Что такое кулачки в двигателе - Авто Сфера №76
Avtosfera76.ru

Авто Сфера №76
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое кулачки в двигателе

Замена на новый или восстановление старого распредвала

Повреждения всегда анализируются. По царапинам и задирам на опорных шейках, трещинам и деформациям, эксперты определяют степень износа. Обязательно исследуется область посадки узла в постели. Измеряются размеры шеек и опор корпуса — используется микрометр. Если повреждения сильные, а отклонения в диаметрах большие — проводить ремонт нецелесообразно. Восстановить в таком случае деталь будет сложно, это обойдётся гораздо дороже.

Когда дефекты незначительны — например, выработка вала слабо выражена, царапины на поверхности под сальники небольшие, проводится ремонт. В данном случае отлично поможет шлифовка поверхностей и установка новых сальников с небольшим осевым сечением.

Одна из самых частых неполадок распредвалов — это изнашивание кулачков. Дефект этот проявляет себя обычно характерным стуком внутри мотора при запуске на «холодную». Если игнорировать первоначальные симптомы, проблема усугубится. Возрастёт шум, появится металлический лязг уже не только на стадии пуска, но и в процессе движения.

Причинами раннего износа кулачков являются:

  • засорение маслофильтра;
  • заправка некачественным автолом;
  • частый перегрев силовой установки — металл кулачков от этого начинает «вести»;
  • низкий уровень смазки;
  • ошибочно выставленный зазор клапанов;
  • неправильно установленные фазы ГРС.

Вторая частая неисправность — дефекты шеек опоры. К ним относят задиры, царапины, различные потёртости. Опорные элементы также прогибаются, трескаются, изменяют начальную форму. Нарушения мелкого типа вызываются естественным износом или некачественным составом моторного масла. Они легко устраняются шлифовкой и одновременной очисткой внутренних деталей автомобильного мотора — цилиндров, поршней, колец. Одновременно маслонасос и система охлаждения ДВС подвергаются тщательной диагностике, некорректная их работа исправляется.

Искривление опорных шеек определяется не визуально, а на специальном оборудовании. Существует допустимая степень искривления, которая определяется величиной 0,05 мм (для легковых авто).

Значительные дефекты шлифовке не поддаются, поэтому распредвал заменяется новым. Однако крайне важно суметь выявить причину, которая привела к износу. В противном случае, проблема повторится. Как правило, кулачки и опоры часто ломаются, изнашиваются раньше срока в экстремальных условиях. Когда автомобиль эксплуатируется чаще нормы, попадает в ДТП и различные столкновения.

Неисправности газораспределительного механизма автомобильных двигателей, связанные с износом узлов трения


Распредвалы приводятся в движение от коленчатого вала двигателя и испытывают знакопеременные ускорения. Профили кулачков обеспечивают плавное изменение ускорений при открытии клапана, поэтому с целью обеспечения безударной работы деталей ГРМ необходима высокая точность обработки рабочей поверхности кулачков.

При нажатии кулачка на толкатель возникают высокие удельные нагрузки (давления). Чтобы обеспечить необходимую долговечность, кулачки изготавливаются из материалов с высокой контактной прочностью. Кроме того, высокое значение при этом имеет смазка кулачков и толкателей. Нарушение или отсутствие подачи масла в узел трения «кулачок – толкатель» приводит к задирам и ускоренному износу рабочих поверхностей деталей сопряжения.

Восстановление профиля кулачков распределительных валов при их повышенном износе в процессе эксплуатации оказывается очень сложной и дорогостоящей процедурой. Применение антифрикционного покрытия MODENGY 1006 позволяет обеспечить долговременное смазывание пары трения «кулачок – толкатель» и снизить интенсивность изнашивания деталей сопряжения в условиях высоких контактных давлений.

