Механизм газораспределения двигателя КамАЗ-740
Механизм газораспределения этого двигателя состоит из распределительного вала 1 (рис. 14) с шестерней 17, толкателей 2 с направляющими 3, штанг 4, коромысел 6 с регулировочными винтами 5 и контргайками 7, впускных 14 и выпускных 15 клапанов с пружинами 10,11 и деталями их крепления, привода распределительного вала.
Рис.14. Механизм газораспределительный
1 — вал распределительный; 2 — толкатель; 3 — направляющая толкателя; 4 — штанга толкателя; 5 — клапан выпускной; 6 — винт регулировочный; 7 — коромысло; 8- втулка; 9-тарелка пружины; 10 и 11- внутренняя и наружная пружины; 12 — шайба; 13-сухарь; 14-уплотнительная манжета впускного клапана; 15 — направляющая втулка клапана; 16-клапан впускной; 17-шестерня распределительного вала; 18-корпус подшипника; 19-втулка подшипника.
Распределительный вал изготовлен из стали. Он имеет пять опорных шеек и шестнадцать кулачков, преобразующих вращательное движение вала в поступательное движение толкателей, штанги клапанов. Количество кулачков и их расположение соответствует числу клапанов и последовательности их открытия. Рабочие поверхности опорных шеек и кулачков цементированы и закалены токами высокой частоты. Профили у кулачков для впускных и выпускных неодинаковые, поверхности вершин кулачков скошены. Распределительный вал установлен в развале блока цилиндров на пяти подшипниках скольжения, представляющих собой стальные втулки, залитые антифрикционным сплавом. Задний подшипник установлен в опоре , которая крепится к блоку тремя болтами. На заднем конце вала при помощи шпонки закреплена прямозубая шестерня. От осевых смещений вал удерживается опорой, в которую с одной стороны упирается ступица шестерни , а с другой стороны — упорный бурт задней опорной шейки.
Толкатели передают усилие от кулачков распределительного вала к штангам. Цилиндрическая направляющая часть толкателя пустотелая, в ней имеются два отверстия для слива масла из внутренней полости. Этим маслом смазывается боковая поверхность толкателей и кулачки распределительного вала. Внутренняя поверхность толкателя заканчивается сферическим гнездом, куда упирается нижний конец штанги. Торцевая поверхность толкателя, сопряженная с кулачком, для повышения износостойкости наплавляется отбеленным чугуном и имеет тарельчатую форму.
Толкатели устанавливаются в чугунных направляющих, прикрепленных к блоку цилиндров. При работе двигателя толкатели постоянно вращаются вокруг своих осей, что обеспечивает их равномерный износ. Вращение толкателей достигается за счет сферической поверхности их тарелок и скошенных поверхностей кулачков распределительного вала. Штанги передают усилие от толкателей на коромысла, они изготовлены из стали, пустотелые, со вставными наконечниками. Нижний наконечник имеет выпуклую сферическую поверхность, верхний наконечник выполнен в виде сферической чашки. Для прохода смазки через штанги в наконечниках имеются отверстия.
Коромысла передают усилия от штанг клапанам, изготовлены из стали. Каждое коромысло представляет собой двухплечий рычаг, в отверстие которого запрессована бронзовая втулка. Носик длинного плеча коромысла закален до высокой твердости. В короткое плечо коромысла ввернут регулировочный винт с контргайкой для регулировки зазора между коромыслом и торцом стержня клапана.
Коромысла впускного и выпускного клапанов установлены па общей стойке, закрепленной на головке цилиндров двумя шпильками. Осевое перемещение коромысел ограничивается пластинчатым фиксатором, установленным под стойку. В стойке имеется отверстие для подвода масла к коромыслам.
Клапаны предназначены для открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. Каждый цилиндр имеет один впускной и один выпускной клапаны. Оба клапана изготавливаются из жаропрочной стали. Клапан состоит из головки и стержня; головка имеет рабочую фаску, а стержень кольцевую проточку. Диаметр головки впускного клапана больше, чем у выпускного клапана, это улучшает наполнение цилиндра воздухом. Рабочая фаска головки выпускного клапана, работающего в условиях высоких температур, упрочнена износостойким и коррозионно-стойким сплавом стелитом.
