Методическая разработка Механизм газораспределения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методическая разработка

по МДК.01.01 Устройство автомобилей

на тему

 «Механизм газораспределения»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2019

 

Цели занятия:

1.   Изучить назначение, общее устройство и принцип работы механизма газораспределения двигателей Зил-131 и КамАЗ-740, характерные неисправности КШМ и механизма газораспределения, их признаки, причины и способы обнаружения и устранения.

2.   Воспитывать у обучающихся чувство личной ответственности за безаварийную эксплуатацию АТТ.

3.   Развивать интерес к изучению автомобильной техники, память, целеустремлённость. 

 

Время: 2 часа

Место:

кабинет по устройству и эксплуатации АТТ

 

Учебно - материальное обеспечение:

Плакаты: « Газораспределительный механизм автомобиля ЗиЛ-131 », «Газораспределительный механизм автомобиля КамАЗ-4310», детали газораспределительного механизма.

 

 

Распределение времени занятия:

Вступительная часть                                              5 мин;

Проверка подготовки обучающихся к занятию     10 мин;

Учебные вопросы занятия:

1. Назначение, общее устройство и работа механизма газораспределения  двигателей Зил-131 и КамАЗ-740                               25 мин;

2. Фазы газораспределения. Необходимость тепловых зазоров между стержнями клапанов и носками коромысел25 мин;

3. Характерные неисправности КШМ и механизма газораспределения, их признаки, причины и способы обнаружения и устранения20 мин;

Заключение                                                                   5мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание занятия

 

Вступительная часть

 

–       принять рапорт дежурного по группе;

–       проверить наличие обучающихся и их готовность к занятию;

–       ответить на вопросы, которые возникли при подготовке к занятию на самостоятельной работе;

–       провести опрос по ранее изученному материалу:

Опрос рекомендуется провести устно, задавая вопросы и вызывая одного-двух обучающихся для ответа,

 

Методические рекомендации:

При подготовке к занятию изучить учебные вопросы, содержание методической разработки, ознакомиться с методическими рекомендациями. По завершению личной теоретической подготовки составить и утвердить план проведения занятия.

Накануне занятияподготовить к показу электронный демонстрационный материал, приобрести навыки его использования с компьютером и проектором или подготовить ассистента, который будет управлять компьютером.

Во вступительной части принять рапорт дежурного по группе, проверить наличие и внешний вид обучаемых, наличие учебников и конспектов. Объявить тему, цели и учебные вопросы занятия, порядок его проведения.

При изложении учебного материала использовать слайды, приводить примеры из практической деятельности и жизни. Для активизации обучающихся задавать вопросы, направленные на, самостоятельное уяснение устройства или функции механизмов, общее устройство транспортного средства.

–                       при рассмотрении первого вопроса, особое внимание следует уделить роли и месту автомобильного транспорта в войсках общее устройство и работа механизма газораспределения  двигателей Зил-131 и КамАЗ-740

_    при рассмотрении второго вопроса необходимо обратить внимание обучающихся на  фазы газораспределения. Необходимость тепловых зазоров между стержнями клапанов и носками коромысел

–                       при изучении третьего вопроса особое внимание следует уделить назначению, характерные неисправности КШМ и механизма газораспределения, их признаки, причины и способы обнаружения и устраненияузлов, механизмов и систем,

подводя итоги по каждому учебному вопросу необходимо выделить главное, подчеркнув необходимость изучения данного вопроса, напомнив обучающимся о необходимости своевременного и качественного  технического обслуживания.

В заключении представить перспективные направления развития и конструирования автомобильной техники, подвести итоги занятия, сделать вывод о достижении учебных целей, дать задание на самостоятельную работу.

1. Назначение, общее устройство и работа газораспределения двигателя

ЗИЛ-131 и КАМАЗ 740.

 

Газораспределительный механизм предназначен, для своевременного впуска в цилиндры горючей смеси, (карбюраторные двигатели) или очищенного воздуха (дизели) и выпуска отработавших газов.