Цилиндрический толкатель ГРМ автомобильных двигателей представляет собой металлический стакан, установленный с зазором в отверстии головки блока цилиндров между кулачком распределительного вала и торцем стержня клапана. Для уменьшения трения в верхнем торце толкателя часто устанавливается регулировочная шайба из антифрикционных материалов толщиной 3. 4 мм, с которой происходит контакт рабочей поверхности кулачков. Это позволяет уменьшить степень износа толкателя и кулачков распределительного вала.

Изношенная регулировочная шайба легко заменяется на новую. Кроме того, равномерное изнашивание верхней плоскости толкателя обеспечивается путем установки сопряжения «кулачок – толкатель» с небольшим смещением относительно середины кулачка или выполнения рабочей поверхности кулачка с небольшой конусностью, благодаря чему происходит непрерывное вращение толкателя. Однако в этом случае увеличивается износ боковой поверхности толкателя и отверстия в головке блока цилиндров, что особенно характерно для работы двигателя на загрязненном продуктами износа масле. Кроме того, из-за разницы коэффициентов линейного расширения материалов головки блока и толкателей зазор в отверстиях с нагревом двигателя увеличивается. Это приводит к повышенному шуму работы механизма и его ускоренному износу, если зазоры в сопряжении достаточно велики.

Изношенные отверстия под толкатели в алюминиевой головке блока очень сложно отремонтировать, и нередко экономически более целесообразной оказывается дорогостоящая замена самой головки. В этой связи для уменьшения интенсивности изнашивания деталей сопряжения «головка блока цилиндров – толкатель» и повышения их долговечности рекомендуется применение покрытия MODENGY 1006.

Читать еще:  Время токовая характеристика асинхронного двигателя

Клапаны ГРМ работают в условиях ударных нагрузок при высоких температурах. Ударные нагрузки возникают в момент открытия и закрытия и являются знакопеременными, что является опасным с точки зрения усталостной прочности. Тарелка выпускного клапана нагревается потоком горячих газов, и ее температура достигает в среднем 800. 900 °С. Температура конца стержня выпускного клапана при этом составляет 150. 200 °С. Работоспособность клапана в таких условиях обеспечивается применением надлежащих материалов и определенной конструкции деталей клапанной группы.

Большинство неисправностей, связанных с клапанной группой, возникает в связи с неплотной посадкой клапана в седло вследствие износа седла, фаски, стержня клапана и направляющей втулки. Износ фасок клапана и седла приводит к постепенному «утопанию» клапана в головке, уменьшению зазора в механизме привода, ухудшению контакта тарелки с седлом. Стержни и направляющие втулки наиболее интенсивно изнашиваются в направлении, перпендикулярном оси распределительного вала, т.е. в направлении действия боковых нагрузок на клапан. В этом случае контакт клапана с седлом происходит только на небольших участках окружности тарелки. Негерметичность клапана приводит не только к ухудшению теплоотдачи в седло, но и к дополнительному нагреву клапана за счет прохода горячих газов через просветы между седлом и клапаном.

Направляющая втулка клапана работает в паре со стержнем и должна обладать высокой износостойкостью в условиях повышенных температур и недостаточной смазки. Изнашивание втулки и стержня клапана по длине происходит неравномерно, притом наибольшая его интенсивность характерна для нижней части вблизи канала (особенно для выпускных клапанов). Стержень, нагреваясь наиболее сильно в своей нижней части, незначительно расширяется и постепенно изнашивает втулку, которая приобретает коническую форму, близкую к форме нагретого стержня.

Вследствие тяжелых условий работы при изготовлении клапанов используют специальные жаропрочные материалы – стали и сплавы с большим содержанием хрома, никеля, молибдена и вольфрама, а также специальные антифрикционные покрытия для уменьшения износа.

Недостатком уплотнения стержня с помощью маслосъемного (маслоотражательного) колпачка является неэффективное смазывание пары трения «стержень клапана – направляющая втулка». В этой связи клапан и направляющая втулка должны выполняться из износостойких и жаропрочных материалов, а их поверхности необходимо защищать специальными антифрикционными покрытиями . Антифрикционное покрытие MODENGY 1006 хорошо зарекомендовало себя в качестве долговременной смазки стержней клапанов ГРМ автомобильных двигателей.

