Газораспределительный и кривошипно-шатунный механизмы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунным называется механизм, осуществляющий рабочий процесс двигателя.

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение коленчатого вала.

В двигателях автомобилей применяются различные кривошипно-шатунные механизмы (рис. 1): однорядные кривошипно-шатунные механизмы с вертикальным перемещением поршней и с перемещением поршней под углом применяются в рядных двигателях; двухрядные кривошипно-шатунные механизмы с перемещением поршней под углом применяются в V-образных двигателях; одно- и двухрядные кривошипно-шатунные механизмы с горизонтальным перемещением поршней находят применение в тех случаях, когда ограничены габаритные размеры двигателя по высоте.

Рис. 1. Типы кривошипно-шатунных механизмов, классифицированных по различным признакам

1.1 Конструкция кривошипно-шатунного механизма

В кривошипно-шатунный механизм входят блок цилиндров с картером и головкой цилиндров, шатунно-поршневая группа и коленчатый вал с маховиком.

Блок цилиндров 11 (рис.2) с картером 10; головка блока цилиндров являются неподвижными частями кривошипно-шатунного механизма.

К подвижным частям механизма относятся коленчатый вал 34 с маховиком 43 и детали шатунно-поршневой группы -- поршни 24, поршневые кольца 18 и 19, поршневые пальцы 26 и шатуны 27.

Блок цилиндров вместе с картером является остовом двигателя. На нем и внутри него размещаются механизмы и устройства двигателя. В блоке 11, выполненном заодно с картером 10 специального низколегированного чугуна, изготовлены цилиндры двигателя. Внутренние поверхности цилиндров отшлифованы и называются зеркалом цилиндров. Внутри блока между стенками цилиндров и его наружными стенками имеется специальная полость 9, называемая рубашкой охлаждения. В ней циркулирует охлаждающая жидкость системы охлаждения двигателя.

Внутри блока также имеются каналы и масляная магистраль смазочной системы, по которым подводится масло к трущимся деталям двигателя. В нижней части блока цилиндров (в картере) находятся опоры 2 для коренных подшипников коленчатого вала, которые имеют съемные крышки 1, прикрепляемые к блоку самоконтрящимися болтами. В передней части блока расположена полость 3 для цепного привода газораспределительного механизма. Эта полость закрывается крышкой, отлитой из алюминиевого сплава.

Рис. 2. Кривошипно-шатунный механизм двигателей легковых автомобилей ВАЗ:

1, 6 -- крышки; 2 -- опора; 3,9 -- полости; 4, 5 -- прокладки; 7 -- горловина; 8, 22, 28, 30 -- головки; 10 -- картер; 11 -- блок цилиндров; 12 -- 16, 20 -- приливы; 17, 33 -- отверстия; 18, 19 -- кольца; 21 -- канавки; 23 --- днище; 24 --- поршень; 25 -- юбка; 26 -- палец; 27 -- шатун; 29 -- стержень; 31, 42 -- болты; 32, 44 -- вкладыши; 34 -- коленчатый вал; 35, 40 -- концы коленчатого вала; 36, 38 -- шейки; 37 -- щека; 39 -- противовес; 41 -- шайба; 43 -- маховик; 45 -- полукольцо

В левой части блока цилиндров находятся отверстия 17 для подшипников вала привода масляного насоса, в которые запрессованы свертные сталеалюминиевые втулки. С правой стороны блока в передней его части имеются фланец для установки насоса охлаждающей жидкости и кронштейн для крепления генератора. На блоке цилиндров имеются специальные приливы для: 12 -- крепления кронштейнов подвески двигателя; 13 -- маслоотделителя системы вентиляции картера двигателя; 14 -- топливного насоса; 15 -- масляного фильтра; 16-- распределителя зажигания. Снизу блок цилиндров закрывается масляным поддоном, а к заднему его торцу прикрепляется картер сцепления. Для повышения жесткости нижняя плоскость блока цилиндров несколько опущена относительно оси коленчатого вала.

