Требования, предъявляемые к техническому состоянию газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания. Изнашивание направляющих втулок клапанов головки блока цилиндров - причина увеличения расхода масла при работе автомобильного мотора.
Аннотация к работе
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Эти требования, предъявляемые к газораспределительному механизму, могут быть выполнены при условии нормального теплового зазора между кулачками распределительного вала и рычагами привода клапанов, герметичности сопряжения фаска клапана - седло клапана (при полностью закрытом клапане) и правильной установки фаз газораспределения. Это характерный стук, обычно с равномерными интервалами; частота его меньше любого другого стука в двигателе, так как клапаны приводятся в действие от распределительного вала, частота вращения которого в два раза меньше частоты вращения коленчатого вала. Техническое обслуживание механизма газораспределения заключается в периодическом осмотре наружных деталей, проверке и регулировке зазоров между клапанами и седлами, а также обеспечении плотности прилегания клапанов к седлам.В данной курсовой работе были изучены основные направления изменения технического состояния, методы диагностирования и назначение ГРМ ДВС.
Введение
Исследование технического состояния двигателей в процессе эксплуатации показало закономерное изменение, а аварийный характер отказов обусловлен зачастую превышенными значениями параметров технического состояния изза недостаточности использования диагностирования. В данной работе приведены основные зависимости изменения технического состояния в виде графиков и таблиц, произведен анализ причин изменения технического состояния ГРМ (изнашивание, действие нагрузок на деталь, недостаточное количество смазки).
1. Назначение и устройство газораспределительного механизма ДВС
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла изпод клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензостойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов). С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.
Рис. 1
Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя. Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных. Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый - толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй - гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.
Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней. Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед надеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем надевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами. При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно. Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность. В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь надевается на вал совместно со шкивом.
2. Изменение технического состояния газораспределительного механизма
Требования, предъявляемые к техническому состоянию ГРМ
Исходя, из функционального назначения газораспределительный механизм должен обеспечивать: - необходимый коэффициент наполнения цилиндров;
- возможно лучшую очистку цилиндров двигателя;
- необходимую герметичность камеры сгорания.
Эти требования, предъявляемые к газораспределительному механизму, могут быть выполнены при условии нормального теплового зазора между кулачками распределительного вала и рычагами привода клапанов, герметичности сопряжения фаска клапана - седло клапана (при полностью закрытом клапане) и правильной установки фаз газораспределения.
Причины изменения технического состояния ГРМ.
Очевидно, что оценить техническое состояние механизма газораспределения можно по шумности работы двигателя и герметичности посадки клапанов. При углубленном диагностировании контролируют фазы газораспределения, упругость клапанных пружин, износ (вытяжку) цепи, износ кулачков распределительного вала.
Диагноз технического состояния газораспределительного механизма начинают с прослушивания. Работу цепи, клапанов и распределительного вала, как правило, прослушивают без применения стетоскопа. (Стетоскопы, используемые для прослушивания стуков двигателей, могут быть механические, и электрические). Первые имеют слуховые наконечники, вставляемые в уши, и стержень, прижимаемый к различным точкам проверяемого механизма. Электрический стетоскоп состоит из датчика, усилителя и измерительного прибора (гальванометра, осциллографа). Из общего шума двигателя шум цепи привода распределительного вала выделяется при недостаточном ее натяжении, при износе или поломке элементов натяжения, а также привода цепи и четко прослушивается при малой частоте вращения коленчатого вала двигателя. Этот шум может быть устранен натяжением цепи привода механизма газораспределения или заменой изношенных деталей. Если тепловые зазоры в приводе клапанов увеличены, то стук клапанов прослушивается при работе холодного двигателя, а по мере прогрева несколько увеличивается и прослушивается отчетливо. Это характерный стук, обычно с равномерными интервалами; частота его меньше любого другого стука в двигателе, так как клапаны приводятся в действие от распределительного вала, частота вращения которого в два раза меньше частоты вращения коленчатого вала. Эксплуатировать двигатель с явно слышимым стуком клапанов не следует, так как с увеличением тепловых зазоров ухудшаются наполнение цилиндров и очистка их от продуктов сгорания, растут ударные нагрузки. Стук устраняют регулировкой тепловых зазоров в приводе клапанов.
Условия работы ГРМ.
Детали газораспределительного механизма работают в условиях резко меняющихся скоростей, a некоторые детали подвергаются воздействию высоких температур (головки клапанов).