Клапанные пружины ГРМ автомобильных двигателей работают при динамических нагрузках, для которых характерно большое количество циклов нагружения. Основными причинами износа клапанных пружин являются усталость металла, полное сжатие (трение витков пружины друг о друга), повреждение поверхности и нарушение геометрии. Вследствие этого происходит потеря упругости или поломка пружин, что может повлечь за собой снижение герметичности прилегания клапанов к седлу, уменьшение мощности двигателя и, при наиболее неблагоприятном стечении обстоятельств, зависание клапанов в цилиндре, приводящее к столкновению поршня с клапаном, перегреву клапанов или преждевременному воспламенению топливно-воздушной смеси. В результате наблюдается снижение мощности двигателя и увеличение вредных выбросов в атмосферу или разрушение клапана и поршня.

Усталостное разрушение пружины происходит вследствие многократного изменения напряжений. При высоких напряжениях и большом количестве их повторений на поверхности пружины возникает трещина, распространяющаяся по сечению витка и приводящая к разрушению. Поскольку контактирующие поверхности витков пружины совершают друг относительно друга небольшие перемещения, в момент соприкосновения между ними возникает трение. В результате этого наблюдается межвитковый износ пружин, приводящий к потере упругости и возможности разрушения пружины.

Одним из способов повышения долговечности пружин является защита поверхностей возможного контакта витков с помощью антифрикционных покрытий . Антифрикционное покрытие MODENGY 1006 успешно применяется в автомобильной промышленности для повышения износостойкости клапанных пружин ГРМ автомобильных двигателей.

Наибольшее распространение в автомобильных двигателях внутреннего сгорания получил роликовый цепной привод распределительных валов ГРМ, который отличается высокой надежностью. Однако в процессе эксплуатации иногда приходится сталкиваться с неисправностями привода, связанными с износом цепи, звездочек и других его элементов (например, натяжного устройства). Наибольшее распространение в приводе ГРМ получили двухрядные роликовые цепи как наименее подверженные износу и растяжению.

Для повышения долговечности цепная передача нуждается в постоянном смазывании. В то же время абразивные частицы, оседая на смазку, затрудняют вращение звеньев цепи и повышают интенсивность ее изнашивания. Применение антифрикционного покрытия MODENGY 1006 на основе твердых смазочных материалов для долговременной смазки цепей и звездочек привода ГРМ автомобильных двигателей позволяет снизить интенсивность изнашивания деталей привода и повысить его долговечность.

Читать еще:  Что такое противофаза в двигателе

Загрязнение масла

Избежать небольших загрязнений при сборке мотора очень сложно. Необходимый уровень очистки БЦ и ГБЦ может обеспечить только использование специализированного оборудования. Сама операция промывки сложна и трудоемка. Обращать внимание нужно на загрязнение масляных каналов, которое приводит к повреждениям толкателей и вкладышей.

При этом продувка сжатым воздухом порой не дает требуемого результата. Удалить таким способом грязь, скопившуюся в удаленных частях магистралей, очень сложно. Нужное качество промывки дает чистка масляных каналов ершиком с одновременным удалением заглушек масляных магистралей. Иногда заглушки приходится высверливать, а затем нарезать резьбу для новых заглушек. Также тщательно надо очистить отверстия для отвода масла в коленвале, выполнить промывку штанг толкателей.

Подвижные детали ДВС защищает тонкая пленка смазки. Частицы грязи, попавшие в этот слой, превращаются в абразив, воздействие которого приводит повреждению поверхностей деталей и закупорке малых зазоров, что обязательно вызовет поломку толкателей и вкладышей. Поэтому обязательно нужно обеспечить чистоту распредвала и толкателей для того, чтобы обеспечить их длительный срок службы.

Замена распредвала двигателя ВАЗ 2106

1. Снимаем кожух воздушного фильтра и сам фильтр (он будет мешать работе). Для этого необходимого открутить гайки шпилек кожуха фильтра.

2. Демонтируем крышку головки блока цилиндров (она же «клапанная крышка»).

