Механизм газораспределения
Назначение и схемы действия ГРМ
Механизм газораспределения (ГРМ) открывает и закрывает в определенные моменты впускные и выпускные клапаны для впуска в цилиндры свежего воздуха и выпуска из них отработавших газов.
В зависимости от расположения клапанов механизмы различают:
- с нижним (боковым) расположением клапанов в блоке цилиндров; используется только у карбюраторных двигателей;
- с верхним подвесным расположением клапанов - в головке цилиндров.
Техобслуживание и ремонт тракторов
При расположении клапанов в головке цилиндров обеспечиваются компактность камеры сгорания, высокая степень сжатия, лучшее наполнение цилиндров воздухом, меньшие потери тепла через стенки вследствие компактности камеры. Механизм газораспределения с верхним расположением клапанов может быть однорядным и двухрядным. Двухрядное расположение клапанов используется на V-образных двигателях.
Механизм газораспределения включает следующие части. Распределительный вал, преобразующий вращательное движение вала в поступательное движение толкателей. Механизм привода распределительного вала, включающий набор распределительных шестерен, передающих движение от коленчатого вала на распредвал.
Клапанный механизм, открывающий и закрывающий впускные и выпускные клапаны в строго определенный момент и с заданным порядком последовательности. Клапанный механизм включает впускные и выпускные клапаны, направляющие втулки, возвратные пружины и детали крепления клапанов.
Передающий механизм, осуществляющий передачу возвратно-поступательного движения от распределительного вала на клапаны. Сюда входят толкатели, штанги, коромысла с регулировочными винтами, оси и стойки коромысел. У механизма с боковым расположением клапанов штанги и коромысла с осями и стойками отсутствуют.
Работа ГРМ
Вращение от коленвала передается через зубчатую или цепочную передачу на распредвал. При повороте распредвала его кулачок своим выступом поднимает толкатель и штангу, которая упирается нижним концом в толкатель, а верхним - в регулировочный винт коромысла. При подъеме штанга давит на регулировочный винт и коромысло, поворачиваясь вокруг оси, своим вторым плечом нажимает на стержень клапана и, преодолевая силу пружины, открывает клапан.
При дальнейшем повороте распредвала выступ кулачка выходит из под толкателя и толкатель, штанга и коромысло возвращаются в исходное положение, а клапан под действием пружины закрывается.
Во время работы клапаны нагреваются, а стержень клапана удлиняется, что может привести к открытию клапана и нарушению работы двигателя. Чтобы дать возможность стержню клапана удлиниться, и чтобы клапан в то же время был закрыт, между торцами клапана и бойком коромысла оставляют зазор, называемый тепловым.
У двигателей с боковым расположением клапанов этот зазор делается между клапаном и регулировочным винтом толкателя. Зазор должен быть в пределах: для двигателей СМД-60 в холодном состоянии - 0,48-0,50; АМ-41, Д-21А, ЯМЗ-240Б - 0,25-0,30; Д-65Н, Д-240 - 0,25 мм (на прогретом двигателе).
Фазы газораспределения
Начало подачи топлива насосом по мениску д.м.т не точно в мертвых точках, а с некоторым опережением при открытии и запаздыванием при закрытии. Периоды от момента открытия клапанов до момента закрытия, выраженные в градусах поворота коленчатого вала, называются фазами газораспределения. Диаграмма фаз газораспределения: начало открытия впускного клапана; начало закрытия впускного клапана; начало открытия выпускного клапана; конец закрытия выпускного клапана.
Фазы газораспределения, выраженные в виде круговой диаграммы, называют диаграммой газораспределения. На рис. представлена диаграмма газораспределения дизельного двигателя Д-240. Впускной клапан открывается с некоторым опережением (16°) до прихода поршня в верхнюю мертвую точку, а закрывается с запаздыванием (в 46°) после того, как поршень уже пройдет нижнюю мертвую точку и пойдет вверх.
Это позволяет увеличить продолжительность впуска до 242° и улучшить наполнение цилиндра свежим воздухом, вначале за счет уменьшения сопротивления проходу воздуха и ускорения поступления свежего заряда воздуха (опережение открытия), а затем за счет инерции поступающего в цилиндр воздуха (запаздывание закрытия клапанов).
После сжатия и рабочего хода начинается выпуск отработавших газов. Опережение открытия выпускного клапана (56°) позволяет газам выходить из цилиндра под собственным давлением, что уменьшает затраты мощности на выталкивание газов при движении поршня вверх. Закрываются выпускные клапаны с запаздыванием, что улучшает очистку цилиндра от отработавших газов.
