Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания

Введение

Автомобильный транспорт  занимает одно из ведущих мест в единой транспортной системе России. Развитие автомобилестроения в том недалеком СССР относится  к 1931-1932 годам, когда вступили в действие реконструированный завод АМО и  вновь построенный ГАЗ. На них  было организовано массовое производство грузовых автомобилей ГАЗ-АА и ЗИЛ-5.

В 1940 году начал производство малолитражных  автомобилей московский завод имени  КИН ныне АЗЛК. За годы послевоенных пятилеток вступили в строй Кутаисский (КАЗ), Кременчугский (КрАЗ), Ульяновский (УАЗ), Минский (МАЗ) автомобильные заводы, Павловский (ПАЗ), Ликинский (ЛиАЗ), и  Львовский (ЛАЗ) автобусные заводы,  а также другие автомобильные  заводы, производящие автомобили - самосвалы  и прицепно - подвижной состав.

С каждым годом растет производство автомобилей, но одновременно с ростом числа автомобилей, увеличивается  загрязнение окружающей среды выхлопами, отработавшими газами (ОГ) и существенно  вырастает шум, производимый ими. Токсичность  отработавших газов, выбрасываемых  в атмосферу при работе карбюраторных  двигателей, обуславливается главным  образом, содержание оксида углерода (СО), окиси азота (NO), и соединениями свинца (Pb), а дизелей - содержанием окислов  азота и сажи (C).

Большое значение для уменьшения загрязнения  окружающего воздуха отработавшими  газами приобретает ежедневно техническое  обслуживание подвижного состава автомобильного транспорта, находящегося в эксплуатации, одной из основных задач которого является контроль содержания токсичных  веществ в выхлопных газах  и доведение его до норм, установленных  в России.

На автомобильных заводах для  снижения токсичности отработавших газов разрабатываются новые  модели двигателей  и мероприятия  по совершенствованию рабочего процесса в двигателе, выбору оптимальных  режимов его работы и оптимизации  параметров систем питания и зажигания. Значительное уменьшение токсичности может быть достигнуто также нейтрализацией токсичных веществ при помощи специальных дожигателей отработавших газов, устанавливаемых на автомобилях. Частичным решением данной проблемы является и оснащение автотранспортных средств дизельными двигателями, т.е. дизеляция автомобилей, которая позволяет значительно сократить расход топлива и снизить токсичность отработавших  газов.

Последнее объясняется тем, что  в топливе для дизелей не содержится свинцовых присадок, а выброс вредных  компонентов, таких, как углеводород  и окись углерода, несколько раз  ниже. Кроме того, дизель на 25-30% экономичнее  карбюраторного двигателя. Для производство дизельного топлива требуется примерно  в 2,5 раза меньше затрат, чем для производства бензина и срок службы современного дизеля примерно в 1,5 раза выше карбюраторного двигателя. Расширение дизеляции происходит благодаря росту выпуска дизелей  на Камском автомобильном заводе (КамАЗ), Ярославском моторном заводе (ЯМЗ) и Кутаинском автозаводе (КАЗ). Кроме того, созданы новые дизели для авто ЗИЛ и ГАЗ и подготовлены производственные мощности для массовой дизеляции современных легковых автомобилей. Одновременно с этим намечается расширение производства автомобилей, работающих на сжатом и сжиженном  газах.

Перевод автомобиля с жидкого на газообразное топливо экономически оправдано, т.к. стоимость газового топлива примерно в 2-2,5 раза меньше стоимости бензина. По сравнению  с карбюраторными двигателями продуты  сгорания двигателей, работающих на газе, содержат значительно меньше токсичных  веществ.

Сильный шум при движении автотранспортных средств возникает в результате выброса в атмосферу отработавших газов и взаимодействия шин  с  дорогой. Поэтому основными направлениями  работ по снижению уровня шума, создаваемого автотранспортными средствами является усовершенствование конструкции глушителей и шин.

В общем балансе шума, создаваемом  автомобилями, значительная роль принадлежит  несущей системе (кузову или раме), а также элементам подвески. Шум  от несущей системы возникает  в результате ее вибрации при движении автомобиля и работе двигателя. Для снижения шума внутренние поверхности и основание кузова легкового автомобиля покрывают вибропоглащающими пастами. Вибрацию несущей системы, возникающей от толчков при движении по неравномерностям дорог снижают рессорами или подвесками специальной конструкции, в частности пневматическими. Автомобильные заводы постоянно работают над совершенствованием конструкций грузовых автомобилей и автопоездов, т.е. повышением их эксплуатационных качеств, производительности, и приспособленности к использованию прицепов и полуприцепов, уменьшению расхода топлива и смазочных материалов. К основным направлениям развития конструкций легковых автомобилей следует отнести переход на выпуск переднеприводных автомобилей с уменьшенной массой, снабженные двигателями с рабочим объемом до 1,8 литров. Уменьшение массы переднеприводных автомобилей позволяет снизить расход топлива на 10-15%.

Совершенствуется и структура  автомобильного парка:

• увеличивается выпуск специализированных автомобилей, прицепов и полуприцепов, автомобилей до двух тонн и более восьми тонн

• уменьшается выпуск автомобилей грузоподъемностью от двух до пяти тонн

Однако все эти усовершенствования смогут быть в полной мере реализованы  только при условии грамотной  эксплуатации автотранспортных средств, которая в основном зависит от водителя, от его знания конструкции  автомобили, умения своевременно обнаружить и устранить неисправности и  от его мастерства вождения.

Основными направлениями экономического и социального развития на период до 2000 года предусматривается уменьшение на 15-25% удельную металлоемкость, увеличить  ресурсы работы и снизить трудоемкость технического обслуживания автомобилей. Эти задачи связаны в первую очередь  с повышением качества и эффективности  работ по техническому обслуживанию с применением более совершенных  средств и методов обслуживания и ремонта автомобилей.

На автотранспортных предприятиях по техническому обслуживанию автомобилей  все шире внедряется средства диагностирования и новые формы организации  труда: бригадный подряд, оценка трудовой деятельности по конечному результату и др. Все это требует ускоренного  развития МТБ предприятий, дальнейшего  совершенствования процессов технического обслуживая и ремонта автомобилей, внедрения более широкой механизации  выполняемых работ и улучшения  организации производства. Механизация  работ облегчает и ускоряет многие технологические процессы, поэтому  от рабочих, обслуживающих автомобили, сейчас требуется не только знание их устройства, но и практические навыки пользования современным оборудованием, умение применять необходимые приспособления, инструменты, КИАП при диагностировании автомобилей.

Применение современного оборудования при техническом обслуживании и  ремонте не исключает выполнения общеслесарных операций, которыми должен владеть каждый рабочий-ремонтник. Слесарь по ремонту автомобиля должен иметь четкие представления об основных методах и способах восстановления деталей, технологии ремонтных работ, включая вопросы сборки и испытания  автомобилей после капитального ремонта.

Назначение  и характеристика

Газораспределительным называется механизм, осуществляющий открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя.

Газораспределительный механизм (ГРМ) служит для своевременного впуска горючей смеси  или воздуха в цилиндры двигателя и выпуска из цилиндров отработавших газов. В двигателях автомобилей применяются газораспределительные механизмы с верхним расположением клапанов. Верхнее расположение клапанов позволяет увеличить степень сжатия двигателя, улучшить наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом и упростить техническое обслуживание двигателя в эксплуатации. 
 
Двигатели автомобилей могут иметь газораспределительные механизмы различных типов (рисунок 1), что зависит от компоновки двигателя и, главным образом, от взаимного расположения коленчатого вала, распределительного вала и впускных и выпускных клапанов. Число распределительных валов зависит от типа двигателя.

Рисунок 1 – Типы газораспределительных механизмов, классифицированных по различным признакам

При верхнем расположении распределительный вал устанавливается в головке цилиндров, где размещены клапаны. Открытие и закрытие клапанов производится непосредственно от распределительного вала через толкатели или рычаги привода клапанов. Привод распределительного вала осуществляется от коленчатого вала с помощью роликовой цепи или зубчатого ремня.

Верхнее расположение распределительного вала упрощает конструкцию  двигателя, уменьшает  массу и инерционные  силы возвратно-поступательно  движущихся деталей  механизма и обеспечивает высокую надежность и бесшумность  его работы про  большой частоте  вращения коленчатого  вала двигателя.

Цепной  и ременный приводы  распределительного вала также обеспечивают бесшумную работу газораспределительного механизма.

