Текст книги "Устройство военной автомобильной техники"

2.3. Фазы газораспределения двигателя

При рассмотрении рабочих циклов двигателей установлено, что клапаны открываются и закрываются с некоторым опережением или запозданием, что необходимо для улучшения наполнения цилиндров свежим зарядом (воздухом), лучшей их очистки от отработавших газов.

Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах поворота коленчатого вала по отношению к соответствующим мертвым точкам, называют фазами газораспределения и изображают в виде круговых диаграмм (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Фазы газораспределения

Впускной клапан открывается с опережением 31° (ЗИЛ-131) и 10° (КамАЗ) до прихода поршня в ВМТ. Поэтому при достижении поршня в ВМТ проходное сечение будет достаточно большим, и наполнение цилиндров улучшается. Закрывается впускной клапан с опозданием 83° (ЗИЛ-131) и 46° (КамАЗ), благодаря чему горючая смесь (воздух) продолжает заполнение цилиндров по инерции. Это также улучшает наполнение.

Выпускной клапан открывается с опережением 67° (ЗИЛ-131) и 66° (КамАЗ) до прихода поршня в НМТ конца такта расширения. Поршень движется вниз, а отработавшие газы под повышением давления уже начинают выходить из цилиндров, поэтому при такте выпуска поршень совершает меньшую работу на удаление отработавших газов. Закрытие выпускного клапана происходит с запаздыванием 47° (ЗИЛ-131) и 10° (КамАЗ-740) после перехода поршня ВМТ. В этом случае используется инерция отработавших газов и их отсасывающее действие в выпускном трубопроводе.

Из диаграмм видно, что на некоторый угол (78° для ЗИЛ-131 и 20° для КамАЗ-740) оба клапана открыты. Этот период называется углом перекрытия клапанов. При нем происходит продувка цилиндров свежим зарядом (воздухом).

Таким образом перекрытие выпускного клапана с опережением и закрытие его с опозданием улучшают очистку цилиндров от отработавших газов.

Для правильной установки фаз газораспределения необходимо распределительные шестерни двигателя точно соединить по меткам.

2.4. Особенности кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов камаз

Перегородки блока имеют специальное оребрение и вместе с боковыми стенками и цилиндровой частью создают жесткую конструкцию. Высокая жесткость обеспечивается также и тем, что плоскость разъема картера расположена ниже оси коленчатого вала.

В верхней и нижней частях блока расточены гнезда под установки толстостенных гильз мокрого типа. Рабочая поверхность гильз закаливается ТВЧ, тщательно шлифуется и полируется, изготовление гильзы из специального чугуна с перлитной структурой и его термическая обработка исключают установку вставки в верхнюю часть гильз. В верхней части гильзы имеется упорный бурт, нижней плоскостью которого она устанавливается на соответствующий упорный торец блока цилиндров. Верхний торец бурта имеет выступ, предохраняющий прокладку головки цилиндра от непосредственного воздействия на нее горячих газов, а выступ бурта над плоскостью блока обеспечивает надежное уплотнение газового стыка. Центрирование гильзы осуществляется при помощи двух обработанных поясов: верхнего и нижнего, размещенных на ее наружной поверхности. Нижний пояс гильзы уплотняется двумя резиновым кольцами, которые устанавливаются в канавки блока. Уплотнение гильзы в верхней части надежно осуществляется упорным буртом и прокладкой головки цилиндров.

На привалочную плоскость каждого цилиндра устанавливают головку цилиндра. В головках расположен клапанный механизм и форсунки, полости клапанных механизмов закрывают литыми алюминиевыми крышками. Между крышкой и головкой устанавливают прокладку из маслостойкой резиновой пробковой крышки. Крышка фиксируется двумя штифтами. Прокладка, устанавливаемая между головкой и блоком, изготавливается из толстого стального листа. Водяные отверстия уплотняются специальными пальцами из силиконовой резины.

