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.

Механизм газораспределения двигателя 740.10

Механизм газораспределения (рисунок 19) 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 4 и 5, открывают клапаны 25. Закрываются клапаны под действием силы сжатых пружин.

Рисунок 19. Механизм газораспределения: 1 — головка цилиндра; 2 — втулка направляющая; 3 — шайба пружин клапана; 4, 5 — пружины клапана; 6 — манжета клапана; 7 — шайба; 8 — болт крепления головки; 9 — тарелка пружин; 10 — втулка тарелки пружин; 11 — сухарь клапана; 12 — болт крепления крышки; 13 — шайба; 14 — шайба виброизоляционная; 15 — крышка головки цилиндра; 16 — коромысло клапана; 17 — стойка коромысел; 18 — прокладка крышки; 19 — штанга; 20 — ввертыш крепления впускного коллектора; 21 — ввертыш крепления водяной трубы; 22 — прокладка уплотнительная; 23 — толкатель; 24 — распредвал; 25 — выпускной клапан; 26 — седло выпускное; 27 — гильза цилиндра; 28 — кольцо газового стыка; 29 — блок цилиндров; А — тепловой зазор.

Распределительный вал (рисунок 20) 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 740.10.

Рисунок 20. Распределительный вал: 1 — распределительный вал; 2 — корпус подшипника; 3 — шестерня; 4 — шпонка.

Распределительный вал увеличенной размерности, измененными фазами газораспределения и ходом клапанов по сравнению с распределительным валом двигателя 740.10. На задний конец распределительного вала напрессована прямозубая шестерня 3. Привод распределительного вала осуществляется от шестерни коленчатого вала через блок промежуточных шестерен. Для обеспечения заданных фаз газораспределения, шестерни при сборке устанавливаются по меткам выбитым на их торцах (см. рисунок 7). Шестерни стальные, штампованные с термообработанными зубьями. От осевого перемещения вал фиксируется корпусом 2 (рисунок 20) подшипника задней опоры, который крепится к блоку цилиндров тремя болтами. Посадочный диаметр корпуса подшипника задней опоры больше по сравнению с корпусом подшипника двигателя 740.10. Маркировка на распределительном вале 740.21-1006015 выполняется ударным способом на торце.

Установка корпуса подшипника задней опоры двигателя 740.10 недопустима, так как приведет к аварийному снижению давления масла в системе и преждевременному выходу из строя двигателя.

Клапаны 25 (рисунок 19) 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 обеспечивает соответствующие газодинамические параметры впуска-выпуска газов и поэтому замена клапанов на клапана двигателя 740.10 не рекомендуется.

Клапаны перемещаются в направляющих втулках, изготовленных из металлокерамики. Для предотвращения попадания масла в цилиндр, на направляющие клапанов устанавливаются резиновые уплогнительные манжеты.

Толкатели 23 (рисунок 19) тарельчатого типа с профилированной направляющей частью, (в переходный период возможно цилиндрической). Изготовлены из стали с последующей наплавкой поверхности тарелки отбеленным чугуном. Толкатель подвергнут химико-термической обработке.

Направляющие толкателей прилитые к блоку цилиндров. В переходный период возможна установка привертных направляющих толкателей (с подрезкой болтов и резьбовых бобышек направляющей), как на двигателе 740.10. В этом случае установка направляющей толкателей двигателя 740.10 без специальной подрезки не допускается.

Штанги 19 (рисунок 19) толкателей стальные, пустотелые, с запрессованными наконечниками. Штанги на 3 мм короче штанг двигателя 740.10 и с ними невзаимозаменяемы.

Коромысла 16 (рисунок 19) 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 в отличие от коромысел двигателя 740.10 не имеют бронзовой втулки, вследствие чего с ними не взаимозаменяемы.

Стойка коромысел 17 (рисунок 19) чугунная, цапфы подвергнуты термической обработке ТВЧ. Диаметр цапф на 2 мм больше по сравнению с цапфами стойки коромысел двигателя 740.10.