Рис. 6. Детали механизма газораспределения:

1 — втулка; 2 — сухарь; 3 — шайба; 4 — регулировочный винт; 5 — пружины; 6 — седло клапана; 7 — головка цилиндров; 8 — кулачок распределительного вала;

А — шейка; Б — кулачок выпускного клапана; В — кулачок впускного клапана

 

Механизмы газораспределения двигателя ЗИЛ-131 с верхним расположением клапанов.

Он состоит из:

-     распределительных шестерён;

-     распределительного вала;

-     толкателей;

-     штанг;

-     коромысел;

-     2-х осей коромысел;

-     клапанов с пружинами и деталями крепления;

-     крышки распределительных шестерен.

Распределительных шестерен две: ведущая и ведомая.

Ведущая шестерня изготовлена из стали, и крепится при помощи шпонки на коленчатом валу. Ведомая шестерня чугунная, установлена на шпонке и закреплена гайкой.

На ведущей и ведомой шестернях имеются метки для правильной их установки. Для уменьшения шума при работе шестерни выполнены косозубыми.

Распределительный вал служит для своевременного открытия клапанов в определённой последовательности.

Изготовлен из стали и имеет:

-     носок;

-     опорные шейки;

-     кулачки;

-     эксцентрик привода топливного насоса;

-     на хвостовике, шестерню привода масляного насоса.

Опорные шейки, кулачки, шестерня привода масляного насоса  и эксцентрик закалены токами высокой частоты. На первой опорной шейке имеются продольное и радиальное отверстия для подвода масла к упорному фланцу вала. От средней опорной шейки распределительного вала масло по двум каналам в блоке цилиндров отводится для смазки коромысел. От осевого перемещения вал удерживается упорным фланцем, который крепится к переднему торцу блока двумя болтами.

Кулачки выполнены конусными для обеспечения вращения толкателей во время роботы двигателя, что способствует равномерному их износу.

Толкатели предназначены для передачи усилия от распределительного вала на штанги. Тип толкателей цилиндрический (поршневой), изготовлены из стали. Торцевая поверхность, сопряжённая с кулачком, для повышения износостойкости наплавляется отбеленным чугуном и выполняется сферической для обеспечения вращения толкателя. На боковой поверхности толкателя выполнены два отверстия для стока масла из внутренней плоскости. Этим маслом смазываются боковая поверхность толкателей и кулачки распределительного вала.

Штанги толкателей предназначены для передачи усилия от толкателей на коромысла и изготовлены из стали.

Коромысла предназначены для передачи усилия от штанг к клапанам. Коромысло представляет собой двуплечий рычаг. В короткое плечо ввёрнут регулировочный винт с контргайкой. В плече коромысла и в регулировочном винте имеется канал для смазки верхнего наконечника штанги. Установлены коромысла на осях на бронзовых втулках. Оси стальные пустотелые, крепятся при помощи чугунных стоек к головкам блока цилиндров. Осевое перемещение коромысел предотвращается распорными пружинами. Внутренняя полость оси используется как канал подачи масла к трущимся поверхностям.

Клапана предназначены для открытия и закрытия, впускных или выпускных окон (отверстий) расположенных в головке блока цилиндров. Каждый цилиндр имеет впускной и выпускной клапаны. Клапаны расположены в головке блока цилиндров и изготовлены из жаростойкой стали. Перемещаются клапаны в чугунных направляющих запрессованных в головки блока. Наружный диаметр тарелки впускного клапана равен 50мм, выпускного 41мм, а угол рабочей фаски впускного клапана 30º, выпускного 45º.

Клапан состоит из головки и стержня. Выпускные клапаны имеют внутри полость, заполненную металлическим натрием. Натрий во время работы двигателя плавится и, перемещаясь внутри полости при движении клапана, интенсивно переносит тепло от головки к стержню, оттуда оно передаётся к втулке клапана. Кроме того, выпускные клапаны имеют наплавленную специальным сплавом рабочую фаску.

Клапанные пружины обеспечивают плотное закрытие клапанов. Изготовлены пружины из специальной пружинной стали. Крепятся на клапане с помощью тарелки и двух сухариков.

Выпускные клапаны для повышения срока их службы принудительно проворачиваются специальным механизмом.

Распределительные шестерни закрываются крышкой, изготовленной из чугуна, которая крепится к блоку винтами.

Работа механизма газораспределения заключается в следующем. Вращение коленчатого вала двигателя через пару распределительных шестерён передаётся на распределительный вал. Кулачок распредвала набегает на толкатель и заставляет его перемещаться. Перемещаясь, толкатель передаёт усилие на клапан через передаточные детали и заставляет клапан открываться. При сбегании кулачка с толкателя клапан под действием пружины закрывает отверстие впускного или выпускного клапана.

 

Особенности устройства механизма газораспределения двигателя КАмаЗ-740.

Механизм газораспределения верхнеклапанный.

 Он по устройству имеет сходство с механизмами других двигателей имеющий верхнеклапанный тип и состоит из:

-         распределительного вала с шестерней;

-         толкателей;

-         штанг;

-         коромысел;

-         осей коромысел со стойками;

-         впускных и выпускных клапанов;

-         пружин с деталями крепления.

Привод распределительного вала осуществляется от коленчатого вала через шестерни привода агрегатов. На торце каждой шестерни выбиты метки, совпадение которых должно быть обеспечено при сборке двигателя для обеспечения правильности фаз газораспределения.

Распределительный вал стальной, рабочая поверхность кулачков и опорных шеек цементирована и закалена токами высокой частоты. Профиль кулачков неодинаковый для впускных и выпускных клапанов. Распределительный вал установлен в развале блока цилиндров на пяти подшипниках скольжения, представляющих собой стальные втулки, залитые антифрикционным сплавом. На задний конец вала насажана прямозубая шестерня. От осевого перемещения распределительный вал фиксируется подшипником задней опоры, установленным в корпусе. Корпус подшипника крепится к блоку цилиндров тремя болтами, в торцы которого упирается с одной стороны ступица шестерни, с другой упорный бурт задней опоры шейки вала.

Толкатели клапанов стальные, пустотелые, тарельчатого типа, с цилиндрической направляющей частью. Для повышения работоспособности пары кулачок-толкатель торец тарелки толкателя наплавлен отбелённым чугуном и имеет сферическую форму. Толкатели клапанов устанавливаются в направляющих, изготовленных из серого чугуна. Они крепятся болтами к блоку цилиндров.

При работе двигателя толкатели всё время вращаются вокруг своей оси, что необходимо для их равномерного износа. Вращение толкателей достигается за счёт выпуклых поверхностей кулачков распределительного вала.

Штанги толкателей стальные, пустотелые, с запрессованными наконечниками. Нижний наконечник имеет выпуклую сферическую поверхность, верхний наконечник выполнен в виде сферической чашечки для упора регулировочного винта коромысла.

Коромысла клапанов стальные кованные двуплечие рычаги с запрессованными бронзовыми втулками. В короткое плечо коромысла ввёрнут регулировочный винт с контргайкой для регулировки зазора между коромыслом и торцом стержня клапана. Коромысла впускного и выпускного клапанов установлены консольно на осях, выполнены заодно со стойками коромысел. Стойки фиксируются штифтами и крепятся к головке шпильками. К каждому коромыслу через отверстие в стойке подводится смазка.

Клапаны изготовлены из жаропрочной стали. Каждый цилиндр имеет один впускной и один выпускной клапан. Стержни клапанов перемещаются в металлокерамических направляющих втулках, запрессованных в головку цилиндра. Для улучшения приработки стержни клапанов перед сборкой покрывают графитом. Диаметр тарелки впускного клапана выполнен больше чем диаметр тарелки выпускного. Каждый клапан имеет две цилиндрические пружины с равномерным шагом и с противоположной навивкой, что обеспечивает высокую резонансную характеристику клапанному механизму. Нижними торцами пружины опираются на головку через стальную шайбу, верхними в упорную тарелку. Тарелка упирается в коническую втулку, которая соединяется со стержнем клапана двумя конусными сухарями. Разъёмное соединение втулка-тарелка имеет небольшое трение при относительном перемещении благодаря разности углов наклона образующих соприкасающихся конических поверхностей, что даёт возможность пружинам при их сжатии проворачивать клапаны относительно седел (так как пружины при сжатии несколько скручиваются). Этим достигается равномерный износ поверхностей клапанов.

 

Вывод. Механизм газораспределения обуславливает работу двигателя в целом, а отдельные его детали обеспечивают работу других систем.

Ответить на вопросы.

2. Фазы газораспределения. Необходимость зазора между стержнями клапанов и коромыслами.

 

Фазами газораспределения называются моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, выраженных в градусах угла поворота коленчатого вала относительно мёртвых точек.

При рассмотрении рабочих процессов двигателей в первом приближении было принято, что открытие и закрытие клапанов происходит в мертвых точках. Однако в действительности открытие и закрытие клапанов не совпадает с расположением поршней в мёртвых точках. Это связано с тем, что время, приходящееся на такты впуска и выпуска очень мало, и при максимальной частоте вращения коленчатого вала оно составляет тысячные доли секунды. Поэтому если закрытие и открытие впускных и выпускных клапанов будут происходить точно в мёртвых точках, то наполнение цилиндров горючей смесью (воздухом) и очистка их от продуктов сгорания будут недостаточными. В связи с этим моменты открытия и закрытия клапанов в четырёхтактных двигателях происходит с определённым опережением или запаздыванием относительно положения поршней в ВМТ и НМТ.

У быстроходных двигателей впускной клапан открывается с опережением, т.е. до подхода поршня в ВМТ. Угол опережения открытия впускного клапана для двигателей различных моделей находится в пределах 10-32º. Закрывается впускной клапан с запаздыванием после прохождения поршнем НМТ. Угол запаздывания закрытия впускного клапана в зависимости от модели двигателя составляет 40-85º.

Выпускной клапан начинает открываться до подхода поршня к НМТ (во время рабочего хода). Угол опережения открытия выпускного клапана для различных двигателей колеблется в пределах 40-70º. Закрывается выпускной клапан после прохождения поршнем ВМТ (во время такта впуска). Угол запаздывания закрытия выпускного клапана равен 10-50º.

Углы опережения и запаздывания, а следовательно, и время открытия клапанов делают тем больше, чем выше частота вращения коленчатого вала, при которой развивается максимальная мощность двигателя. Правильность установки газораспределения определяется точным зацеплением шестерён газораспределительного механизма.

Круговые диаграммы двигателей ЗИЛ-131 и КамАЗ-740 показывают, что в определённый период времени одновременно открыты впускной и выпускной клапаны. Угловой интервал вращения коленчатого вала, при котором оба клапана открыты, называется перекрытием клапанов, которое необходимо для своевременной и качественной очистки цилиндров от продуктов сгорания.

Из диаграмм фаз, газораспределения двигателя ЗИЛ-131 и КамАЗ-740 видно, что выпускной клапан открывается за 31º(10º) до прихода поршня в ВМТ, а выпускной клапан закрывается при угле 47º(10º) поворота коленчатого вала после ВМТ, следовательно, угол перекрытия клапанов составляет 78º(20º).

Открытие выпускного клапана происходит с опережением на 67º(66º) до НМТ, а закрытие впускного клапана с запозданием на 83º(46º). Таким образом, общая продолжительность открытия каждого клапана у двигателя ЗИЛ-131 составляет 294º, у КамАЗ-740 продолжительность открытия впускного клапана 236º, а выпускного 256º.

Рассмотренные фазы газораспределения двигателей ЗИЛ-131 получены при зазоре в обоих клапанах 0,30мм (между носком коромысла и торцом стержня клапана), уКамАЗ при зазоре во впускных клапанах 0,30мм, а в выпускных 0,40мм.

Величина зазора между стержнем клапана и носком коромысла оказывает некоторое влияние на фазы газораспределения. Уменьшение указанных зазоров влечёт за собой расширение фаз газораспределения, так как клапаны открываются раньше. Увеличение этих зазоров приводит к сужению фаз, клапаны открываются позже.

Увеличение или уменьшение тепловых зазоров между стержнями клапанов и носками коромысел также отрицательно сказывается на работе механизма и двигателя в целом. При слишком больших зазорах увеличивается износ деталей привода клапанов вследствие больших упорных нагрузок, возможен отрыв тарелки от стержня клапана. При очень малых зазорах не обеспечивается полное закрытие клапанов, вследствие чего двигатель теряет компрессию и не развивает полной мощности, а клапаны перегреваются с возможным прогаром фасок.

Нормальная величина теплового зазора между носком коромысла и стержнем клапана на холодном двигателе должна составлять:

-         двигатель ЗИЛ-131 –0,25-0,30мм для впускных и выпускных клапанов;

-         двигатель КамАЗ-740 –0,25-0,30мм для впускных клапанов и 0,35-0,40мм для выпускных.

 

Вывод.Увеличение или уменьшение тепловых зазоров отрицательно сказывается на работе механизма и двигателя в целом. При слишком больших зазорах увеличивается износ деталей привода клапанов вследствие больших упорных нагрузок. При очень малых зазорах не обеспечивается полное закрытие клапанов, вследствие чего двигатель теряет компрессию и не развивает полной мощности, а клапаны перегреваются с возможным прогаром фасок.

 

Ответить на вопросы.

 

 

 

3. Характерные неисправности КШМ и механизма газораспределения, их признаки, причины и способы обнаружения и устранения.

 

Характерные неисправности КШМ, их признаки, причины и способы устранения.В процессе эксплуатации автомобиля нормальная робота кривошипно-шатунного механизма может быть нарушена в результате появления некоторых неисправностей. Детали КШМ нагружены больше других деталей двигателя, быстрее изнашиваются.

К основным неисправностям кривошипно-шатунного механизма относятся:

-         износ коренных и шатунных подшипников коленчатого вала;

-         шеек коленвала;

-         поршневых колец;

-         пальцев;

-         отверстий в бобышках поршней;

-         поршней и гильз цилиндров;

-         бронзовых втулок в верхних головках шатунов;

-         поломка поршневых колец

-         повреждение прокладок головок блока;

-         ослабление крепления головок.

Признаками износа коренных и шатунных подшипников коленчатого вала, шеек вала являются стуки. Стук коренных подшипников глухой, низкого тона, слышен при прикладывании стетоскопа или стержня к картеру против коренных подшипников. Особенно слышен стук коренных подшипников на прогретом двигателе.

Стук шатунных подшипников глухой, но более высокого тона. Стук шатунных подшипников хорошо прослушивается при резком изменении оборотов (с малых на большие).

Причинами этой неисправности могут быть:

-         ослабление крепление крышек подшипников;

-         применение масла несоответствующего сорта;

-         ослабление крепления маховика на валу.

Крышки шатунных и коренных подшипников следует подтянуть, или заменить вкладыши, болты крепления маховика следует подтянуть и зашплинтовать, заменить масло.

Признаками износа поршневых пальцев, отверстий в бобышках поршней или бронзовых втулок в верхних головках шатунов являются звонкие металлические стуки, хорошо слышны при резком изменении частоты вращения коленчатого вала.

 Причинами этой неисправности могут быть:

-         применение несоответствующего сорта масла;

-         некачественная обработка сопряжённых деталей.

Надо заменить масло и изношенные детали.

Признаками износа поршней, гильз цилиндров, поршневых колец, повреждения прокладок головок блока является:

-         падение компрессии, вследствие чего коленчатый вал легко проворачивается пусковой рукояткой;

-    затруднён пуск двигателя;

-          снижается мощность и приёмистость;

-          увеличивается расход масла;

-          появляется дымный выпуск.

При износе поршней и гильз появляются стуки в двигателе глухого тона, которые исчезают по мере прогрева двигателя.

Причинами этих неисправностей могут быть:

-         длительная работа двигателя с большими нагрузками;

-         частый перегрев двигателя.

Наряду с причинами эксплуатационного характера способствующими износу деталей кривошипно-шатунного механизма существует естественный износ деталей.

При достижении предельных износов деталей кривошипно-шатунного механизма неустранимых при эксплуатации для восстановления работоспособности двигателя необходимо произвести его капитальный ремонт.

Капитальный ремонт включает:

-         расточку и шлифовку цилиндров (гильз);

-         коленчатого вала;

-         замену коренных и шатунных вкладышей;

-         поршней;

-         поршневых колец на детали ремонтных размеров. 

Для удлинения срока службы КШМ необходимо хорошо обкатать новый или после капитального ремонта двигатель, не допускать его перегрузки в процессе эксплуатации.

Основные неисправности газораспределительного механизма:

-         износ деталей ГРМ;

-         подгорание рабочих фасок клапанов и седел;

-         неплотное закрытие и неполное открытие клапанов;

-         недостаточная затяжка или повреждение прокладок головок блока цилиндров;

-         поломка клапанных пружин.

Признаками этих неисправностей могут служить стуки под крышками головок блока цилиндров и падение мощности. Стук клапанов вследствие увеличенных зазоров между коромыслами и торцами стержней клапанов резкий, звонкий, хорошо слышен на непрогретом двигателе. По мере прогрева стук клапанов снижается, но не исчезает.

Неплотное закрытие клапанов вследствие подгорания рабочих фасок и сёдел можно определить по хлопкам в глушителе (для выпускных клапанов) и обратным вспышкам в карбюраторе (для впускных клапанов).

Недостаточная затяжка или повреждение прокладок головок блока определяется по появлению в местах стыка пузырьков воздуха вместе с охлаждающей жидкостью и маслом, а также по попаданию охлаждающей жидкости в цилиндры (увеличивается уровень масла в картере). Причинами являются перегрев двигателя.

Причинами стука клапанов и неплотное их закрытие являются нарушение регулировки зазоров в клапанах, кроме того, неплотное закрытие выпускных клапанов может быть из-за подгорания фаски клапанов и сёдел.

Для устранения стука клапанов необходимо отрегулировать тепловой зазор в клапанном механизме, а устранение неплотного закрытия клапанов устраняется регулировкой теплового зазора или притиркой клапанов.

При ослаблении крепления головок необходимо подтянуть их крепление. После подтяжки крепления головок необходимо проверить и при необходимости отрегулировать тепловые зазоры в клапанном механизме.

Повреждение прокладки головок блока заменяются. Подшипники и опорные шейки распределительного вала, толкатели и их направляющие, распределительные шестерни изнашиваются значительно меньше деталей кривошипно-шатунного механизма и обычно работают удовлетворительно до капитального ремонта

Вывод.Своевременное и качественное техническое обслуживание механизмов двигателя продляет срок его службы, обеспечивая бесперебойную работу автомобиля в целом.

 

Ответить на вопросы.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

-      подвести итоги занятия;

-      напомнить тему, цели и учебные вопросы;

-      объявить оценки;

-      ответить на вопросы;

-      отметить активность и дисциплину на занятии;

-      дать задание на самоподготовку.

 

Используемая литература при составлении методической разработки:

1.        Передерий В. П. Устройство автомобиля [Электронный ресурс]: учебное пособие / В.П. Передерий. - М.: ИД ФОРУМ: НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 288 с.:- (Профессиональное образование). - www.znanium.com

2.        Стуканов В. А.Устройство автомобилей [Электронный ресурс]:   учебное пособие / В.А. Стуканов, К.Н. Леонтьев. - М.: ИД ФОРУМ: НИЦ ИНФРА-М, 2017. - 496 с.- (Профессиональное образование). - www.znanium.com

3.        Автомобильные эксплуатационные материалы. Лабораторный практикум : учеб. пособие / В.А. Стуканов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2018. — 304 с. — (Среднее профессиональное образование). - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/93