В отличие от блока, отлитого совместно с цилиндрами, на рис. 3 представлен блок 4 цилиндров с картером 5, отлитые из алюминиевого сплава отдельно от цилиндров. Цилиндрами являются легкосъемные чугунные гильзы 2, устанавливаемые в гнезда яблока с уплотнительными кольцами 1 и закрытые сверху головкой блока. Блок двигателя со съемными гильзами цилиндров с уплотнительной прокладкой.

Рис.3

1 - кольцо; 2 - гильза; 3 - полость; 4 - блок; 5 - картер; 6 - гнездо

Внутренняя поверхность гильзы обработана шлифованием. Для уменьшения изнашивания в верхней части гильз установлены вставки из специального чугуна.

1.2 Крепление двигателя

газораспределительный кривошипно шатунный механизм

Двигатель в сборе со сцеплением и коробкой передач устанавливают на автомобилях на эластичных опорах. Опоры воспринимают не только нагрузку от двигателя, но и нагрузки, возникающие при трогании автомобиля с места, разгоне и торможении. Они уменьшают колебания двигателя, устраняют передачу его вибраций на кузов и смягчают удары, передаваемые на двигатель от дорожных неровностей при движении автомобиля.

Система крепления двигателя на автомобилях включает в себя (рис. 4) переднюю 1, заднюю 4 и левую 5 опоры. Передняя и левая опоры имеют одинаковую конструкцию.

Рис.4.

1,4,5 - опоры; 2,3,6 - кронштейны

Каждая опора состоит из наружной стальной обоймы и внутренней алюминиевой втулки, между которыми завулканизирована резина. Обе опоры запрессованы в стальные сварные кронштейны. Кронштейн 2 передней опоры прикреплен болтами к блоку цилиндров, а кронштейн 6 левой опоры -- шпильками к картеру коробки передач.

2. Газораспределительный механизм

2.1 Назначение и характеристика

Рис. 5. Типы газораспределительных механизмов, классифицированных по различным признакам

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.

2.2 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.

Распределительный вал обеспечивает своевременное открытие и закрытие клапанов. Распределительный вал -- пятиопорный, отлит из чугуна. Он имеет опорные шейки 75 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.

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 к 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 кованым 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°С). Пружина 17 создает постоянный контакт между концом рычага привода и стержнем клапана.

Рис. 6. Газораспределительный механизм легкового автомобиля с цепным приводом:

1, 22 -- клапаны; 2 -- головка; 3 -- стержень; 4, 20 -- втулки; 5 -- колпачок; б -- 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

Газораспределительный механизм 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 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 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.

Особенностью привода распределительного вала (рис. 7) 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.

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.

Рис. 7. Ременный привод распределительного вала:

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

Газораспределительный механизм двигателя, представленный на рис. 8, состоит из распределительного вала 2 с двумя корпусами подшипников, привода распределительного вала, толкателей 4, регулировочных шайб 3, направляющих втулок 6, клапанов 7, пружин 5 клапанов с деталями крепления.

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.

Рис. 8. Газораспеделительный механизм (д) с верхним расположением распределительного вала и его привод (6):

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

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 хромоникель-марганцовистой стали, а стержень -- из хромоникельмолибденовой стали.

Направляющие втулки 6 клапанов -- чугунные, запрессовываются и фиксируются стопорными кольцами в головке блока цилиндров.

Рис. 9. Газораспределительный механизм с нижним расположением распределительного вала:

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

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.

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 перемешаются 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 7для 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.

Газораспределительный механизм 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 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.

В настоящее время в газораспределительных механизмах двигателей легковых автомобилей для привода впускных и выпускных клапанов находят широкое применение гидравлические толкатели.

Гидравлические толкатели автоматически обеспечивают постоянный (беззазорный) контакт кулачков распределительного вала с клапанами, компенсируют износ сопрягаемых деталей (распределительного вала и клапанной группы) и исключают необходимость регулирования теплового зазора клапанов в эксплуатации.