Пружины 4 и 5 (рисунок 19) клапанов винтовые, устанавливаются по две на каждый клапан. Пружины имеют различные направления навивки. Диаметр проволоки наружной пружины — 4,8 мм, внутренней- 3,5 мм. Предварительно устанавливаемое усилие пружин 355 Н, суммарное рабочее 821 Н. Пружины взаимозаменяемы с пружинами двигателя 740.10.

Порядок регулировки зазоров между носиками коромысел и клапанами описан в разделе «Техническое обслуживание».

Головки цилиндров 1 (рисунок 19) отдельные на каждый цилиндр, изготовлены из алюминиевого сплава, для охлаждения имеют полость сообщающуюся с полостью охлаждения блока. Днище головки усилено за счет увеличения толщины в зоне выпускного канала и дополнительного ребра по сравнению с головкой цилиндра двигателя 740.10.

Каждая головка цилиндра 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 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 двигателя и токсичность отработавших газов, поэтому замена на головки цилиндров 740.1003014-20 не допускается.

В головку запрессованы чугунные седла и металлокерамические направляющие втулки клапанов. Седла клапанов имеют увеличенный натяг в посадке по сравнению с седлами двигателя 740.10 и фиксируются острой кромкой. Выпускные седла и клапан профилированы для обеспечения меньшего сопротивления выпуску отработавших газов.

Применение выпускного клапана двигателя 740.10 не рекомендуется.

Стык «головка цилиндров-гильза» (газовый стык) — беспрокладочный (рисунок 20). 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. Свинцовистое покрытие на поверхности кольца газового стыка дополнительно повышает герметичность за счет компенса ции микронеровностей уплотняемых поверхностей. Для уменьшения вредных объемов в газовом стыке установлена фторопластовая прокладка-заполнитель 4. Прокладка-заполнитель фиксируется на кольце газового стыка за счет обратного конуса и посадки ее с натягом по выступающему пояску. 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 (рисунок 21) из силиконовой резины.

Рисунок 21. Газовый стык: 1 — головка цилиндра; 2 — кольцо уплотнительное перепуска охлаждающей жидкости; 3 — кольцо газового стыка; 4 — прокладка-заполнитель; 5 — гильза цилиндра; 6 — кольцо уплотнительное; 7 — прокладка уплотнительная; 8 — блок цилиндров; 9 — экран.

Пространство между головкой и блоком, отверстия стока моторного масла и штанговые отверстия уплотнены прокладкой головки цилиндра 7 (рисунок 20) из термостойкой резины. На прокладке дополнительно выполнены уплотнительные бурт втулки подачи масла и канавка слива масла в штанговые отверстия.

При сборке двигателя болты крепления головки цилиндра следует затягивать в три приема в последовательности указанной на рисунке 22.

Величина момента затяжки должна быть:

— первый прием — 39. 49 Н м (4. 5 кгс м);

— второй прием — 98. 127 Нм (10. 13 кгс м);

— третий прием — 186. 206 Н м (19. 21 кгс м) предельное значение.

Перед ввертыванием резьбу болтов смазать тонким слоем графитовой смазки.

После затяжки болтов необходимо отрегулировать зазоры между клапанами и коромыслами. Зазор необходим для обеспечения герметичной посадки клапана на седло при тепловом расширении деталей во время работы двигателя.

Увеличение или уменьшение тепловых зазоров отрицательно сказывается на работе механизма газораспределения и двигателя в целом. При слишком больших зазорах растут ударные нагрузки и увеличивается износ деталей привода клапанов. При очень малых зазорах и их отсутствии не обеспечивается герметичность камеры сгорания, двигатель теряет компрессию и не развивает полной мощности. Клапаны перегреваются, что может повлечь за собой прогар фасок. При отсутствии зазора появляются задиры на тарелке толкателя и рабочей поверхности кулачка распредвала.

Периодичность и порядок регулировки приведен в разделе «Техническое обслуживание».

Рисунок 22. Последовательность затяжки болтов крепления головки цилиндра.

Клапанный механизм закрыт алюминиевой крышкой 15 (рисунок 19). Для шумоизоляции и уплотнения стыка крышка-головка цилиндра применены резиновая уплотнительная прокладка 18 и виброизоляционная шайба 14.

Болты крепления крышек головок цилиндров затянуть крутящим моментом 12,7. 17,6 Нм (1,3. 1,8 кгс м).