот. Распределительный вал верхнего расположения, как правило, находится в головке блока в непосредственной близости от клапанов. При таком расположении вала воздействие на клапаны может осуществляться как непосредственно от кулачка, так и через промежуточные передаточные устройства. При верхнем расположении распределительного вала для его привода используют цепную передачу, а на двигателях небольшой мощности — ременную передачу. При работе двигателя детали газораспределительного механизма, головка блока и клапаны нагреваются и изменяют свои размеры. В связи с этим между торцом стержня клапана и концом коромысла, на него воздействующего, или кулачком должен быть зазор. Этот зазор в зависимости от конструкции двигателя находится в диапазоне 0,15—0,40 мм и изменяется при изменении теплового режима двигателя. Для двигателей, головка блока которых изготовлена из алюминиевых сплавов, зазор при прогретом двигателе больше, чем у холодного, так как коэффициент
линейного расширения алюминиевых сплавов примерно в два раза больше, чем у стали. Если головка блока изготовлена из чугуна, то зазор будет у прогретого двигателя несколько меньше или оставаться на уровне таким же, как и у холодного двигателя. Все это необходимо учитывать при проведении регулировок в процессе технического обслуживания двигателя. На ряде современных двигателей в газораспределительных механизмах используются гидравлические толкатели (рис. 1.2, 6), применение которых исключает необходимость регулировки зазора, так как регулировка осуществляется автоматически. Примером такого компенсатора тепловых зазоров может служить конструкция гидравлического толкателя чашечного типа (рис. 1.3). Рис. 1.3. Схема чашечного гидравлического толкателя: а установка толкателя в газораспределительном механизме; б гидравлический толкатель автомобиля “Нексия’; 1 .— стержень клапана; 2 — корпус толкателя; З — пружина плунжера; 4 — гильза; 5 кулачок распределительного вала; б — плунжер; 7 — стакан обратного клапана; 8 — обратный клапан; 9 — масляный канал; 10 — пружина обратного клапана; А. Б — полости Гидравлический толкатель встроен в толкатель клапана и расположен между наконечником стержня 1 клапана и днищем толкателя, на который
воздействует кулачок 5 распределительного вала. К гидрокомпенсатору подводится масло из смазочной системы двигателя. Компенсатор работает следующим образом. В закрытом положении клапана толкатель 2 и гильза 4 прижимаются соответственно к кулачку 5 и наконечнику стержня 1 клапана усилием пружины 3. Давление масла в полостях А и Е одинаково, обратный клапан 8 прижат к седлу пружиной 10. Зазор между клапаном и кулачком распределительного вала отсутствует. При набегании кулачка 5 на толкатель 2 последний воздействует на плунжер 6. Перемещение плунжера в гильзе приводит к росту давления в запертой полости Б. Под действием высокого давления происходят небольшие утечки масла через радиальный зазор между гильзой 4 и плунжером 6. Поскольку время воздействия кулачка на клапан мало, эти утечки практически не сказываются на синхронном движении толкателя 2 и гильзы 4. Эти детали, двигаясь как одно целое, открывают клапан. В фазе закрытия клапана давление в полости Е становится ниже давления в полости А, которая подпитывается маслом из смазочной системы. Обратный клапан 8 открывается и пропускает масло в полость Б для восстановления беззазорного сопряжения деталей привода клапана. Применение гидравлических толкателей обусловливает некоторые особенности эксплуатации автомобиля. Например, может наблюдаться повышенный шум клапанов после запуска двигателя. Такое явление считается нормальным, так как при неработающем двигателе из корпуса толкателя вытекло масло и требуется некоторое время, чтобы толкатели начали нормально работать. Повышенный шум клапанов на прогретом двигателе на холостом ходу и непрекращающийся стук на больших оборотах могут вызываться загрязнением толкателя или дефектом обратного клапана. Повышенный шум на больших скоростях, пропадающий на малых, может возникать в результате попадания в толкатели масляно-воздушной эмульсии при
превышении уровня масла или засасывания воздуха масляным насосом при недостаточном уровне масла и т. п. Клапан с направляющей втулкой, пружиной и опорной шайбой образует клапанную группу газораспределительного механизма. Каждый цилиндр двигателя имеет, как минимум, один впускной и один выпускной клапан. Однако в настоящее время применяются двигатели с тремя (два впускных и один выпускной), с четырьмя (два впускных и два выпускных) и большим числом клапанов (см. рис. 1.2, в). На таких двигателях осуществляется более четкая регулировка состава горючей смеси и фаз газораспределения в зависимости от режима работы двигателя, что обеспечивает высокую экономичность и экологическую чистоту двигателя. Например, при работе на низких оборотах один клапан остается закрытым, что позволяет обеспечить более стабильное горение обедненной смеси. На средних и высоких оборотах коленчатого вала происходит изменение высоты подъема и времени открытия