Впускные и выпускные каналы выведены на противоположные боковые стенки головки и через прокладку соединяются с соответствующими трубопроводами. Со стороны впускных каналов в головке имеются открытые полости, через которые проходят штанги толкателей. Каждая головка крепится к блоку четырьмя болтами. Отверстия выполнены в специальных бобышках, сделанных в боковых стенках водяной рубашки. На верхней стенке головки размещены крепления клапанного механизма и топливной форсунки. Отверстие в головке под установку форсунки в верхнем поясе имеет проточку под установку уплотнительного резинового кольца форсунки. В нижнем поясе концентрично отверстию под гайки распылителя заполнено отверстие небольшого диаметра, через второе проходит распылитель форсунки. Уплотнение форсунки в нижнем поясе осуществляется стальным конусом и медной защитной шайбой, установленной между торцом гайки распылителя и головкой.

Со стороны приваленной плоскости каждой головки выполнены два отверстия под фиксирующие штифты и запрессовано стальное кольцо для обеспечения уплотнения газового стыка. Для выпрессовки при ремонте имеются три углубления, для обеспечения отвода тепла каждая головка имеет водяную рубашку, сообщающуюся с водяной рубашкой блока. Охлаждающая жидкость отводится из головок в водосборные трубопроводы, которые расположены в «развале» блока цилиндров под впускными трубопроводами.

Поперечные перегородки в нижней части блока цилиндров заканчиваются толстостенными арками, образующими коренные опоры коленчатого вала, к обработанным поверхностям которых крепятся крышки коренных подшипников с помощью четырех болтов и масляный насос с маслосборником.

В картерной части блока имеются: система просверленных каналов для подвода масла из центрального канала к подшипникам коленчатого и распределительного валов; каналы к клапанным механизмом; канал для отбора масла к фильтру грубой очистки; канал к центрифуге; канал к компрессору тормозов.

В двигателе КамАЗ вперед смещен правый ряд цилиндров. Для подвода масла к клапанным механизмам в одном из штифтов для каждой головки выполнено отверстие.

Спереди к блоку крепится крышка, закрывающая гидромуфту вентилятора. С правой стороны блока крепятся: фильтр центробежной очистки; два масляных фильтра тонкой очистки; маслозаливная горловина; щуп для контроля уровня масла в поддоне. С левой стороны блока на специальных постелях установлен стартер. В «развале» цилиндров размещены: ТНВД с регулятором частоты вращения коленвала и муфтой опережения впрыска топлива. Под ТНВД в блоке выполнено отверстие для слива масла в поддон двигателя из него; компрессор; гидроусилитель руля. На заднем торце блока через паранитовую прокладку крепится картер маховика, изготовленный из серого чугуна. В середине нижней части картера имеется отверстие под установку сальника коленчатого вала с маслоотражателем. На ее нижней части также установлены: справа – сапун с фланцем в сборе; фиксатор маховика; маслозаливная горловина. Верхняя часть картера служит крышкой шестерен распределения. В ней также выполнены две расточки: в центре – под тахометр; слева – под валик привода механизма переключения коробки передач. Для правильной установки картера маховика на блок и нормальной работы сальника в блок цилиндров запрессованы два направляющих штифта.

Поршень изготовлен из высококремнистого алюминиевого сплава. В толстостенном днище поршня выполнена открытая тороидальная нераздельного типа камера сгорания. Юбка поршня не имеет разрезов, но выполнена по эллипсу. Внутренняя форма поршня обеспечивает равномерное распределение тепла днища поршня к юбке. Внизу поршня с внутренней стороны юбка имеет кольцевое утолщение, предназначенное для увеличения жесткости поршня, подгонки поршней по весу. На каждом поршне установлены два компрессионных и одно маслосъемное кольца.

Компрессионные кольца в сечении имеют одностороннюю трапецию. Верхнее кольцо покрыто пористым хромом, нижнее молибденом, маслосъемное кольцо имеет коробчатое сечение с витым пружинным расширителем и хромированной рабочей поверхностью.

Порядок установки маслосъемного кольца: сперва устанавливается пружинный расширитель; затем кольцо так, чтобы стык расширителя находился диаметрально противоположно замку кольца. Компрессионные кольца устанавливаются на поршень так, чтобы скошенная поверхность была обращена в сторону днища поршня.

Конструкция шатуна двигателя КамАЗ аналогична конструкции шатуна двигателя ЗИЛ-131, за исключением: для правильной сборки крышки шатуна с шатуном на стыках выбиты двузначные числа, одинаковые для шатуна и крышки, и риски, которые при сборке должны совпадать.

Коленчатый вал изготовлен методом горячей штамповки заодно с противовесами из высокоуглеродистой стали и упрочен азотированием.

На передний конец вала напрессованы: ведущая шестерня привода масляного насоса; передний съемный противовес; в торце вала имеется отверстие для установки полумуфты отбора мощности, которая крепится болтами.

На заднем конце вала напрессованы: задний противовес системы уравновешивания; шестерня привода агрегатов; отверстие для установки подшипнику первичного вала коробки передач.

Осевые усилия вала воспринимают четыре бронзовые упорные полукольца, установленные в выточках блока и крышки задней коренной опоры. Кольца имеют «карманы» для смазки. В нижних полукольцах имеются усики, которые препятствуют полукольцам провернуться. Усики входят в пазы, расположенные в крышке заднего коренного подшипника. Вкладыши коренных подшипников дизеля трехслойные, с рабочим слоем из свинцовистой бронзы. Уплотнение КВ осуществляется сальником, запрессованным в картер маховика, и маслоотражателем. Маховик крепится к торцу вала восемью болтами, которые от самоотвинчивания фиксируются стопорными пластинами, каждая из которых установлена под два болта. В этом случае маховик точно фиксируется относительно шеек вала двумя штифтами. На наружной поверхности маховика имеется отверстие под фиксатор маховика, который используется при регулировках движения.

Двигатель КамАЗ крепится в пяти точках: две опоры спереди установлены на блоке по его сторонам; две опоры сзади укреплены на картере маховика; одна опора, поддерживающая, установлена на картере коробки передач.

Передние опоры состоят из кронштейна, соединенного с блоком цилиндров, резиновой подушки и стяжки. Кронштейн приклепан к стойке, а стойка – к лонжерону рамы.

Задние опоры состоят из: кронштейна, укрепленного на картере маховика; кронштейна задней опоры, приклепанного к лонжерону рамы; башмака; крышки башмака.

Кронштейн лонжерона с крышкой обхватывает башмак и соединен болтом с кронштейном картера маховика. Башмак изготовлен из алюминиевого сплава и сходится в резиновой подушке. Между крышкой и кронштейном лонжерона помещены регулировочные прокладки. Стальная втулка, запрессованная в башмак, предохраняет его от смятия.

Поддерживающая опора состоит из: кронштейна, укрепленного на картере коробки передач; резиновой подушки, которая охватывает полку кронштейна; закладки с поперечиной; кронштейна лонжерона рамы.

Для поддержания двигателя в работоспособном состоянии и предупреждения появления неисправностей необходимо проводить ежедневное техническое обслуживание. Простейшими операциями ТО являются: очистка двигателя от грязи и подтяжка креплений; смазка двигателя; подтягивание крепления головки блока и смена прокладки; очистка камер сгорания от нагара; проверка величины компрессии в цилиндрах двигателя.

Общее устройство ГРМ двигателя КамАЗ аналогично ГРМ двигателя ЗИЛ-131. Привод распределительного вала осуществляется от шестерни коленчатого вала через ведущую шестерню привода распределительного вала, установленного на оси, которая крепится болтом к блоку. Ведущая шестерня вращается свободно на оси на двухрядном роликовом коническом подшипнике. На конце каждой шестерни выбиты метки «О» и риски, совпадение которых должно быть обеспечено при сборке двигателя для обеспечения правильности фаз газораспределения.

Распределительный вал вращается на пяти стальных втулках, залитых антифрикционным сплавом, шестерня привода распределительного вала установлена на заднем конце. Для восприятия осевых усилий распределительного вала корпус заднего подшипника имеет упорный фланец. На распределительном валу отсутствуют: эксцентрик привода бензонасоса; шестерня привода масляного насоса и распределителя; привод датчика ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала.

Толкатели клапанов помещены в направляющих, которые крепятся в средней части блока в «развале». Штанги выполнены в виде стальной трубки с наконечниками. Для подвода смазки от осей коромысел к толкателям в штангах их наконечников просверлен канал.

Каждое коромысло клапана установлено на отдельной оси, выполненной как одно целое со стойкой коромысла, которая крепится к головке одним болтом. Положение стойки оси коромысла фиксируется двумя штифтами, запрессованными в тело головки. Ось выполнена из стали, рабочая поверхность закалена ТВЧ. Осевой зазор коромысел ограничивается стопорной пластиной, под каждым коромыслом в оси имеется отверстие для подвода смазки.

Стержни обоих клапанов на длине 120 мм от торца графитизированы. Смазки стержней клапанов осуществляются маслом, которое вытекает из сопряженных коромысел и разбрызгивается клапанными пружинами. Каждый клапан имеет обе пружины, комплекты которых унифицированы для обоих клапанов. Наличие двух пружин на клапане с противоположным направлением витков обеспечивает высокую резонансную характеристику клапанному механизму.

Пружины клапанов одной стороной упираются в шайбу (рис. 2.4), расположенную на головке цилиндров, а другой – в упорную тарелку. Упорная тарелка удерживается на стержне при помощи двух сухарей, внутренний бурт которых входит в выточку стержня клапана. Клапанные сухари зажимаются не непосредственно верхней тарелкой пружин, а через дополнительную цианированную коническую втулку. Коническая втулка своим нижним концом опирается на плоскую поверхность донышка тарелки, и ее наружный конус не касается внутреннего конуса упорной тарелки. Таким образом, между конусной втулкой и упорной тарелкой возникает небольшое трение, и при сжатии пружин (так как они несколько скручиваются) происходит поворот клапана. Этим самым достигается равномерный нагрев клапана при работе двигателя и происходит его равномерный износ, что значительно увеличивает срок службы клапанов и их седел.

2.5. Система смазки двигателей ЗИЛ-131

В процессе работы двигателя детали быстро нагреваются, в результате прочность их уменьшается, возрастает износ, нарушаются зазоры в сопряжениях деталей, резко падает КПД (даже при наличии системы смазки потери на трение составляют примерно 15 %).

В целях уменьшения трения и предохранения деталей от преждевременного износа между трущимися поверхностями необходимо создать разделительные масляные пленки. Если трущиеся поверхности разделены жидкостной пленкой, то происходит жидкостное трение, значительно уменьшающее потери на трение.

Кроме того, смазочные материалы отводят тепло, уплотняют зазоры в узлах (тонкий слой масла, находящийся на поршнях, кольцах и цилиндрах, улучшает компрессию), удаляют продукты износа и предохраняют детали от коррозии.

Все современные ДВС имеют комбинированные системы смазки, при которых наиболее нагруженные узлы трения, в первую очередь подшипники коленвала и распредвала, смазываются под давлением, а остальные трущиеся пары – разбрызгиванием.

Система смазки служит: для подачи масла к трущимся поверхностям, удаления продуктов износа и охлаждения трущихся деталей. Систему смазки составляет совокупность устройств, обеспечивающих очистку и непрерывное поступление масла к узлам трения. Система смазки – комбинированная. Емкость – 9,5 л.