Клапана перемещаются в металлопоперечных втулках, запрессованных в головку блока. Для лучшей приработки стержни клапанов перед сборкой покрываются графитом. На втулке впускного клапана устанавливается уплотнительная манжета для ограничения поступления масла в зазор между стержнем клапана и втулкой. К этим деталям посыпает масло, вытекающее из сопряжения коромысла с осью.
Клапанные пружины обеспечивают плотное закрытие клапанов, изготовлены из специальной пружинной стали. На каждый клапан устанавливается две цилиндрические пружины с противоположной навивкой. Одним торцом пружины опираются на головку через стальную шайбу и вторым — в упорную тарелку, которая упирается в коническую втулку, удерживаемую на клапане двумя конусными сухарями, Втулка имеет небольшую торцовую опорную поверхность, поэтому трение между втулкой и тарелкой незначительное. Вследствие этого клапан под воздействием вибраций имеет возможность проворачиваться относительно седла, чем повышается срок его службы.
Рис.15. Установка шестерен привода агрегатов: 1-шестерня ведущая;2,3-шестерни промежуточные;4-шестерня распределительного вала; 5-шестерня привода топливного насоса; 6-шестерня привода насоса усилительного механизма; 7-шестерня привода компрессора
Привод распределительного вала осуществляется от ведущей шестерни 1 (рис, 15), установленной на хвостовике коленчатого вала через блок промежуточных шестерен 2 и 3. Все шестерни стальные, штампованные с термообработанными прямыми зубьями. Блок шестерен вращается на сдвоенном коническом роликоподшипнике, установленном на оси, закрепленной на заднем торце блока цилиндров. От шестерни распределительного вала через шестерню 5 получает привод топливный насос высокого давления, а от шестерни 5 через шестерни 6 и 7 соответственно насос гидроусилителя рулевого привода и компрессор.
Для согласованной работы кривошипно-шатунного газораспределительного механизмов и топливного насоса шестерни устанавливаются по меткам «О» и рискам, нанесенным на их торцах. Работа механизма газораспределения заключается в следующем. Вращение коленчатого вала двигателя через блок промежуточных шестерен передается на распределительный вал, кулачки которого набегают на толкатели и заставляют их перемещаться. Усилия от толкателей через штанги и коромысла передаются клапанам, заставляя их открываться. При сбегании кулачков с толкателей клапаны закрываются под действием своих пружин.
Фазами газораспределения называются продолжительность открытия впускных и выпускных клапанов, выраженных в углах поворота коленчатого вала относительно мертвых точек. Для лучшего наполнения цилиндров воздухом (или горючей смесью) впускные клапаны открываются до подхода поршня к ВМТ в такте впуска, т.е. с опережением, а закрываются с запозданием после прохождения поршнем НМТ в такте сжатия. Для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов выпускные также открываются до подхода поршня к НМТ в такте расширения, а закрываются после прохождения поршня ВМТ в такте впуска.
Рис.16. Диаграммы фаз газораспределения: а-фазы газораспределения двигателя ЗМЗ-66; б-фазы газораспределения двигателей ЗИЛ-131, ЗИЛ-130
Фазы газораспределения изображаются в виде круговых диаграмм у (рис. 16). Из диаграммы видно, что при работе двигателя возникают положения, при которых одновременно открыты впускные и выпускные клапаны; такое состояние называется перекрытием клапанов. Для рассматриваемого двигателя оно составляет 20° при положений поршня у ВМТ и 112 при положении поршня у НМТ.
Тепловой зазор между торцом клапана и коромыслом необходим для полного открытия и плотного закрытия клапана в горячем состоянии.
Величина этого зазора должна составлять на холодном двигателе для впускного клапана 0,25 . 0,30 мм, для выпускного 0,36 . 0,40мм.