У всех двигателей есть периоды, когда одновременно впускной и выпускной клапаны открыты. Такое положение называют перекрытием клапанов. Чтобы правильно установить фазы газораспределения двигателя при сборке, необходимо совместить метки на шестернях газораспределения.
В течение одного рабочего цикла у четырехтактного двигателя впускной и выпускной клапаны должны открываться по одному разу. Поэтому распределительный вал вращается в 2 раза медленнее коленчатого вала и делает за цикл один оборот, а коленчатый вал - два.
Устройство ГРМ
Принцип действия механизма газораспределения изучаемых двигателей и взаимное расположение деталей одинаковые, однако устройство отдельных деталей, их размеры и крепления различны.
В конструкции распределительного вала различают опорные шейки, в которых вал вращается в блоке, и кулачки (по два на каждый цилиндр). Распределительный вал штампуют из стали, а его опорные шейки и рабочие поверхности кулачков закалены токами высокой частоты. Вращается вал в бронзовых или чугунных втулках, запрессованных в гнезда блок-картера.
Осевые перемещения распредвала во втулках ограничиваются различными способами. На двигателе СМД-14 осевое перемещение устраняется упорным регулировочным винтом. Винт заворачивают до отказа, затем отворачивают и затягивают контргайкой.
У двигателя СМД-60 осевое перемещение распределительного вала ограничивает упорная шайба, а необходимый зазор между упорной шайбой и торцом опорной шейки в пределах 0,16-0,28 мм обеспечивается при сборке двигателя. Упорная шайба ограничивает осевое перемещение распределительного вала и у дизелей АМ-41 и А-01М.
От продольного перемещения распределительный вал двигателей Д-240 и Д-65Н удерживается опорным кольцом, привернутым к блоку двумя винтами. Клапанный механизм включает впускной и выпускной клапаны, направляющие втулки, клапанные пружины, опорные шайбы (тарелки) и сухарики. Клапаны подвергаются воздействию высоких давлений и температур, поэтому они изготовляются из особо прочных сталей: впускной — из хромоникелевой, выпускной — из жаростойкой стали.
В клапанах различают тарелку клапана и стержень. В верхней части стержня имеется выточка под выступы сухариков; на некоторых двигателях делаются выточки под стопорное кольцо, которое удерживает клапан от падения в цилиндр при поломке пружины или выпадении сухариков.
Боковые поверхности тарелки (фаски) и гнезда клапанов в головке выполнены под углом 45°. Чтобы эти поверхности плотно прилегали, их шлифуют и притирают. Передающий механизм включает толкатели, штанги, коромысла с регулировочными винтами, валики коромысел, стойки коромысел и распорные пружины коромысел.
Толкатель передает движение от кулачков распредвала штангам. Толкатели могут быть выполнены в виде стакана (СМД-14, СМД-60, Д-65Н) или грибовидной формы (Д-240, Д-37). На двигателях АМ-41, А-01М, ЯМЗ-240Б применяют качающие роликовые толкатели. На этом рисунке представлен механизм газораспределения двс ЯМЗ-240 Б.
Роликовый толкатель качается относительно оси. При набегании кулачка распределительного вала на ролик толкателя толкатель поворачивается вокруг оси и поднимает штангу. Штанги передают возвратно-поступательное движение от толкателя к коромыслу. Они могут быть изготовлены из стального прутка или пустотелой трубки.
Коромысло представляет собой стальной двуплечий рычаг. В коротком плече в резьбовое отверстие устанавливается регулировочный винт. Боек коромысла, давящего на клапан, подвергается закалке. В отверстие средней части коромысла запрессовывается бронзовая втулка для установки коромысла на валик.
Валики коромысел, на которых устанавливаются коромысла, закреплены в стоиках, размещенных на верхней плоскости головки цилиндров. Продольное перемещение коромысел по валику предотвращается распорными пружинами. Валики стальные, пустотелые, внутренняя полость их используется для подвода масла к коромыслам, для чего против каждого коромысла в валике просверлены отверстия.
Декомпрессионный механизм предназначен для облегчения прокручивания коленчатого вала в первый момент запуска двигателя, путем открытия впускных, а у некоторых двигателей и всех клапанов. При открытых клапанах воздух в цилиндре не сжимается при такте сжатия, чем и облегчается прокручивание коленчатого вала. Когда же коленчатый вал разовьет 250-300 об/мин, декомпрессионный механизм выключают, подают топливо и двигатель заводится.