3. Отгибаем край стопорной шайбы-звездочки распредвала.

4. Ослабляем цепь ГРМ. Для этого необходимо монтировкой ослабить гайку натяжителя изнутри кожуха и зафиксировать его положение затяжкой гайки.

5. Необходимо поставить коленчатый вал в положение 3 — длинная риска (соответствует окончанию сжатия в четвертом цилиндре), а метку звездочки распределительного вала нужно совместить с меткой постели.

6. Снять болт звездочки распредвала.

7. Цепь и звездочку увязать проволокой, снять звездочку, уложить цепь в блоке.

8. Открутить крепеж корпуса распредвала и снять его со шпилек.

9. Сняв крепеж, демонтировать упорный фланец.

10. Достать распредвал из корпуса.

11. Собрать детали и узлы в обратном порядке. Затягивание болтов следует выполнять, соблюдая порядок и контролируя момент затяжки.

На сегодняшний день распредвал остается незаменимой деталью. При надлежащей эксплуатации он может прослужить вам в течении всего срока эксплуатации двигателя. Установка распредвала без проверки и доработки поверхностей может привести к ускоренному его износу. С заменой распредвала рекомендуют поменять другие элементы, работающие с ним в контакте.

Принцип действия и устройство распредвала

Распределительный вал соединяется с коленвалом при помощи цепи или ремня, надетого на шкив распредвала и звездочку коленчатого вала. Вращательные движения вала в опорах обеспечивают специальные подшипники скольжения, благодаря этому вал воздействует на клапана, запускающие работу клапанов цилиндров. Этот процесс происходит в соответствии с фазами образования и распределения газов, а также рабочим циклом двигателя.

Установка фаз распределения газов происходит согласно установочным меткам, которые имеются на шестернях или шкиве. Правильная установка обеспечивает соблюдение последовательности наступления рабочих циклов двигателя.

Основной деталью распредвала являются кулачки. При этом количество кулачков, которыми оснащается распредвал, зависит от количества клапанов. Основное назначение кулачков – осуществление регулировки фаз процесса газообразования. В зависимости от типа конструкции ГРМ кулачки могут взаимодействовать с коромыслом или толкателем.

Кулачки устанавливаются между опорными шейками, по два на каждый цилиндр двигателя. Распредвалу во время работы приходится преодолевать сопротивление пружин клапанов, которые служат возвратным механизмом, приводя клапана в исходное (закрытое) положение.

На преодоление этих усилий расходуется полезная мощность двигателя, поэтому конструкторы постоянно думают, как можно уменьшить потери мощности.

Для того чтобы уменьшить трение между толкателем и кулачком, толкатель может оснащаться специальным роликом.

Помимо этого, разработан специальный десмодромный механизм, в котором реализована беспружинная система.

Опоры распределительных валов оснащены крышками, при этом передняя крышка является общей. Она имеет упорные фланцы, которые соединяются с шейками валов.

Распредвал изготавливается одним из двух способов – ковкой из стали или литьем из чугуна.

Классификация или типы ГРМ

Двигатели могут иметь различную компоновку газораспределительного механизма. Рассмотрим следующую классификацию.

По расположению распределительного вала

Существуют два типа положения распредвала:

  • нижнее;
  • верхнее.

При нижнем расположении распредвал находится в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Усилие от кулачков передается через толкатели на коромысла, при этом применяются специальные штанги. Они представляют собой длинные стержни и связывают толкатели внизу с коромыслами наверху. Нижнее расположение считается не самым удачным, но имеет и свои плюсы. В частности, более надежное соединение распредвала с коленвалом. Данный тип расположения на современных моторах не применяется.

Читать еще:  Влияние температуры воздуха на мощность двигателя

Нижнее расположение распредвала и устройство ГРМ

При верхнем положении распредвал находится в головке блока цилиндров (ГБЦ) непосредственно над клапанами. При таком положении могут быть реализованы различные варианты воздействия на клапаны: через толкатели, коромысла или рычаги. Такая конструкция более простая, надежная и компактная. Верхнее положение распредвала получило более широкое распространение.