При нижнем расположении распределительный  вал устанавливается  в блоке цилиндров  рядом с коленчатым валом. Открытие и  закрытие клапанов производится от распределительного вала через толкатели  штанги и коромысла. Привод распределительного вала осуществляется с помощью шестерен от коленчатого вала. При нижнем расположении распределительного вала усложняется  конструкция газораспределительного механизма и двигателя. При этом возрастают инерционные силы возвратно-поступательно  движущихся деталей  газораспределительного механизма. Число  распределительных  валов в газораспределительном  механизме и число  клапанов на один цилиндр  зависят от типа двигателя. Так, при большем  числе впускных и  выпускных клапанов обеспечивается лучшие наполнение цилиндров  горючей смесью и  их очистка от отработавших газов. В результате двигатель может развивать большие мощность и крутящий момент. При нечетном числе клапанов на цилиндр число впускных клапанов на один клапан больше, чем выпускных.

Конструкция и работа газораспределительного механизма

Газораспределительные механизмы независимо от расположения распределительных  валов в двигателе  включают в себя клапанную группу, передаточные детали и распределительные валы с приводом.

В клапанную группу входят впускные и выпускные клапаны, направляющие втулки клапанов и пружины клапанов с деталями крепления.

Передаточными деталями являются толкатели, направляющие втулки толкателей, штанги толкателей, коромысла, ось коромысел, рычаги привода клапанов, регулировочные шайбы и регулировочные болты. Однако при верхнем расположении распределительного вала толкатели, направляющие втулки и штанги толкателей, коромысла и ось коромысел обычно отсутствуют.

На  рисунке 2 представлен газораспределительный механизм двигателя с верхним расположением клапанов, с верхним расположением распределительного вала с цепным приводом и с двумя клапанами на цилиндр. Он состоит из распределительного вала 14 с корпусом 13 подшипников, привода распределительного вала, рычагов 11 привода клапанов, опорных регулировочных болтов 18 клапанов 1 и 22, направляющих втулок 4, пружин 7 и 8 клапанов с деталями крепления.

Рисунок 2 – Газораспределительный  механизм легкового  автомобиля с цепным приводом

1, 22 –  клапаны; 2 – головка; 3 – стержень; 4, 20 –  втулки; 5 – колпачок; 6 – шайбы; 7, 8, 17 –  пружины; 9 – тарелка; 10 – сухарь; 11 – рычаг; 12 – фланец; 13 – корпус; 14 – распределительный вал; 15 – шейка; 16 – кулачок; 18 – болт; 19 – гайка; 21 – пластина; 23 – кольцо; 24, 27, 28 – звездочки; 25 – цепь; 26 – успокоитель; 29 – палец; 30 – башмак; 31 – натяжное устройство

Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Распределительный вал – пятиопорный, отлит из чугуна. Он имеет опорные шейки 15 и кулачки 16 (впускные и выпускные). Внутри вала проходит канал, через который подводится масло от средней опорной шейки к другим шейкам и кулачкам. К переднему торцу вала крепится ведомая звездочка 24 цепного привода. Вал устанавливается в специальном корпусе 13 подшипников, отлитом из алюминиевого сплава, который закреплен на верхней плоскости головки блока цилиндров. От осевых перемещений распределительный вал фиксируется упорным фланцем 12, который входит в канавку передней опорной шейки вала и прикрепляется к торцу корпуса подшипников.

Привод  распределительного вала осуществляется через установленную на нем ведомую звездочку 24 двухрядной роликовой цепью 25 от ведущей звездочки 28 коленчатого вала. Этой цепью также вращается звездочка 27 вала привода масляного насоса. Привод распределительного вала имеет полуавтоматический натяжной механизм, состоящий из башмака и натяжного устройства. Цепь натягивается башмаком 30, на который воздействуют пружины натяжного устройства 31. Для гашения колебаний ведущей ветви цепи служит успокоитель 26. Башмак и успокоитель имеют стальной каркас с привулканизированным слоем резины. Ограничительный палец 29 предотвращает спадание цепи при снятии на автомобиле ведомой звездочки распределительного вала.

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапаны установлены в головке блока цилиндров в один ряд под углом к вертикальной оси цилиндров двигателя. Впускной клапан 1 для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью имеет головку большего диаметра, чем выпускной клапан. Он изготовлен из специальной хромистой стали, обладающей высокой износостойкостью и теплопроводностью. Выпускной клапан 22 работает в более тяжелых температурных условиях, чем впускной. Он выполнен составным. Его головку делают из жаропрочной хромистой стали, а стержень – из специальной хромистой стали.

Каждый  клапан состоит из головки 2 и стержня 3. Головка имеет  конусную поверхность (фаску), которой клапан при  закрытии плотно прилегает  к седлу из специального чугуна, установленному в головке блока  цилиндров и имеющему также конусную поверхность.