Механизм газораспределения двигателя внутреннего сгорания

Стержень  клапана перемещается в чугунной направляющей втулке 4, запрессованной и фиксируемой  стопорным кольцом 23 в головке блока  цилиндров, обеспечивающей точную посадку клапана. На втулку надевается маслоотражательный колпачок 5 из маслостойкой резины. Клапан имеет  две цилиндрические пружины: наружную 8 и внутреннюю 7. Пружины  крепятся на стержне  клапана с помощью  шайб 6, тарелки 9 и  разрезного сухаря 10. Клапан приводится в  действие от кулачка  распределительного вала стальным кованным рычагом 11, который  опирается одним  концом на регулировочный болт 18, а другим –  на стержень клапана. Регулировочный болт имеет сферическую  головку. Он ввертывается в резьбовую втулку 20, закрепленную в головке  блока цилиндров  и застопоренную  пластиной 21, и фиксируется  гайкой 19. Регулировочным болтом устанавливается  необходимый зазор  между кулачком распределительного вала и рычагом  привода клапана, равный 0,15 мм на холодном двигателе и 0,2 мм на горячем двигателе (прогретом  до 75…85 °C). Пружина 17 создает постоянный контакт между  концом рычага привода  и стержнем клапана.

Принцип работы

Газораспределительный механизм (ГРМ) работает следующим образом. При вращении распределительного вала его кулачки  в соответствии с  порядком работы цилиндров  двигателя поочередно набегают на рычаги 11. Рычаги, поворачиваясь  одним концом на сферических  головках регулировочных болтов 18, другим концом воздействуют на стержни  клапанов, преодолевают сопротивление пружин 7, 8 и открывают клапаны. При дальнейшем повороте распределительного вала кулачки сходят с рычагов, которые  возвращаются в исходное положение под  действием пружин 17, а клапаны закрываются  под действием  пружин 7 и 8.

При работе двигателя распределительный  вал вращается  в два раза медленнее, чем коленчатый вал. Это связано с  тем, что за период рабочего цикла двигателя, протекающего за два  оборота коленчатого  вала, впускной и  выпускной клапаны  каждого цилиндра должны открываться  по одному разу.

Нормальная  работа газораспределительного механизма (ГРМ) во многом зависит от теплового  зазора между кулачками  распределительного вала и рычагами привода  клапанов. Этот зазор  обеспечивает плотное  закрытие клапанов при  их удлинении в  результате нагрева  во время работы. При недостаточном  тепловом зазоре или  его отсутствии происходит неполное закрытие клапанов, что приводит к  утечке газов, быстрому обгоранию фасок  головок клапанов и снижению мощности двигателя.

Привод  распределительного вала

Особенностью  привода распределительного вала (рисунок 3) является применение ременной передачи. Привод распределительного вала осуществляется через установленный на нем зубчатый шкив 4 ремнем 5 от зубчатого шкива 1 коленчатого вала. С помощью этого ремня также вращается зубчатый шкив 8 вала привода масляного насоса.

Рисунок 3 – Ременный привод распределительного вала

1, 4, 8 –  шкивы; 2 – болты; 3 – ролик; 5 – ремень; 6 – кронштейн; 7 –  пружина

Ремень  – зубчатый, изготовлен из резины, армированной стекловолокном. Зубья  ремня имеют трапециевидную форму. Ремень натягивается с помощью натяжного  ролика 3, закрепленного  на кронштейне 6. Натяжение  ремня регулируют пружиной 7 на неработающем двигателе при  ослабленных болтах 2 крепления кронштейна натяжного ролика. Привод распределительного вала работает без  смазки и снаружи  закрыт тремя пластмассовыми крышками.

Газораспределительный механизм двигателя, представленный на рисунке 4, состоит из распределительного вала 2 с двумя корпусами 1 подшипников, привода распределительного вала, толкателей 4, регулировочных шайб 3, направляющих втулок 6, клапанов 7, пружин 5 клапанов с деталями крепления.

Рисунок 4 – Газораспределительный  механизм (а) с верхним  расположением распределительного вала и его привод (б):

1 –  корпус; 2 – распределительный  вал; 3 – шайба; 4 –  толкатель; 5 – пружина; 6 – втулка; 7 – клапан; 8, 9, 11 – шкивы; 10 – ролик; 12 – ремень; 13 –  ось

Распределительный вал чугунный, литой, пятиопорный. В задней части вала 2 находится эксцентрик для привода топливного насоса. Корпуса 1 подшипников распределительного вала отлиты из алюминиевого сплава. В них находятся верхние половины опор под шейки распределительного вала: две в переднем корпусе и три в заднем. Толкатели 4 клапанов – стальные, цилиндрические, передают усилия от кулачков распределительного вала на клапаны. В верхней части толкателей имеется гнездо для установки регулировочной шайбы. Регулировочные шайбы 3 – плоские, стальные, толщиной 3,00…4,25 мм с интервалом через каждые 0,05 мм. Подбором толщины этих шайб регулируется тепловой зазор между шайбой и кулачком распределительного вала. Клапаны 7 (впускной, выпускной) отличаются по конструкции и изготовлены из разных сталей. Впускной клапан имеет головку большего диаметра, чем выпускной. Он выполнен из хромоникельмолибденовой стали. Выпускной клапан – составной, сварен из двух частей. Головка клапана изготавливается из жаропрочной хромоникельмарганцовистой стали, а стержень – из хромоникельмолибденовой стали. Направляющие втулки 6 клапанов – чугунные, запрессовываются и фиксируются стопорными кольцами в головке блока цилиндров.