обоих впускных клапанов, что позволяет увеличить крутящий момент и мощность двигателя. Длительная работа двигателя приводит к изнашиванию сопрягаемых элементов и, как следствие, к потере мощности, повышенному шуму и выходу из строя отдельных деталей и узлов. Износ поршневых колец является причиной прорыва газов в картер, пригорания масла в канавках поршня, закоксовывания колец. Износ подшипников поршневой головки шатуна и подшипников коленчатого вала приводит к появлению ударных нагрузок при работе двигателя. Внешними признаками износа деталей являются: повышенные шум, сопровождаемый ударами, и расход масла, дымление отработавших газов. Попадание масла в камеру сгорания сопровождается сизым дымом, выходящим из выхлопной трубы. Белый дым на выходе указывает на попадание охлаждающей жидкости в цилиндры, что может быть обусловлено ослаблением крепления головки блока цилиндров к картеру. В этом случае техническое обслуживание заключается в затяжке
динамометрическим ключом деталей крепления головки цилиндров в определенной последовательности от центра к краям. При длительной работе газораспределительного механизма наблюдаются изменение зазора в сопряжениях и нарушение герметичности прилегания клапанов к седлам. Уменьшение или увеличение зазора между клапанами и коромыслами снижает мощность двигателя и увеличивает расход топлива. При малом зазоре клапан горячего двигателя неплотно прилегает к седлу, что приводит к выгоранию рабочих фасок клапанов и седел. При увеличенном зазоре уменьшается длительность открытого состояния клапанов, что сопровождается интенсивным изнашиванием деталей клапанной группы и передаточного механизма. Техническое обслуживание газораспределительного механизма (если не применяются гидротолкатели) заключается в регулировке теплового зазора через определенный пробег автомобиля, который указан в эксплуатационной документации. Особое внимание при техническом обслуживании следует уделять компрессии как диагностическому фактору, позволяющему оценить исправность двигателя. Компрессия — это давление, которое создается в цилиндре в конце такта сжатия. Изменение компрессии в цилиндрах указывает на наличие износа цилиндров, деталей поршневой группы, негерметичность клапанов или прокладки под головкой цилиндров, возможные прогары в стенках камеры сгорания или в днище поршня. Компрессию проверяют компрессометром. При измерении следует обращать внимание на разницу компрессии между цилиндрами, которая не должна быть более 0,10—0,15 МПа. Большая разница указывает на изношенность цилиндра-поршня. Если компрессия ниже требуемой в каком- либо цилиндре, то через отверстие установки форсунки или свечи в цилиндр заливают 30—50 г моторного масла в зависимости от размера цилиндра и повторяют измерение. Некоторое увеличение компрессии указывает на недостаточную герметичность поршневых колец, при отсутствии изменений
дефект может быть вызван другими причинами, в частности, негерметичностью клапанов.
Теоретический материал
по дисциплине Диагностика автомобиля
для студентов специальности
"Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта"
Ляпкин Александр Алексеевич,
преподаватель специальных дисциплин
ГБОУ СПО «Трубчевкий политехнический техникум»
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
ОСНОВНЫХ МЕХАНИЗМОВ ДВИГАТЕЛЕЙ
Основными механизмами, обеспечивающими работу двигателя, являются кривошипно-шатунный (или механизм преобразования тепловой энергии в механическую) и газораспределительный. К кривошипно-шатунному механизму относятся картер, блок цилиндров, цилиндры, головка блока цилиндров, прокладка головки блока, поддон, поршни, поршневые кольца, поршневые пальцы, шатуны, коленчатый вал, маховик, коренные и шатунные вкладыши. Блок является основной несущей частью двигателя, в нем расположены цилиндры, опоры коленчатого вала, узлы и каналы смазочной системы, к нему крепятся головка блока цилиндров, поддон и различное оборудование систем, обслуживающих двигатель. Вокруг стенок цилиндров в блоке имеются полости, в которых циркулирует охлаждающая жидкость, — «водяная рубашка». На блоке расположены кронштейны крепления двигателя. Изготавливается блок из чугуна или алюминиевого сплава. Головка блока цилиндров устанавливается на верхнюю часть блока, закрывая полости цилиндров сверху. В головке блока имеются углубления, образующие камеры сгорания. Внутри головки имеются полости для охлаждающей жидкости, сообщающиеся с водяной рубашкой блока. Камера сгорания, образованная головкой цилиндра, поршнем и стенками цилиндра, может быть цельной (однообъемной) или разделенной — обычно у дизельных двигателей. У двигателей с верхним расположением клапанов в головке имеются для них гнезда; к головке крепятся впускные и выпускные каналы; имеются отверстия с резьбой для свечей зажигания бензиновых двигателей и отверстия для форсунок впрыска топлива у дизельных. Материал головки блока — алюминиевый сплав или чугун. Головка с блоком соединяется болтами (или шпильками с гайками) через специальную прокладку, уплотняющую полости цилиндров.
Цилиндры — направляющие элементы поршней кривошипно-шатунного механизма. Блок может быть выполнен заодно с цилиндром или отдельно. Внутреннюю поверхность цилиндра тщательно обрабатывают и хромируют, что обеспечивает уменьшение потерь на трение и улучшение уплотнения поршней. Цилиндры, изготавливаемые отдельно от блока, называются гильзами. Гильзы запрессовываются в отверстия блока установочным пояском в верхней плоскости, что позволяет гильзе при нагревании расширяться вниз, так как в верхней части крепится головка цилиндров. Нижняя часть гильзы уплотняется кольцами. Внешняя поверхность запрессованных в блок гильз может непосредственно омываться охлаждающей жидкостью, такие гильзы называются мокрыми. Цилиндры двигателей воздушного охлаждения отливают со специальными ребрами на наружной поверхности для улучшения теплоотвода, На двигателях воздушного охлаждения цилиндры крепятся к верхней части блока совместно с головкой общими болтами или шпильками. Поршень имеет верхнюю утолщенную часть, которая называется головкой, и нижнюю, которая называется юбкой. На стенках головки поршня проточены канавки для размещения уплотнительных (компрессионных) и маслосъемных поршневых колец. Днище с внешней поверхности может быть плоским или фигурным (выпуклым, вогнутым или иметь полость сложной конфигурации, служащей дополнительным объемом камеры сгорания). Поршни с фигурными днищами применяют в основном на дизельных двигателях. Внутренняя часть днища поршня усилена ребрами. В переходной части от головки поршня к юбке имеются специальные приливы с отверстиями и выточками - для установки поршневого пальца со стопорными кольцами. Юбка поршня имеет более тонкие стенки, непосредственно соприкасающиеся со стенками цилиндра и передающие на него боковые усилия. Зазор между поршнем и цилиндром очень мал, в связи с этим для предотвращения заклинивания поршня в цилиндре при работе юбке придают овальную форму (овал большего радиуса в направлении оси поршневого
пальца) и делают разрезы, в которые устанавливают вставки из металлов с малым коэффициентом линейного расширения. Для уменьшения инерционных сил и моментов, возникающих при движении поршня, поршни делают небольшой массы. Материалом для поршней служат алюминиевые сплавы и чугун. Поршневые кольца служат для уплотнения поверхности цилиндра при движении поршня, не допуская прорыва газов в картер двигателя и попадания масла из картера в камеру сгорания. Поршневые кольца делятся на уплотнительные — компрессионные и маслосъемные. Обеспечение хорошей приработки компрессионных колец к поверхности цилиндра достигается применением колец с конусной поверхностью или трапециевидного поперечного сечения, а также скручивающегося кольца. Трущаяся о цилиндр поверхность верхнего компрессионного кольца шлифуется и хромируется. Компрессионные кольца устанавливаются в канавки поршня с зазором, поэтому при движении кольца будет наблюдаться скопление масла в канавке. С одной стороны, наличие масла обеспечивает смазывание поверхности цилиндра, уменьшая трение между поршнем и цилиндром. с другой стороны, масло будет попадать в камеру сгорания и образовывать нагар, ухудшающий работу кольца. Учитывая тяжелый режим и условия работы компрессионных колец, их изготавливают из высокосортного легированного чугуна. Маслосъемные кольца имеют сквозные прорези и устанавливаются в канавки поршня, также имеющие отверстия, по которым масло попадает во внутреннюю полость поршня. Маслосъемные кольца могут быть составными со специальными расширителями, обеспечивающими увеличение давления на стенки цилиндра. Кольца делают скребкового типа, работающими только при движении поршня к н.м.т. Маслосъемные кольца устанавливают ниже компрессионных колец. Элементы кривошипно-шатунного механизма, служащие для передачи усилия от поршня к коленчатому валу, образуют так называемую шатунную