При уменьшенном зазоре в приводе клапанов они не будут полностью садиться в седло, и герметичность цилиндра нарушится. При увеличении зазора будут увеличиваться ударные нагрузки на это сопряжение. При значительной негерметичности клапанов сильно снижается давление в конце такта сжатия и при такте расширения, что уменьшает мощность двигателя, затрудняет пуск, увеличивает расход топлива.
3. Диагностирование и техническое обслуживание газораспределительного механизма ДВС
Работы, выполняемые при ТО по ГРМ (ЕО, ТО-1, ТО-2, СО).
Техническое обслуживание механизма газораспределения заключается в периодическом осмотре наружных деталей, проверке и регулировке зазоров между клапанами и седлами, а также обеспечении плотности прилегания клапанов к седлам. При нарушении герметичности посадки клапанов производят притирку их конусных фасок к седлам.
Необходимо ежедневно при контрольном осмотре автомобиля после прогрева двигателя обращать внимание на отсутствии стуков при различной частоте коленчатого вала. После первых 2000 км пробега автомобиля, а в дальнейшем через 30 000 км нужно подтягивать гайки крепления крышки подшипников распределительного вала в установленной последовательности. После каждых 15 000 км пробега нужно проверять степень натяжения и состояние ремня привода распределительного вала и при необходимости натягивать его. Если на ремне обнаруживаются различные складки, трещины, расслоения, замасливания, а также разлохмачивания, то такой ремень может разорваться при работе двигателя, и он должен быть заменен до этого срока. При замасливании ремень тщательно протирают ветошью, которую предварительно смачивают бензином.
Проводят общие контрольно-осмотровые работы. Проверяют крепление двигателя и узлов систем питания и выпуска отработавших газов.
Компрессию в цилиндрах проверяют с помощью компрессометра на прогретом двигателе при температуре охлаждающей жидкости 75-80 "С. Наконечники компрессометра устанавливают вместо форсунки или свечи зажигания.
Подбор, притирка и установка клапанов.
Изнашивание направляющих втулок клапанов головки блока цилиндров приводит к нарушению уплотнения стержня клапана, увеличению расхода масла и повышенному уровню шума при работе двигателя. Дефект устраняется заменой направляющей втулки. Замена старых (дефектных) втулок выполняется на специальных станках или вручную с использованием различных оправок и ударами молотка со стороны седла клапана. При выпрессовке вручную чугунных или стальных втулок из алюминиевой головки блока цилиндров возникает опасность ее повреждения. Предварительный натяг можно уменьшить, нагрев головку блока цилиндров до 150-180 "С. Из чугунных головок блока цилиндров и алюминиевых с бронзовыми втулками выбивать втулки не трудно, так как натяг небольшой. Натяг при запрессовке новой втулки создается нагревом головки блока цилиндров и(или) охлаждением втулки. Нагрев головки блока цилиндров может быть осуществлен в печи, иногда достаточно нагреть с помощью горячей воды. Для охлаждения втулок применяют жидкий азот или сухой лед. Для пар чугун-чугун и бронза-алюминий нет необходимости в разнице температур. При запрессовке используются специальные приспособления, чтобы не допустить перекоса направляющей втулки относительно седла клапана.
После запрессовки втулки следует проверить концентричность седла клапана и при необходимости прокалибровать разверткой отверстия. При этом следует обеспечить зазор 0,04-0,05 мм для выпускных клапанов. Для некоторых двигателей поставляемые в качестве запасных частей втулки не требуют калибровки отверстия после установки.
Седла клапанов в процессе эксплуатации приобретают форму, отличную от конической: появляется овальность седла по фаске изза неравномерного изнашивания седла. Кроме того, при перегреве и деформации головки блока цилиндров часто возникает несоосность направляющих втулок и седел клапанов. Встречаются случаи, когда на фаске седла появляются раковины изза нарушения процесса сгорания и перегрева.
Основными способами ремонта седел клапанов являются фрезерование (растачивание), шлифование и притирка. Фрезерование - наиболее распространенный способ ремонта седел.
До фрезерования используются фрезы с различными углами и диаметрами. Углом фрезы обычно считается половина угла при вершине, поэтому фрезы с углом 45° подходят для ремонта большинства двигателей. Значительно реже встречаются седла с углом 30°. При фрезеровании седла следует обеспечить соосность обрабатываемой поверхности с отверстием в направляющей втулке клапана. Для этого используется центрирующий стержень (пилот), соединенный с фрезой. В последнее время находят применение резцовые головки, у которых вместо фрезы используется твердосплавный резец. Наиболее удобны приспособления, у которых специальный резец позволяет сформировать сразу весь профиль седла. Это достигается наличием у пилота двух опор: одна на втулке, вторая в кронштейне приспособления, что улучшает качество обработки, приближая ее к станочной.