Пружины 5 (наружная, внутренняя) прижимают  клапан к седлу  и не дают ему отрываться от толкателя. Они  также исключают  возникновение резонансных  колебаний деталей.

Привод  распределительного вала производится через установленный на нем зубчатый шкив 11 ремнем 12 от зубчатого шкива 8 коленчатого вала. Этим же ремнем вращается зубчатый шкив 9 насоса охлаждающей жидкости. Ремень – зубчатый, резиновый, армирован стекловолокном. Зубья ремня имеют полукруглую форму. Ремень натягивается роликом 10, который вращается на эксцентриковой оси 13, установленной на шпильке, закрепленной в головке блока цилиндров. При повороте эксцентриковой оси относительно шпильки изменяется натяжение ремня. Привод распределительного вала работает без смазочного материала. Он закрыт двумя крышками – передней пластмассовой и задней стальной.

При вращении распределительного вала его кулачок  набегает на шайбу 3 и толкатель 4. Толкатель  действует на стержень клапана 7, преодолевает сопротивление пружин 5 и открывает клапан. При дальнейшем повороте кулачок сходит с  толкателя, который  возвращается в исходное положение под  действием пружин 5, закрывающих клапан.

Газораспределительный механизм с нижним расположением распределительного вала

На  рисунке 5 показан газораспределительный механизм двигателя с нижним расположением распределительного вала. Газораспределительный механизм верхнеклапанный, с шестеренным приводом и двумя клапанами на цилиндр.

Рисунок 5 – Газораспределительный механизм с нижним расположением распределительного вала

1 –  распределительный  вал; 2 – клапан; 3, 20 – втулки; 4 – пружина; 5 – коромысло; 6 –  ось; 7 – винт; 8 –  штанга; 9 – толкатель; 10, 11, 12 – шестерни; 13 –  шейка; 14 – эксцентрик; 15 – кулачок; 16 –  сухарь; 17, 19 – шайбы; 18 – колпачок

Механизм  включает в себя распределительный  вал 1, привод распределительного вала, толкатели 9, штанги 8 толкателей, регулировочные винты 7, ось 6 коромысел, коромысла 5, клапаны 2, направляющие втулки 3 клапанов и пружины 4 с деталями крепления.

Распределительный вал – стальной, кованый, имеет пять опорных шеек 13, кулачки 15 (впускные и выпускные), шестерню 12 привода масляного насоса и распределители зажигания, а также эксцентрик 14 привода топливного насоса. Вал установлен в блоке цилиндров двигателя на запрессованных биметаллических втулках, изготовленных из стали и покрытых изнутри слоем свинцовистого баббита.

Привод распределительного вала осуществляется через прикрепленную к его переднему концу ведомую шестерню 10, изготовленную из текстолита. Она находится в зацеплении с ведущей стальной шестерней 11, установленной на коленчатом валу. Обе шестерни выполнены косозубыми для уменьшения шума и обеспечения плавной работы. Передаточное отношение шестеренного привода – отношение числа зубьев ведущей шестерни к числу зубьев ведомой шестерни – равно 1:2, т.е. ведомая шестерня 10 имеет в два раза больше зубьев, чем ведущая шестерня 11. Это необходимо для того, чтобы за два оборота коленчатого вала распределительный вал совершал один оборот, обеспечивая за полный цикл двигателя открытие впускного и выпускного клапанов каждого цилиндра по одному разу.

Толкатели 9 служат для передачи усилия от кулачков распределительного вала к штангам 8. Они изготовлены из стали, и их торцы, соприкасающиеся с кулачками, выполнены сферическими и наплавлены отбеленным чугуном для уменьшения изнашивания. Внутри толкатели имеют сферические углубления для установки штанг. Толкатели перемещаются в направляющих отверстиях блока цилиндров.

Штанги 8 передают усилие от толкателей к коромыслам 5. Они изготовлены из алюминиевого сплава, и на их концы напрессованы стальные наконечники.

Коромысла 5 предназначены для передачи усилия от штанг к клапанам. Коромысла стальные, имеют неравные плечи для уменьшения высоты подъема толкателей и штанг, в их короткие плечи ввернуты винты 7 для регулирования теплового зазора. Коромысла установлены на втулках на полой оси 6, закрепленной в головке цилиндров.

Клапаны 2 изготовлены из легированных жаропрочных сталей. Для лучшего наполнения цилиндров двигателя горючей смесью диаметр головки у впускного клапана больше, чем у выпускного.

Пружины 4 изготовлены из рессорно-пружинной стали. Деталями их крепления являются шайбы 17 и 19, сухари 16 и втулки 20. Резиновые маслоотражательные колпачки 18, установленные на впускных клапанах, исключают проникновение масла через зазоры между направляющими втулками и стержнями впускных клапанов.

Работа  механизма

Газораспределительный механизм (ГРМ) работает следующим образом. При вращении распределительного вала его кулачки  поочередно набегают на толкатели 9 в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Усилие от толкателей 9 через штанги 8 передается к коромыслам 5, которые, поворачиваясь на оси 6, воздействуют на стержни клапанов 2, преодолевают сопротивление  пружин 4 и открывают  клапаны. При дальнейшем повороте распределительного вала кулачки сходят с толкателей, которые  вместе со штангами и коромыслами  возвращаются в исходное положение под  действием пружин, закрывающих также  клапаны.

Ремонт

Основными дефектами распределительного вала являются изгиб, износ опорных шеек и шейки под распределительную  шестерню, износ кулачков. Биение  промежуточных опорных шеек проверяют  при установке вала в призмы на крайние опорные шейки. Допустимое биение определено техническими условиями. Если биение превышает допустимое значение, то вал правят под прессом. Изношенные шейки шлифуют под меньший  диаметр до одного из ремонтных размеров. После шлифования шейки полируют абразивной лентой или пастой ГОИ. При  этом осуществляют замену изношенных опорных стоек на новые. Внутренние диаметры новых запрессованных втулок обрабатывают разверткой или расточкой  резцом под размер перешлифованных  шеек распределительного вала. Опорные  шейки вала, вышедшие из ремонтных  размеров можно восстанавливать  хромированием или осталиванием  под номинальный или ремонтный  размер.

Небольшой износ кулачков устраняют шлифованием  на шлифовальном станке. При значительном износе вершину кулачка можно  восстановить наплавкой сормайтом  №1 с последующим предварительным  шлифованием на электро - шлифовальной установке и окончательной обработкой на шлифовальном станке.

Наиболее  часто встречающимися дефектами  клапанов являются износ и обгарание  рабочей фаски, деформации тарелки, износ и изгиб стержня. Клапаны  с небольшим износом рабочей  фаски восстанавливают притиркой  к седлу. При значительном износе или наличии глубоких раковин  и рисок осуществляют шлифование и притирку. После шлифования фаски  высота цилиндрической части головки  клапана должна быть не менее установленной  техническими условиями. Все клапаны  притирают одновременно на специальном  станке.

Допускаемое биение стержня клапана и рабочей  фаски предусмотрено техническими условиями. При большом биении стержень клапана правят. Изношенный стержень клапана можно восстановить хромированием  или осталиванием с последующим  шлифованием до номинального размера. Изношенный торец стержня клапана  шлифуют до получения гладкой  поверхности.

У толкателей клапанов изнашиваются сферические  и цилиндрические поверхности. Стержень восстанавливают шлифованием до ремонтного размере или хромированием. При этом отверстие у направляющих толкателей обрабатывают разверткой под  размер устанавливаемых стержней или  для запрессовки втулки. Втулки изготавливают  из серого чугуна и запрессовывают с натягом 0,02 - 0,03 мм. После запрессовки  внутренний диаметр втулок обрабатывают разверткой, обеспечивая необходимый  зазор в соединении. Износ сферической  поверхности стержня устраняют  шлифованием по шаблону, выдерживаю установленную техническими условиями  высоту.

В коромыслах клапанов изнашиваются втулки, которые  заменяют на новые и растачивают  отверстие в них до номинального или ремонтного размера. В новой  втулке сверлят масляные отверстия. Изношенную сферическую поверхность  носка коромысла обрабатывают шлифованием. Износ и раковины на фасках седел клапанов устраняют шлифованием или осуществляют замену седла. Производят притирку седла с клапаном или зенкование с последующим шлифованием и притиркой. При зенковании (рис 11,6) применяют комплект из четырех зенковок, имеющих углы наклона режущих кромок 30 или 45, 75 и 15о. Зенковки с углами 75 и 15о вспомогательные - их применяют для получения необходимой рабочей фаски.

Рабочие фаски седел клапанов шлифуют  абразивными кругами под соответствующий  угол. При больших износах седла  клапана, когда утопание калибра  превышает допустимое значение, указанное  в тех условиях, седло клапана  заменяют новым. Для этого изношенное клапанное седло растачивают, а  затем запрессовывают вставное седло  клапана, расчеканивая с помощью  специальной оправки. Далее шлифуют  и зенкуют рабочую фаску до получения требуемого размера. Затем  осуществляют притирку с рабочей  поверхностью клапана.