Этим механизмом пользуются и для экстренной остановки двигателя. Декомпрессионный механизм устанавливается на двигателях А-01М, АМ-41, СМД-14, Д-37М, Д-21Д. На моторах Д-240, ЯМЗ-240 Б, СМД-60 его нет.
Декомпрессионный механизм двигателя СМД-14 состоит из валиков, установленных над бойками коромысел в стойках. С нижней стороны под коромыслами валики имеют лыски, и когда механизм выключен, валики декомпрессионного механизма не касаются коромысел и не действуют на клапаны.
При включении механизма рычагом 25 валик поворачивается и своей несрезанной частью нажимает на коромысла и открывает клапаны. При выключении механизма валики поворачиваются своими лысками к коромыслам и не воздействуют на них.
На двигателях АМ-41 и А-01М в валиках против каждого коромысла ввернуты болты, которые при повороте валика своими головками давят на коромысла и открывают клапаны. Этими же болтами регулируют и величину открытия клапанов. На двигателях Д-37М, Д-21А декомпрессионный механизм воздействует не на коромысла, а на толкатели.
Обслуживание механизмов газораспределения
Обслуживание ГРМ сводится к периодическому осмотру наружных деталей, их креплений, проверке и установлению нормальных зазоров и обеспечению плотности прилегания клапанов к гнездам. Осмотры и регулировку газораспределительного механизма проводят при техническом обслуживании № 2 (ТО-2).
Перед началом регулировки клапанов подтягивают крепления головки цилиндров и стоек валиков коромысел. Затяжку гаек крепления головки цилиндров ведут динамометрическим ключом по определенной для каждого двигателя схеме в следующей последовательности: сначала затягивают гайки, расположенные в центре головки, затем производят поочередную подтяжку гаек, расположенных по обе стороны от центра головки цилиндров.
Для регулировки клапанов выполняют следующие операции: ставят поршень первого цилиндра на такт сжатия, в верхнюю мертвую точку. В этом положении поршня, когда клапаны закрыты, проверяют и регулируют зазоры. Чтобы выполнить это условие, наблюдая за коромыслами клапанов первого цилиндра, вращают коленчатый вал до тех пор, пока оба клапана (сначала выпускной, а затем впускной) откроются и закроются и после впуска начнется сжатие.
После этого вывинчивают установочный винт из картера маховика и вставляют его в то же отверстие не нарезанной частью и, нажимая на винт, продолжают вращать коленчатый вал до тех пор, пока винт не войдет в углубление на маховике.
При этом поршень будет в ВМТ на такте сжатия. Такая установка применяется на двигателях СМД-14, АМ-41, Д-240, Д-65 Н, Д-50. На последних трех двигателях это будет не точно ВМТ, а положение поршня в момент впрыска топлива.
Для регулировки зазора отвертывают контргайку регулировочного винта и, удерживая ее гаечным ключом, заворачивают или отворачивают регулировочный винт отверткой до получения необходимого зазора. Например, при зазоре 0,25-0,30 мм щуп толщиной 0,25 мм должен свободно входить между бойком коромысла и торцом клапана, а толщиной 0,30 мм - с усилием.
Затем регулируют (если он есть и регулируется) механизм декомпрессии в первом цилиндре (АМ-41, А-01М, Д-65Н). Для этого валик декомпрессора устанавливают так, чтобы ось регулировочных винтов была вертикальной. Заворачивают винт до соприкосновения с коромыслом и еще на один оборот и затягивают контргайку.
После регулировки клапанов и декомпрессионного механизма в первом цилиндре приступают к регулировке их в следующем цилиндре в соответствии с порядком работы двигателя (например, в третьем цилиндре при порядке 1-3-4-2), для чего коленчатый вал проворачивают на пол-оборота (для четырехцилиндровых, указанных выше).
У шестицилиндрового V-образного двигателя СМД-60 после установки первого цилиндра в ВМТ описанным выше способом открывают люк на картере маховика и поворачивают коленчатый вал по часовой стрелке еще на 45° так, чтобы метка на маховике с цилиндрами «1» и «4» стала против стрелки. В этом положении регулируют клапаны первого и четвертого цилиндров.
Затем поворачивают коленчатый вал в том же направлении на 240°, до совпадения меток «2» и «5», регулируют клапаны второго и пятого цилиндров и, провернув коленчатый вал еще на 240° до совмещения со стрелкой меток «3» и «6», регулируют зазоры клапанов в третьем и шестом цилиндрах.
Аналогичные метки имеются на двс ЯМЗ-240Б (на шестерне привода топливного насоса), причем одновременно регулируются клапаны в трех цилиндрах в соответствии с порядком работы двигателя.