Гидравлический толкатель (рис. 10) состоит из корпуса, компенсатора и шарикового клапана. В корпусе 2 толкателя приварена направляющая втулка 1, в которой стопорным кольцом 3 закреплен компенсатор. Компенсатор состоит из корпуса 4 и поршня 5, между которыми установлена разжимная пружина 7, а в поршне размещен шариковый клапан 6. Внутренняя полость компенсатора заполнена маслом, которое поступает в компенсатор при открытом клапане 6 из корпуса гидротолкателя. В корпус гидротолкателя масло подается из масляной магистрали головки цилиндров через наружную канавку и отверстие, выполненные в корпусе.

Рис. 10. Гидравлический толкатель:

1 -- втулка; 2, 4-- корпуса; 3 -- кольцо; 5 -- поршень; 6 -- клапан; 7 -- пружина

Гидротолкатель каждого клапана установлен между торцом стержня клапана и кулачком распределительного вала в отверстии, расточенном в головке цилиндров.

Работает гидравлический толкатель следующим образом.

При набегании кулачка распределительного вала на толкатель усилие от кулачка передается на торец его корпуса 2, который перемещает поршень 5 компенсатора, преодолевая сопротивление пружины 7. При этом шариковый клапан 6 закрывается и запирает находящееся внутри компенсатора масло, через которое и передается усилие от распределительного вала к впускному или выпускному клапану, и клапан открывается. При перемещении поршня 5 часть масла из компенсатора через зазор между поршнем и корпусом 4 вытекает в корпус 2 толкателя, и поршень немного вдвигается в корпус 4 компенсатора.

При сбегании кулачка распределительного вала с толкателя пружина 7 прижимает поршень 5 к корпусу толкателя, обеспечивая его беззазорный контакт с кулачком распределительного вала. При этом шариковый клапан 6 открывается, впускает масло в компенсатор, а впускной или выпускной клапан закрывается.

2.3 Фазы газораспределения

Продолжительность открытия впускных и выпускных клапанов, выраженная в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мертвых точек, называется фазами газораспределения.

Наивысшие мощностные показатели работы двигателя могут быть достигнуты при наилучшем наполнении цилиндров горючей смесью и наиболее полной их очистке от отработавших газов. Поэтому продолжительность фаз впуска и выпуска установлена больше 180° за счет того, что моменты открытия и закрытия клапанов не совпадают с положениями поршня в верхней и нижней мертвых точках. Так, впускной клапан открывается в конце такта выпуска до прихода поршня в ВМТ с опережением на 12° (рис. 11, а) у двигателей заднеприводных автомобилей ВАЗ и 33° (рис. 2.17, б) у двигателей переднеприводных автомобилей ВАЗ, а закрывается в начале такта сжатия после прихода поршня в НМТ с запаздыванием соответственно на 40 и 79°. Продолжительность впуска горючей смеси в цилиндры двигателей составляет соответственно 232 и 292°, что обеспечивает наилучшее их наполнение.

Рис. 11. Фазы газораспределения (а, б) двигателей

Выпускной клапан открывается в конце такта рабочего хода до прихода поршня в НМТ с опережением на 42 и 47°, а закрывается в начале такта впуска после прихода поршня в ВМТ с запаздыванием соответственно на 10 и 17°. Продолжительность выпуска отработавших газов из цилиндров двигателей составляет соответственно 232 и 244°, что обеспечивает наиболее полную их очистку от газов.

В конце такта выпуска и в начале такта впуска происходит перекрытие клапанов, когда оба клапана (впускной и выпускной) открыты одновременно. Продолжительность перекрытия клапанов составляет для двигателей 22 и 50°. Перекрытие клапанов длится небольшой промежуток времени и не оказывает влияния на работу двигателя.

В процессе эксплуатации необходимо следить за правильной установкой фаз газораспределения. Она обеспечивается совмещением специальных меток на шкивах распределительного и коленчатого валов и соответствующих меток на двигателе или совмещением меток на шестернях привода.

Постоянство фаз газораспределения сохраняется только при соблюдении регулируемых тепловых зазоров в газораспределительном механизме. При увеличении зазоров продолжительность открытия клапанов уменьшается, а при уменьшении -- увеличивается.

Размещено на Allbest.ru