При увеличенном зазоре клапан полностью не открывается, что ухудшает наполнение цилиндров свежим зарядом и затрудняет удаление отработавших газов. При недостаточном зазоре клапаны, нагреваясь, могут неплотно закрываться, что вызывает утечку газов и перегрев клапанов с возможностью прогара их фасок. Во всех случаях снижается мощность двигателя и возрастает расход топлива.
Регулировка теплового зазора производится с помощью регулировочного винта 5 (см.рис.14) с контргайкой 7.
Особенности механизма газораспределения дизеля КАМАЗ 740.30-260
Механизм газораспределения предназначен для обеспечения впуска в цилиндры свежего воздушного заряда и выпуска из них отработавших газов
Впускные и выпускные клапаны открываются и закрываются в определенных положениях поршня, что обеспечивается совмещением меток на шестернях привода агрегатов при их монтаже.
Механизм газораспределения — верхнеклапанный с нижним расположением распределительного вала.
Кулачки распределительного вала 24 в соответствии с фазами газораспределения приводят в действие толкатели 23.
Штанги 19 сообщают качательное движение коромыслам 16, а они, преодолевая сопротивление пружин 7 и 8, открывают клапаны 25.
Закрываются клапаны под действием силы сжатия пружин.
Распределительный вал стальной, кулачки и опорные шейки подвергнуты термообработке ТВЧ;
— устанавливается в развале блока цилиндров на пяти подшипниках скольжения, представляющих собой стальные втулки, залитые антифрикционным сплавом.
Диаметр втулок на 6 мм больше по сравнению со втулками двигателя мод. 740.10.
Распределительный вал увеличенной размерности, измененными фазами газораспределения и ходом клапанов по сравнению с распредвалом двигателя мод. 740.10.
На задний конец распределительного вала напрессована прямозубая шестерня 3.
Привод распределительного вала осуществляется от шестерни коленчатого вала через промежуточные шестерни.
Шестерни стальные, штампованные с термообработанными зубьями.
Для обеспечения заданных фаз газораспределения шестерни при сборке устанавливаются по меткам, выбитым на торцах (см. статью «Техническая характеристика двигателя КАМАЗ 740.11-240»).
От осевого перемещения вал фиксируется корпусом 2 подшипника задней опоры, который крепится к блоку цилиндров тремя болтами.
Посадочный диаметр корпуса подшипника задней опоры больше по сравнению с корпусом подшипника двигателя мод. 740.10.
Установка корпуса подшипника задней опоры распределительного вала двигателя мод. 740.10 не допустима, так как приведет к аварийному снижению давления масла в системе и преждевременному выходу из строя двигателя.
Клапаны из жаропрочной стали.
Угол рабочей фаски клапанов 90°. Диаметр тарелки впускного клапана 51,6 мм, выпускного — 46,6 мм, высота подъема впускного клапана — 14,2 мм, выпускного — 13,7 мм.
Геометрия тарелок впускных и выпускных клапанов обеспечивают соответствующие газодинамические параметры впуска-выпуска газов и поэтому их замена на клапаны двигателя мод. 740.10 не рекомендуется.
Клапаны перемещаются в направляющих втулках изготовленных из металлокерамики.
Для предотвращения попадания масла в цилиндр и снижения его расхода на угар, на направляющих клапанов устанавливаются резиновые уплотнительные манжеты.
Толкатели тарельчатого типа с профилированной направляющей частью, изготовлены из стали с последующей наплавкой поверхности тарелки отбеленным чугуном.
Толкатель подвергнут химико-термической обработке.
Коромысла клапанов стальные, штампованные, представляют собой двуплечий рычаг, у которого отношение большого плеча к меньшему составляет 1.55.
Коромысла впускного и выпускного клапанов устанавливаются на общей стойке и фиксируются в осевом направлении пружинным фиксатором.
Коромысла клапанов двигателя 740.11-240. в отличие от коромысел двигателя мод. 740.10, не имеют бронзовой втулки.
Направляющие толкателей отлиты заодно с блоком цилиндров.
Штанги толкателей стальные, пустотелые с запрессованными наконечниками. Штанги на 3 мм короче штанг двигателя мод. 740.10 и не взаимозаменяемы с ними.
Стойка коромысел чугунная, её цапфы подвергнуты термической обработке ТВЧ.
Диаметр цапф на 2 мм больше по сравнению с цапфами стойки коромысел двигателя мод. 740.10.
Пружины клапанов винтовые, устанавливаются по две на каждый клапан.
Пружины имеют различные направления навивки. Диаметр проволоки наружной пружины 4,8 мм, внутренний — 3,5 мм. Предварительно устанавливаемое усилие пружин 355 Н, суммарное рабочее — 821 Н.
Пружины взаимозаменяемы с пружинами двигателя мод. 740.10.
Головки цилиндров 1 (рис. 1) отдельные на каждый цилиндр, изготовлены из алюминиевого сплава.
Головка цилиндра имеет полость охлаждения, сообщающуюся с полостью охлаждения блока.
Для усиления днища головки увеличена ее толщина в зоне выпускного канала и выполнено дополнительное ребро по сравнению с головкой цилиндра двигателя мод. 740.10.
Каждая головка цилиндров устанавливается на два установочных штифта, запрессованные в блок цилиндров, и крепится четырьмя болтами из легированной стали.
Один из установочных штифтов одновременно служит втулкой для подачи масла на смазку коромысел клапанов.
Втулка уплотнена резиновыми кольцами.
В головке, по сравнению с головкой двигателя 740.10, увеличено отверстие слива моторного масла из-под клапанной крышки в штанговую полость.
Окна впускного и выпускного каналов расположены на противоположных сторонах головки цилиндров.
Впускной канал имеет тангенциальный профиль для обеспечения оптимального вращательного движения воздушного заряда, определяющего параметры рабочего процесса и экологические показатели двигателя, поэтому замена на головки цилиндров двигателя мод. 740.10 не допускается.
В головку запрессованы чугунные седла и металлокерамические направляющие втулки клапанов.
Седла клапанов имеют увеличенный натяг в посадке по сравнению с седлами двигателя мод. 740.10, и фиксируются острой кромкой.
Выпускное седло и клапан профилированы для обеспечения меньшего сопротивления выпуску отработавших газов.
Применение выпускного клапана мод. 740.10 не рекомендуется.
Стык «головка цилиндра — гильза» (газовый стык) — беспрокладочный (рис. Газовый стык).
В расточенную канавку на нижней плоскости головки запрессовано стальное уплотнительное кольцо 3. Посредством этого кольца головка цилиндра устанавливается на бурт гильзы.
Герметичность уплотнения обеспечивается высокой точностью обработки сопрягаемых поверхностей уплотнительного кольца и гильзы цилиндра 5.
Уплотнительное кольцо дополнительно имеет свинцовистое покрытие для компенсации микронеровностей уплотняемых поверхностей.
Для уменьшения вредных объемов в газовом стыке установлена фторопластовая прокладка — заполнитель 4.
Прокладка — заполнитель фиксируется на выступающем пояске кольца газового стыка за счет обратного конуса с натягом.
Применение прокладки заполнителя снижает удельный расход топлива и дымность отработавших газов. Прокладка-заполнитель разового применения.
Для уплотнения перепускных каналов охлаждающей жидкости в отверстия днища головки установлены уплотнительные кольца 2 из силиконовой резины.
Пространство между головкой и блоком, отверстия стока моторного масла и отверстия прохода штанг уплотнены прокладкой 7 головки цилиндра из термостойкой резины.
При сборке двигателя болты крепления головки цилиндра следует затягивать в три приема в порядке возрастания номеров, указанном на рис. 5
Величины моментов затяжки должны быть:
1 прием — до 39-49 Нм (4-5 кгс.м);
2 прием — до 98-127 Нм (10-13 кгс.м);
3 прием — до 186-206 Нм (19-21 кгс.м
Перед ввертыванием смазать резьбу болтов слоем графитовой смазки.
После затяжки болтов необходимо отрегулировать зазоры между клапанами и коромыслами (регулировка зазоров клапанов описана в статье — Как отрегулировать зазоры клапанов Камаз.
Клапанный механизм закрыт алюминиевой крышкой 15 (см. рис. 1). Для шумоизоляции и уплотнения стыка крышка — головка цилиндра применены виброизоляционная шайба 14 и резиновая уплотнительная прокладка 19.
Болты крепления крышек головок цилиндров затянуть с крутящим моментом 12,7-17,6 Нм (1,3-1,8 кгс.м).
Основные неисправности механизма газораспределения
Отклонения в работе механизма газораспределения при естественном износе деталей вызывают ухудшение динамики механизма, способствуют ускоренному износу сопряжений. Из общего числа отказов всех систем двигателя 25-27 % приходится на ГРМ.
Основными неисправностями двигателя, обуславливаемые неисправностями ГРМ, могут быть следующие:
— уменьшение мощности двигателя, увеличение расхода топлива и масла;
— повышение дымности отработавших газов;
— уменьшение давления масла в системе двигателя при температуре выше 0° С;
— неустойчивая работа двигателя на холостом ходу;
— работа двигателя с перебоями или перегревом;
— подтекания жидкости в соединениях системы охлаждения.
Признаками неисправностей ГРМ являются стуки в головке цилиндра. Звонкий стук в головке цилиндра вызывается стуком клапанов о коромысла из-за большого теплового зазора между клапаном и носком коромысла.
Глухой металлический стук на холостом ходу и усиление его при подаче топлива являются признаком поломки клапанных пружин или заедании клапанов.
Неплотная посадка клапана на седло возникает при отсутствии или уменьшении теплового зазора между носком коромысла и клапаном, а так же при нарушении несущей способности неподвижного соединения головка цилиндров – седло клапана.
При неплотной посадке клапана на седло на отдельных участках между клапаном и седлом образуются зазоры.
Раскалённые газы под давлением и с большой скоростью проходят в образовавшиеся щели, поэтому поверхности фаски в этом месте интенсивно коррозируют, ухудшается прилегание фаски к седлу.
На поверхности фаски накапливаются продукты сгорания, вследствие чего нарушается герметичность соединения.
Анализ характерных повреждений клапанов и их сёдел показывает, что примерно 90% всех повреждений возникает при нарушении герметичности соединения седло – клапан.
При увеличении теплового зазора уменьшается высота подъёма клапанов, вследствие чего ухудшается наполнение и очистка цилиндров, растут ударные нагрузки и износ деталей ГРМ.
При очень маленьких тепловых зазорах, в результате сгорания или износа рабочих фасок клапана или седла клапана, не обеспечивается герметичность камеры сгорания, двигатель теряет компрессию, перегревается и не развивает полной мощности.
Наиболее часто встречающиеся неисправности ГРМ следующие:
– преждевременный износ посадочных поверхностей седла и клапана; износ направляющей втулки клапана;
– нарушение стабильности посадки в сопряжении седло клапана — головка цилиндров;
– деформация головки цилиндров;
– деформация седла и стержня клапана;
– деформация тарелки клапана; обрыв стержня клапана и коррозия; износ отверстий под толкатели;
– износ втулок распределительного вала; износ кулачков распределительного вала; износ коромысел клапанов.
Перед выполнением технических обслуживаний необходим индивидуальный контроль состояния ГРМ, позволяющий при помощи специального оборудования, без разборки двигателя заблаговременно выявить указанные выше скрытые неисправности и определить перечень профилактических и ремонтных воздействий.
Оценивать техническое состояние ГРМ следует по диагностическим параметрам, а определить необходимость выполнения операций обслуживания и ремонта – по предельным значениям этих параметров.
Характерный дефект штанг: ослабление посадки наконечников и погнутость стержня штанги.
Характерными дефектами клапанов являются износ рабочих фасок, погнутость стержня, облом тарелки клапана, износ торца клапана
Характерными дефектами толкателей являются износ тарелки, раковины на рабочей поверхности, износ стержня
Изношенные тарелки и стержни толкателей восстанавливаются хромированием.
После восстановления клапаны притираются в седлах головок цилиндров.