группу. Основу шатунной группы составляет шатун, соединяющий поршень с коленчатым валом и преобразующий возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Для уменьшения трения в соединении шатуна с коленчатым валом в нижнюю головку шатуна устанавливают подшипники скольжения, выполненные в виде двух тонкостенных полуцилиндров. Они представляют собой тонкостенные вкладыши, изготовленные из стальной ленты толщиной 1—-З мм. Внутренняя поверхность вкладышей покрыта антифрикционным материалом толщиной 0,15— 0,5 мм. В качестве антифрикционного материала в подшипниках применяют алюминиевые сплавы с большим содержанием олова, а также баббиты (биметаллические вкладыши). В сталеалюминевых вкладышах между антифрикционным сплавом и стальной лентой помещен слой из чистого алюминия (триметаллические вкладыши). Триметаллические тонкостенные вкладыши между стальной лентой и наружным слоем баббита имеют подслой из порошкового материала, полученный спеканием со стальным основанием из медно-никелевого порошка при высокой температуре. Вкладыши фиксируются от проворачивания. Масло к трущимся поверхностям подводится через кольцевые проточки и отверстия во вкладышах. Коленчатый вал состоит из коренных и шатунных шеек; щек, соединяющих шатунные и коренные шейки и образующих кривошипы; противовесов, служащих для разгрузки коренных подшипников от центробежных сил, возникающих на кривошипах во время вращения вала; фланца для крепления маховика и носка, на котором крепится шестерня привода газораспределительного и других механизмов. В качестве подшипников на коренных шейках применяют тонкостенные износостойкие вкладыши, аналогичные вкладышам шатунных подшипников. Для удержания коленчатого вала от осевого смещения один из вкладышей коренных подшипников выполняют упорным.
Коренные и шатунные шейки в подшипниковых узлах должны интенсивно смазываться маслом. Масло подается под давлением к коренным подшипникам, а затем по специальным каналам в коренных шейках, щеках и шатунных шейках попадает к шатунным подшипникам. Коленчатые валы изготавливают методом ковки или литьем из углеродистых и легированных сталей. Коренные и шатунные шейки подвергают термической обработке, шлифовке и полировке. Затем вал тщательно балансируют. Маховик обеспечивает равномерное вращение коленчатого вала и способствует преодолению сил сопротивления при сжатии в цилиндрах во время пуска двигателя и при трогании с места. Маховик крепится к фланцу хвостовика коленчатого вала и представляет собой чугунный отбалансированный диск, на обод которого напрессован зубчатый венец. Внешняя плоскость маховика обрабатывается для установки сцепления. Газораспределительный механизм предназначен для впуска в цилиндры двигателя свежего заряда (топливовоздушная смесь или воздух) и выпуска отработавших газов в соответствии с рабочим циклом. Поршневые двигатели легковых автомобилей оборудованы 2-, 3- и 4- клапанными на одном цилиндре газораспределительными механизмами. Механизмы могут выполняться с верхним или нижним расположением клапанов. Газораспределительный механизм (рис. 1.2) состоит из следующих элементов: распределительный вал 1, впускные 4 и выпускные 18 клапаны с пружинами 13, крепежными и направляющими деталями; привод распределительного вала; устройства передачи перемещения от распределительного вала к клапанам. Распределительный вал может иметь нижнее или верхнее расположение. При нижнем расположении (рис. 1.2, а) распределительный вал находится непосредственно в блоке и приводится во вращение от коленчатого вала посредством зубчатой передачи. Независимо от положения
распределительного вала, передаточное отношение его привода должно равняться двум, т. е. распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого вала. Применение верхнеклапанных механизмов связано с увеличением высоты двигателя и заметно снижает общую жесткость системы. Верхнеклапанное газораспределение снимает ограничения по степени сжатия, уменьшает 1.2. Схемы газораспределительных механизмов: а — с нижним расположением распределительного вала; б — с гидравлическим толкателем (компенсатор теплового зазора); в — четырехклапанный механизм; г — с двумя распределительными валами; 1 — распределительный вал; 2 — толкатель; З — толкающая штанга; 4, 18 — соответственно впускной и выпускной клапаны; 5 — направляющая втулка; 6 — кронштейн; 7 — коромысло; 8 — контргайка; 9 — регулировочный болт; 10 — ось коромысла; 11 — тарельчатая шайба; 12 —
сухарь; 13 пружина; 14 — свеча зажигания; 15 — канал подвода масла; 16 — гидравлический толкатель; 17— поршень гидравлическое сопротивление на впуске и позволяет более рационально компоновать камеры сгорания с размещением в головке цилиндров или в днище поршня, повышая этим общее использование теплоты в цилиндрах. Распределительный вал состоит из опорных шеек и кулачков, воздействующих на клапаны через промежуточные передаточные устройства. При вращении вала его кулачки набегают на толкатели 2 и штанги 3. Штанги поворачивают коромысла 7, воздействующие на клапаны, которые открываются. После прохождения кулачка распределительного вала толкатели, детали передаточного устройства и клапаны под воздействием пружины 13 возвращаются в первоначальное положение. При этом пружина будет удерживать клапан в закрытом положении, пока вал с кулачком не сделает оборот. Распределительный вал верхнего расположения, как правило, находится в головке блока в непосредственной близости от клапанов. При таком расположении вала воздействие на клапаны может осуществляться как непосредственно от кулачка, так и через промежуточные передаточные устройства. При верхнем расположении распределительного вала для его привода используют цепную передачу, а на двигателях небольшой мощности — ременную передачу. При работе двигателя детали газораспределительного механизма, головка блока и клапаны нагреваются и изменяют свои размеры. В связи с этим между торцом стержня клапана и концом коромысла, на него воздействующего, или кулачком должен быть зазор. Этот зазор в зависимости от конструкции двигателя находится в диапазоне 0,15—0,40 мм и изменяется при изменении теплового режима двигателя. Для двигателей, головка блока которых изготовлена из алюминиевых сплавов, зазор при прогретом двигателе больше, чем у холодного, так как коэффициент
линейного расширения алюминиевых сплавов примерно в два раза больше, чем у стали. Если головка блока изготовлена из чугуна, то зазор будет у прогретого двигателя несколько меньше или оставаться на уровне таким же, как и у холодного двигателя. Все это необходимо учитывать при проведении регулировок в процессе технического обслуживания двигателя. На ряде современных двигателей в газораспределительных механизмах используются гидравлические толкатели (рис. 1.2, 6), применение которых исключает необходимость регулировки зазора, так как регулировка осуществляется автоматически. Примером такого компенсатора тепловых зазоров может служить конструкция гидравлического толкателя чашечного типа (рис. 1.3). Рис. 1.3. Схема чашечного гидравлического толкателя: а установка толкателя в газораспределительном механизме; б гидравлический толкатель автомобиля “Нексия’; 1 .— стержень клапана; 2 — корпус толкателя; З — пружина плунжера; 4 — гильза; 5 кулачок распределительного вала; б — плунжер; 7 — стакан обратного клапана; 8 — обратный клапан; 9 — масляный канал; 10 — пружина обратного клапана; А. Б — полости Гидравлический толкатель встроен в толкатель клапана и расположен между наконечником стержня 1 клапана и днищем толкателя, на который
воздействует кулачок 5 распределительного вала. К гидрокомпенсатору подводится масло из смазочной системы двигателя. Компенсатор работает следующим образом. В закрытом положении клапана толкатель 2 и гильза 4 прижимаются соответственно к кулачку 5 и наконечнику стержня 1 клапана усилием пружины 3. Давление масла в полостях А и Е одинаково, обратный клапан 8 прижат к седлу пружиной 10. Зазор между клапаном и кулачком распределительного вала отсутствует. При набегании кулачка 5 на толкатель 2 последний воздействует на плунжер 6. Перемещение плунжера в гильзе приводит к росту давления в запертой полости Б. Под действием высокого давления происходят небольшие утечки масла через радиальный зазор между гильзой 4 и плунжером 6. Поскольку время воздействия кулачка на клапан мало, эти утечки практически не сказываются на синхронном движении толкателя 2 и гильзы 4. Эти детали, двигаясь как одно целое, открывают клапан. В фазе закрытия клапана давление в полости Е становится ниже давления в полости А, которая подпитывается маслом из смазочной системы. Обратный клапан 8 открывается и пропускает масло в полость Б для восстановления беззазорного сопряжения деталей привода клапана. Применение гидравлических толкателей обусловливает некоторые особенности эксплуатации автомобиля. Например, может наблюдаться повышенный шум клапанов после запуска двигателя. Такое явление считается нормальным, так как при неработающем двигателе из корпуса толкателя вытекло масло и требуется некоторое время, чтобы толкатели начали нормально работать. Повышенный шум клапанов на прогретом двигателе на холостом ходу и непрекращающийся стук на больших оборотах могут вызываться загрязнением толкателя или дефектом обратного клапана. Повышенный шум на больших скоростях, пропадающий на малых, может возникать в результате попадания в толкатели масляно-воздушной эмульсии при
превышении уровня масла или засасывания воздуха масляным насосом при недостаточном уровне масла и т. п. Клапан с направляющей втулкой, пружиной и опорной шайбой образует клапанную группу газораспределительного механизма. Каждый цилиндр двигателя имеет, как минимум, один впускной и один выпускной клапан. Однако в настоящее время применяются двигатели с тремя (два впускных и один выпускной), с четырьмя (два впускных и два выпускных) и большим числом клапанов (см. рис. 1.2, в). На таких двигателях осуществляется более четкая регулировка состава горючей смеси и фаз газораспределения в зависимости от режима работы двигателя, что обеспечивает высокую экономичность и экологическую чистоту двигателя. Например, при работе на низких оборотах один клапан остается закрытым, что позволяет обеспечить более стабильное горение обедненной смеси. На средних и высоких оборотах коленчатого вала происходит изменение высоты подъема и времени открытия обоих впускных клапанов, что позволяет увеличить крутящий момент и мощность двигателя. Длительная работа двигателя приводит к изнашиванию сопрягаемых элементов и, как следствие, к потере мощности, повышенному шуму и выходу из строя отдельных деталей и узлов. Износ поршневых колец является причиной прорыва газов в картер, пригорания масла в канавках поршня, закоксовывания колец. Износ подшипников поршневой головки шатуна и подшипников коленчатого вала приводит к появлению ударных нагрузок при работе двигателя. Внешними признаками износа деталей являются: повышенные шум, сопровождаемый ударами, и расход масла, дымление отработавших газов. Попадание масла в камеру сгорания сопровождается сизым дымом, выходящим из выхлопной трубы. Белый дым на выходе указывает на попадание охлаждающей жидкости в цилиндры, что может быть обусловлено ослаблением крепления головки блока цилиндров к картеру. В этом случае техническое обслуживание заключается в затяжке
динамометрическим ключом деталей крепления головки цилиндров в определенной последовательности от центра к краям. При длительной работе газораспределительного механизма наблюдаются изменение зазора в сопряжениях и нарушение герметичности прилегания клапанов к седлам. Уменьшение или увеличение зазора между клапанами и коромыслами снижает мощность двигателя и увеличивает расход топлива. При малом зазоре клапан горячего двигателя неплотно прилегает к седлу, что приводит к выгоранию рабочих фасок клапанов и седел. При увеличенном зазоре уменьшается длительность открытого состояния клапанов, что сопровождается интенсивным изнашиванием деталей клапанной группы и передаточного механизма. Техническое обслуживание газораспределительного механизма (если не применяются гидротолкатели) заключается в регулировке теплового зазора через определенный пробег автомобиля, который указан в эксплуатационной документации. Особое внимание при техническом обслуживании следует уделять компрессии как диагностическому фактору, позволяющему оценить исправность двигателя. Компрессия — это давление, которое создается в цилиндре в конце такта сжатия. Изменение компрессии в цилиндрах указывает на наличие износа цилиндров, деталей поршневой группы, негерметичность клапанов или прокладки под головкой цилиндров, возможные прогары в стенках камеры сгорания или в днище поршня. Компрессию проверяют компрессометром. При измерении следует обращать внимание на разницу компрессии между цилиндрами, которая не должна быть более 0,10—0,15 МПа. Большая разница указывает на изношенность цилиндра-поршня. Если компрессия ниже требуемой в каком- либо цилиндре, то через отверстие установки форсунки или свечи в цилиндр заливают 30—50 г моторного масла в зависимости от размера цилиндра и повторяют измерение. Некоторое увеличение компрессии указывает на недостаточную герметичность поршневых колец, при отсутствии изменений
дефект может быть вызван другими причинами, в частности, негерметичностью клапанов.
В раздел среднее профессиональное образование