Сначала седло фрезеруется под фаски клапана до тех пор, пока рабочая фаска седла не будет полностью обработана. Далее другой фрезой, формируют конусную часть, сначала с меньшим углом, затем с большим, таким образом, чтобы ширина фаски стала 1,5-2,0 мм для впускного клапана и 2,0-2,5 мм - для выпускного.
При наличии на фаске седел клапана трещин, раковин, вызывающих ослабление посадки седла в гнезде головки блока цилиндров, их удаляют на вертикально-расточном станке, формируя посадочное место для седла ремонтного размера.
Существуют также приспособления для ручного растачивания гнезд под седла в виде специальной головки с резцами - резцедержателя, в комплекте с пилотом и специальным механизмом привода. В условиях небольших мастерских такие приспособления заменяют расточной станок, однако они уступают ему в точности обработки поверхности. Для алюминиевых головок блока цилиндров натяг седла в отверстии должен составлять 0,10-0,12 мм, а для чугунных -0,08-0,10 мм, причем большие значения для седла клапанов с диаметром тарелки более 45 мм. По высоте седло обычно делается заодно с поверхностью камеры сгорания. Для установки седла необходимо иметь специальную оправку, обеспечивающую центрирование седла. Для уменьшения натяга при запрессовке мощью оправке седла требуется тепловая подготовка головки блока цилиндров или запрессовываемого седла. Для этого применяются печи и термошкафы - температура головки блока цилиндров из алюминиевого сплава обычно 100-150 "С, а чугунной - 150-200 °С.
В условиях небольшой мастерской можно нагреть головку блока цилиндров в кипятке. Для охлаждения седел лучше использовать жидкий азот или сухой лед.
Запрессовка седла выполняется быстрым переносом оправки с седлом от охладителя к головке блока цилиндров и ударом молотка по оправке с седлом. Если режимы нагрева-охлаждения были выбраны и выдержаны правильно, то для установки достаточно одного-двух резких ударов.
После установки седла в головку блока цилиндров из алюминиевого сплава необходимо седло зачеканить (закрепить), т.е. произвести наклеп материала головки блока цилиндров на торцевую фаску седла. Для чугунных седел в чугунных головках блока цилиндров зачеканивания не требуется, так как материалы головки блока цилиндров и седла имеют одинаковый коэффициент линейного расширения.
После фрезерования седла переходят к процессу притирки клапана. Притирка позволяет проконтролировать качество ремонта - при правильно отфрезерованном седле достаточно нескольких секунд для получения ровной притертой матовой поверхности седла и клапана. В качестве абразива предпочтительно использовать корундовую пасту зернистостью 28-40 мкм или аналогичный порошок с трансмиссионным маслом. Алмазные пасты применять нежелательно, так как изза внедрения твердых частиц в металл ускоряется изнашивание рабочих фасок седла и клапана при эксплуатации.
Диагностирование технического состояния ГРМ
Газораспределительный механизм - один из самых насыщенных агрегатов автомобиля, от которого напрямую зависят не только характеристики работы, но и его долговечность. Сложность диагностики и ремонта усугубляется небольшими размерами деталей и величинами зазоров между ними.
Большая часть деталей сосредоточена в системе привода газораспределительного механизма (ГРМ), вот почему именно ремонт привода ГРМ требует особой тщательности. Небрежное обращение с деталями и компонентами узлов или их некорректная сборка легко могут привести к повреждению всего двигателя. Во избежание нарушения функции привода ГРМ в результате попадания в его систему посторонних включений при работе с ним необходимо обращать особое внимание на чистоту рабочей зоны. Даже самые незначительные загрязнения могут отрицательно сказаться на работоспособности компонентов, на определении степени износа и на результатах замеров. Это, в свою очередь, может отразиться на результатах диагностики и даже привести к полному выходу двигателя из строя. Надо помнить, например, что гидравлические компенсаторы зазора клапанов двигателя являются прецизионными компонентами и не подлежат разборке.
Вывод
газораспределительный двигатель клапан автомобильный
В данной курсовой работе были изучены основные направления изменения технического состояния, методы диагностирования и назначение ГРМ ДВС. Были составлены таблицы и графики, учитывающие изменения технического состояния ГРМ. Выяснено, что основной причиной преждевременного выхода из строя деталей ГРМ является нарушение правил эксплуатации, таких, как несвоевременная очистка и замена фильтрующих элементов, некачественное ТО, распломбировка топливного насоса высокого давления и нарушение его регулировки в сторону повышения скоростного режима работы двигателя, что приводит к перегрузкам механизмов и систем двигателя.