Рис. 2.8. Схема смазки:1 — масляный картер; 2 — впускной канал; 3 — масляный насос; За – обратный клапан; 3b — редукционный клапан маслонасоса; 4 — маслоохладитель; 4а – редукционный клапан маслоохладителя; 5 – масляный фильтр; 5а — обратный клапан; 6 — главная масляная магистраль; 7 – коренной подшипник; 8 — шатунный подшипник; 9 — шейка распредвала; 10— масляная магистраль; 11 — калиброванное отверстие для подачи масла к поршню; 12 — масляная магистраль для смазки толкателя; 13 — штанга толкателя;14 — коромысло; 15 — масляная магистраль; 16 — подача масла к ТНВД;17— подводящая магистраль к турбокомпрессору; 18 — турбокомпрессор;19 — отводящий шланг от турбокомпрессора; 20 — масляная магистраль

Контроль за работой системы смазки осуществляется по указателю и лампе, сигнализирующей об аварийном падении давления в системе. Давление масла должно быть 2–4 кгс/см².

Система смази включает в себя: маслозаливной патрубок с фильтром, вентиляции картера, масляный картер (поддон), маслоприемник, масляный насос, фильтр центробежной отчистки масла, радиатор, маслоизмерительный щуп.

Характерной особенностью системы смазки является то, что для обеспечения маслом различных деталей используется единая система, которая учитывает специфику работы отдельных трущихся пар.

Маслозаливной патрубок предназначен для удобства заправки двигателя маслом и крепится к фланцу выпускного газопровода спереди. На патрубке устанавливается фильтр вентиляции картера, который состоит из: корпуса; крышки; корпуса с фильтрующим элементом; отражателя. Закрывается фильтр крышкой маслозаливного патрубка.

Масляный картер (поддон) служит резервуаром для масла и защитным кожухом для КШМ снизу. Он изготовлен штамповкой из стали и крепится снизу к блоку через пробковую прокладку. Спереди сделано углубление для сбора масла и отверстие с пробкой для слива. Для уменьшения расплескивания в поддоне имеются перегородки.

Маслоприемник служит для забора масла из поддона. Он неподвижен, расположен в нижней части поддона, крепится к блоку двигателя и состоит из корпуса, сетки, пружины, трубки. Маслоприемник является первичным фильтром. Если сетка засорена, то масло поступает в трубку через щели между сеткой и корпусом.

Масляный насос служит для подачи масла под давлением к трущимся поверхностям. Насос двухсекционный, шестеренчатый, приводится в действие от шестерни распредвала и крепится справа в задней части двигателя. Насос состоит из: корпуса верхней секции; основания; ведущего вала; ведущей шестерни; ведомой шестерни с осью верхней секции; ведущей и ведомой шестерен нижней секции; редукционного клапана; перепускного клапана. Верхняя секция насоса подает масло в систему смазки через центрифугу, а нижняя – в масляный радиатор. Ведущие шестерни установлены на валу на шпонке.

Редукционный клапан плунжерного типа размещается в канале нагнетательной камеры верхней секции. Клапан служит для поддержания определенного давления масла, подаваемого к фильтру центробежной очистки масла, отрегулирован на давление 3,2 кгс/см², перепускает масло из нагнетательной камеры в приемную. Клапан состоит из плунжера и пружины.

Перепускной клапан – шариковый, встроен в корпус нижней секции. Клапан отрегулирован на давление ¹/₂ кгс/см².

Фильтр центробежной очистки масла служит для очистки масла от механических примесей. Фильтр центробежный, с реактивным приводом, включен в масляную систему последовательно. Давление подачи 3–4 кгс/см². Ротор вращается со скоростью 5000–6000 об./мин.

Фильтр состоит из (рис. 2.9): корпуса; кожуха; оси ротора; ротора; крышки ротора; направляющего стакана; пружины; отражательного щитка; пропускного клапана. Корпус выполнен заодно с кронштейном крепления. В средней части ввернута ось ротора. В оси имеются центральное и радиальное отверстие, закрывающее проход масла внутрь ротора. В корпусе имеются каналы для подачи масла и пробка для отверстия для установки бородка, удерживающего ротор при разборке.

Ротор пластмассовый, опирается на шариковый подшипник и свободно вращается на оси. В ротор запрессованы две бронзовые втулки. В верхней части ротора установлен колпачок с сетчатым фильтром, а в нижнюю часть ввернуты два жиклера (сопла), выходные отверстия которых направлены в противоположные стороны. Сверху ротор закрыт крышкой, закрепленной на оси гайкой барашком.

Перепускной клапан шарикового типа предназначен для перепуска масла, минуя фильтр, давлением 0,8–1,0 кгс/см², при значительном износе подшипников КВ. Размещается в канале корпуса. В отверстие клапана ввернут штуцер для подсоединения шланга от указателя давления масла.

Масло в фильтр подается (рис. 2.9) из нижней секции масляного насоса по каналу в блоке и специальной трубке, расположенной в передней части двигателя. По полой оси масло поступает под колпак, а оттуда через сетку в полость между ротором и стаканом. Далее через отверстия в роторе масло подходит к жиклерам и выбрасывается из них двумя струями. Под действием реакции струи ротор вращается, а вместе с ним вращается и масло, находящееся под колпаком. Под действием центробежных сил механические примеси отбрасываются на внутреннюю стенку колпака и оседают. Очищенное масло проходит жиклеры, стекает в картер и забирается маслоприемником. После остановки двигателя ротор продолжает вращаться в течение 1,5–2 мин, издавая характерное гудение, что свидетельствует об исправной работе центрифуги.

При эксплуатации двигателя нельзя доводить фильтр центробежной очистки масла до такого состояния, при котором толщина осадка на стенках колпака ротора превышает 15 мм, так как значительно ухудшается очистка масла.

Масляный радиатор предназначен для интенсивного охлаждения масла. Масляный радиатор располагается перед водяным радиатором, чтобы при движении автомобиля он интенсивно обдувался встречным потоком воздуха. Радиатор подключен к системе через кран включения, который ввернут в корпус нижней секции насоса.

Масляный радиатор состоит: два бачка; каркас; латунные трубки с охлаждающими пластинами. Масляный радиатор постоянно включен, и отключать его следует только при пуске холодного двигателя при температуре 0 °C. Маслоизмерительный щуп, предназначенный для периодического контроля уровня масла, установлен с левой стороны двигателя. На указателе нанесены три метки: «Долей», «Полно» и метка в виде прямоугольника выше метки «Полно».

Рис. 2.9. Масляный фильтр (центрифуга):1 — жиклер; 2 — прокладка; 3 — корпус; 4 — уплотнительное кольцо; 5 – крышка корпуса; 6 — сетчатый фильтр; 7 – вставка; 8 — кожух; 9 — ось; 10— кольцо вставки;11 — стопорное кольцо; 12 — прокладка гайки; 13 — шайба гайки;14 — гайка крышки; 15 — гайка-барашек крепления кожуха; 16— гайка;17 — упорная шайба; 18 — трубка оси; 19 — упорное кольцо шарикоподшипника;20 — упорный подшипник; 21 — корпус фильтра; 22 — пробка

При длительной стоянке автомобиля до пуска двигателя уровень масла должен быть в пределах прямоугольной метки.

Работа системы смазки заключается в следующем: верхняя секция масляного насоса подает масло через канал в задней перегородке блока в фильтр. Очищенное масло попадает в распределительную камеру, имеющуюся в задней перегородке блока, откуда оно поступает в два продольных магистральных канала. Из правого канала масло подается к коренным подшипникам коленчатого вала, а от них к подшипникам и упорному фланцу распределительного вала. По каналам в коленчатом валу оно поступает к шатунным подшипникам. В теле шатуна имеется отверстие, в момент совпадения которого с каналом на шейке коленчатого вала масло выпрыскивается на стенку цилиндра. Через два радиальных отверстия в шейке среднего подшипника распределительного вала масло подается к каналам в блоке цилиндров, головок блока, осям коромысел, втулкам коромысел, а по отверстиям в коромыслах– к верхним наконечникам штанг. Толкатели смазываются маслом из продольных магистральных каналов. Из переднего конца левого магистрального канала масло подается для смазки компрессора, а из него по трубопроводу стекает в картер. В радиатор масло подается нижней секцией насоса через кран. Давление в системе должно быть 2–4 кгс/см².