По количеству распределительных валов

На рядных двигателях могут быть установлены один или два распределительных вала. Моторы с одним распредвалом имеют аббревиатуру SOHC (Single Overhead Camshaft), а с двумя – DOHC (Double Overhead Camshaft). Один вал отвечает за открытие впускных, а другой за открытие выпускных клапанов. В двигателях c V-образной компоновкой используются четыре распредвала, по два на каждый ряд цилиндров.

По количеству клапанов

От количества клапанов на один цилиндр будет зависеть форма распредвала и количество кулачков на нем. Клапанов может быть два, три, четыре или пять.

Самый простой вариант с двумя клапанами: один работает на впуск, другой на выпуск. В трехклапаном двигателе два работают на впуск и один на выпуск. При четырех клапанах: два на впуск и два на выпуск. Пять клапанов: три на впуск и два на выпуск. Чем больше клапанов на впуске, тем больше объем поступающей топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Повышается мощность и динамика двигателя. Сделать больше пяти не позволят размер камеры сгорания и форма распредвала. Наиболее часто встречается схема с четырьмя клапанами на цилиндр.

По типу привода

Различают три типа привода распределительного вала:

  1. Шестеренчатый. Данный привод возможен только при нижнем положении распредвала в блоке цилиндров. Коленвал и распредвал имеют зубчатый привод через шестерни (звездочки). Главное преимущество такого привода – надежность. При верхнем положении распредвала в ГБЦ применяется цепной и ременный привод.
  2. Цепной. Этот привод считается более надежным. Но использование цепи требует особых условий. Для гашения колебаний устанавливаются успокоители, а натяжение цепи регулируется натяжителями. В зависимости от количества валов могут применяться несколько цепей.

Ресурса цепи хватает в среднем на 150-200 тысяч километров пробега.

Главной проблемой цепного привода считается поломка натяжителей, успокоителей или разрыв самой цепи. При плохом натяжении цепь может перескакивать между зубьев в ходе работы, что приводит к нарушению фаз газораспределения.

Ременный и цепной приводы ГРМ

Автоматически регулировать натяжение цепи помогают гидронатяжители. Они представляют собой поршни, которые давят на так называемый башмак. Башмак прилегает непосредственно к цепи. Он представляет собой изогнутую дугой деталь со специальным покрытием. Внутри гидронатяжителя находится плунжер, пружина и рабочая полость для масла. Масло поступает в натяжитель и выталкивает цилиндр до нужного уровня. Клапан закрывает масляный канал, и поршень постоянно поддерживает нужное натяжение цепи. По похожему принципу работают гидрокомпенсаторы в ГРМ. Успокоитель цепи гасит остаточные колебания, которые не погасил башмак. Так достигается оптимальная и точная работа цепного привода.

Самые большие неприятности может принести разрыв цепи.

Распредвал прекращает вращение, а коленвал продолжает крутиться и двигать поршни. Днища поршней ударяются о тарелки клапанов, что приводит к их деформации. В самых тяжелых случаях может быть поврежден и блок цилиндров. Чтобы такого не произошло, иногда применяются двухрядные цепи. При обрыве одной другая продолжит работу. Водитель без последствий исправит ситуацию.
Ременный. Ременный привод не требует смазки, в отличие от цепного.

Ресурс ремня также ограничен и в среднем он равен 60-80 тысячам километров пробега.

Для лучшего сцепления и надежности используются зубчатые ремни. Такой привод более прост. Разрыв ремня при работающем двигателе приведет к тем же последствиям, что и при разрыве цепи. Главными преимуществами ременного привода является простота эксплуатации и замены, дешевизна и бесшумная работа.

От правильной работы всего газораспределительного механизма зависит работа двигателя, его динамика и мощность. Чем больше количество и объем цилиндров, тем сложнее будет устройство ГРМ. Каждому водителю важно понимать устройство механизма, чтобы вовремя заметить неисправность.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector