Газораспределительный механизм

1. Назначение и устройство газораспределительного механизма

1.1 Назначение

Главное назначение газораспределительного механизма -- своевременное снабжение двигателя горючей смесью, а также выпуск выхлопных газов. Основными элементами газораспределительного механизма являются:

- распределительный вал;

-рычаги;

-ремень газораспределительного механизма (ремень ГРМ) или цепь;

-клапаны с мощными пружинами (впускные и выпускные);

-впускные и выпускные каналы.

Распределительный вал двигателя внутреннего сгорания находится в головке блока цилиндров, а точнее -- вдоль ее верхней части. Ключевыми элементами распределительного вала являются кулачки, число которых равно общему количеству впускных и выпускных клапанов. Распределительный вал расположен относительно клапанов таким образом, что каждому клапану соответствует свой кулачок. При вращении вала кулачки поочередно давят на соответствующие клапаны, благодаря чему те своевременно открываются. Когда кулачок перестает давить на клапан (распределительный вал вращается с большой скоростью, и давление очень скоротечно), он под воздействием мощной пружины возвращается на место, плотно закрывая отверстие.

В целом распределительный вал с кулачками предназначен для своевременного и согласованного с движением поршней в цилиндрах открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. Иначе говоря, посредством распредвала впускной клапан открывается в самом начале первого такта, когда поршень еще находится в верхней мертвой точке, и закрывается сразу, как только поршень достигнет нижней мертвой точки. Выпускной клапан открывается именно в конце третьего такта, когда поршень находится в НМТ, и закрывается по достижении им ВМТ (то есть когда выхлопные газы будут выдавлены поршнем через отверстие выпускного клапана).

Распределительный вал получает энергию вращения от коленчатого вала, с которым он соединен либо цепью, либо зубчатым ремнем газораспределительного механизма. Для этого на конце распредвала закреплена соответствующая шестерня, а на конце коленчатого вала -- зубчатый шкив или звездочка. Например, в автомобиле ВАЗ-2106 используется цепь, а в ВАЗ-2108, «Форд-Эскорт», «Опель-Вектра» -- ремень ГРМ.

Чтобы цепь постоянно находилась в требуемом натяжении, применяется натяжитель, установленный в комплекте с башмаком. Если в машине используется ремень ГРМ, то для его натяжения предусмотрен специальный натяжной ролик.

1.2 Схема ременного привода распределительного вала

Ремень ГРМ и цепь являются весьма важными деталями. Цепь считается более надежной, но и ремень выдерживает пробег в среднем до 60 000 км. Разрыв ремня ГРМ чреват катастрофическими последствиями для двигателя (будут погнуты клапаны и др.): придется делать сложный и дорогостоящий капитальный ремонт. Кстати, разрыв ремня ГРМ на водительском сленге называется «встречей поршней с клапанами» (в результате чего ломается и то, и другое).

Поэтому, когда вы покупаете подержанный автомобиль, сразу поменяйте в нем ремень ГРМ, даже если продавец будет уверять в том, что «все заменено и все новое». Замена ремня обойдется намного дешевле капитального ремонта двигателя. Тем более что лопнуть ремень может в самое неподходящее время (например, в дороге).

Иногда одновременно с ремнем следует заменить и его ролики, которые со временем заметно изнашиваются. Развалившийся ролик приводит к таким же фатальным для двигателя последствиям, как и лопнувший ремень ГРМ.

Иногда из газораспределительного механизма доносится характерный металлический стук. Причиной могут быть износ кулачков распределительного вала, слишком большие зазоры клапанного механизма, поломка клапанных пружин либо износ рычагов. При наличии больших зазоров клапанного механизма их следует отрегулировать, в остальных случаях неисправные запчасти подлежат замене.

Главным критерием, по которому определяют чрезмерное увеличение зазоров у клапанов, является частый металлический стук, хорошо слышимый при работе двигателя на холостых оборотах с малой частотой вращения коленчатого вала. Данная неисправность приводит к повышенному износу торцов стержней клапанов, наконечников стержней или регулировочных шайб, а также потере мощности двигателя, поскольку время пребывания клапанов в открытом положении уменьшается и, как следствие, ухудшается наполняемость цилиндров горючей смесью и полнота их очистки на четвертом такте работы.

1.3 Детали клапанного механизма

Если появляются характерные хлопки из карбюратора или из глушителя -- значит, зазор у клапанов чересчур маленький и его также необходимо отрегулировать. Такая неисправность является причиной неплотного прилегания клапанов к своим седлам, в результате чего снижается компрессия в цилиндрах и двигатель теряет мощность.

При сильном износе клапанов следует выполнить их притирку к седлам либо вообще заменить.

В некоторых случаях цепь газораспределительного механизма работает очень шумно, что, как правило, обусловлено ее удлинением за счет износа шарнирных соединений звеньев. Цепь необходимо натянуть или просто заменить.

1.4 Устройство газораспределительного механизма

В двигателях автомобилей применяют газораспределительные механизмы с нижним (ГАЗ-51А, ЗИЛ-164А, и др.) и верхним (ГАЗ-24, ГАЗ-53, ЗИЛ-130, ЯМЗ и др.) расположением клапанов. Верхнее расположение клапанов имеет ряд преимуществ, способствующих повышению мощности и экономичности двигателя:

компактная камера сгорания с более коротким путём горения рабочей смеси препятствует возникновению детонации и позволяет повысить степень сжатия;

отношение поверхности камеры сгорания к её объёму на 30-35% меньше по сравнению с Г-образной камерой, что сокращает потери тепла в охлаждающую жидкость и повышает КПД двигателя;

возможность увеличения размеров и высоты подъёма впускных клапанов, а, следовательно, повышение коэффициента наполнения;

доступность регулировки клапанного механизма.

1.5 Распределительный вал

Распределительный вал - стальной кованый; имеет пять опорных шеек. Для удобства сборки шейки имеют разные диаметры: первая - 52 мм, вторая - 51 мм, третья - 50 мм, четвертая - 49 мм, пятая - 48 мм. Шейки опираются на втулки, свернутые из сталебаббитовой ленты и запрессованные в отверстия в перегородках блока цилиндров. Поверхности шеек распределительного вала, кулачков, эксцентрика и зубьев шестерни привода масляного насоса закалены до высокой твердости. Профили впускного и выпускного кулачков одинаковы. Кулачки по ширине шлифованы на конус. Коническая поверхность кулачка в сочетании со сферическим торцом толкателя при работе двигателя сообщает толкателю вращательное движение. Вследствие этого износ направляющей толкателя и его торца делается равномерным и небольшим.

1.6 Клапаны и толкатели

Толкатели - стальные, поршневого типа. Торец толкателя направлен отбеленным чугуном и шлифован по сфере радиусом 750 мм (выпуклость середины торца равна 0,11 мм). Внутри толкателя имеется сферическое углубление радиусом 8,73 для нижнего конца штанги. Вблизи нижнего торца сделаны два отверстия для стока масла из внутренней полости толкателя. Штанги толкателей изготовлены из дюралюминиевого прутка. На концы напрессованы стальные закаленные наконечники со сферическими торцами. Нижний наконечник, сопрягающийся с толкателем, имеет торец с радиусом сферы 8,73 мм, а верхний, входящий в углубление в регулировочном винте коромысла - 3,5 мм. Длина штанги двигателя 24Д - 283 мм, двигателя 24-01 - 287 мм.

1 - седло клапана; 2 - клапан; 3 - маслоотражательный колпачок; 4 и 5 - пружины; 6 - тарелки пружины; 7 - сухарь; 8 - коромысло; 9 - регулировочный винт; 10 - гайка регулировочного винта; 11 - штанга; 12 - опорная шайба пружины.

Принцип работы клапанов ГРМ

От зубчатого шкива коленчатого вала ремнём вращения передается на зубчатый шкив распределительного вала. При вращении распределительного вала его кулачок набегает на рычаг, который, поворачиваясь на сферической опоре регулировочного болта, другим концом нажимает на стержень клапана и открывает отверстие, сообщающее камеру сгорания цилиндра впускным (впускной клапан) или выпускным (выпускной клапан) трубопроводом. При дальнейшем повороте вала кулачок сходит выпуклой частью с рычага, который при помощи шпилечной пружины возвращается в исходное положение, а клапан под действием пружины закрывается. При этом между рычагом и затылком кулачка образуется тепловой зазор, который обеспечивает плотное закрытие клапана при удлинении его стержня вследствие нагрева во время работы двигателя.

2. Неисправности газораспределительного механизма

Основными неисправностями газораспределительного механизма (ГРМ) являются:

-нарушение тепловых зазоров клапанов (на двигателях с регулируемым зазором);

-износ подшипников, кулачков распределительного вала;

-неисправности гидрокомпенсаторов (на двигателях с автоматической регулировкой зазоров);

-снижение упругости и поломка пружин клапанов;

-зависание клапанов;

-износ и удлинение цепи (ремня) привода распределительного вала;

-износ зубчатого шкива привода распределительного вала;

-износ маслоотражающих колпачков, стержней клапанов, направляющих втулок;

-нагар на клапанах.

2.1 Нарушение теплового зазора

На двигателях с регулируемым зазором может произойти по причине износа подшипников и кулачков распределительного вала, износа зубчатого шкива привода распределительного вала, а также вследствие неправильной регулировки.

Неисправности ГРМ достаточно сложно диагностировать, т.к. сходные внешние признаки могут соответствовать нескольким неисправностям. Зачастую конкретная неисправность устанавливается непосредственным осмотром конструктивных элементов ГРМ со снятием крышки головки блока цилиндров.

Большинство неисправностей газораспределительного механизма приводит к нарушениям фаз газораспределения, при которых двигатель начинает работать нестабильно и не развивает номинальной мощности.

2.2 Замена ремня привода газораспределительного механизма (ГРМ) надвигателях ВАЗ-2110

Порядок выполнения

- Снимаем ремень привода генератора.

- Ключом "на 10" отворачиваем болты передней крышки ГРМ: два сбоку и один в центре.

- Снимаем крышку ГРМ.

- Снимаем правое колесо и пластиковый щиток моторного отсека.

- Головкой "на 19" проворачиваем коленчатый вал по часовой стрелке за болт крепления шкива до совмещения метки на зубчатом шкиве распределительного вала с установочным усиком на задней крышке привода ГРМ

2.3 Снятие распределительного вала двигателей ВАЗ-2110

Порядок выполнения

- Снимаем клапанную крышку головки цилиндров.

- На двигателе ВАЗ-2111 ключом "на 10" отворачиваем две гайки крепления "массовых" проводов к шпилькам заглушки головки цилиндров и снимаем провода со шпилек.

- Ключом "на 10" отворачиваем две гайки и один болт крепления заглушки.

- Снимаем заглушку и ее уплотнительное кольцо.

- На двигателе ВАЗ-2110 снимаем корпус вспомогательных агрегатов.

- Снимаем зубчатый шкив распределительного вала. Отворачиваем верхнюю гайку крепления задней крышки ремня привода ГРМ.

- Ключом "на 13" равномерно в несколько приемов (до снятия давления пружин клапанов) отворачиваем десять гаек крепления корпусов подшипников распределительного вала.

- Снимаем со шпилек передний и задний корпусы подшипников распределительного вала.

Немного отведя от головки блока цилиндров заднюю крышку ремня привода ГРМ, снимаем распределительный вал.

2.4 Замена маслоотражательных колпачков клапанов двигателей ВАЗ-2110

Порядок выполнения

- Снимаем распределительный вал. Устанавливаем коленчатый вал в положение ВМТ поршней 1-го и 4-го цилиндров. В этом положении вала меняем маслоотражательные колпачки клапанов 1-го и 4-го цилиндров.

- Вынимаем толкатель с регулировочной шайбой из гнезда головки блока цилиндров.

- Выворачиваем свечу зажигания 1-го цилиндра.

Через свечное отверстие вставляем пруток из мягкого металла (диаметром около 8 мм) между днищем поршня и тарелкой клапана, на котором меняем колпачок.

- Устанавливаем рассухариватель клапанов. Подпятник рассухаривателя упираем в тарелку клапана, а зацепной рычаг заводим за гайку, навернутую на шпильку крепления корпуса подшипников распределительного вала.

- Сжимаем пружины и извлекаем пинцетом сухари.

- Вынимаем тарелку пружин и сами пружины.

- Специальными щипцами снимаем маслоотражательный колпачок с направляющей втулки клапана.

- Смазав новый колпачок моторным маслом, напрессовываем его оправкой на направляющую втулку.

- Собираем клапанный механизм 1-го цилиндра в обратной последовательности. Затем повторяем эти работы для 4-го цилиндра. После чего, провернув коленчатый вал на 180° (ВМТ поршней 2-го и 3-го цилиндров) аналогичным образом меняем маслоотражательные колпачки клапанов 2-го и 3-го цилиндров.

-Собираем механизмы в обратной последовательности.

2.5 Замена сальника распределительного вала двигателей ВАЗ-2110

Порядок выполнения

- Снимаем ремень ГРМ.

- Ключом "на 17" отворачиваем болт зубчатого шкива распределительного вала. Чтобы вал не проворачивался, пропускаем через отверстие в шкиве головку "на 10" с удлинителем и надеваем на гайку крепления задней крышки ремня привода ГРМ.

- Поддеваем отверткой шкив распределительного вала и снимаем его.

- Чтобы не потерять шпонку шкива, извлекаем ее из паза распределительного вала.

- Поддеваем отверткой сальник и извлекаем его.

- Смазав моторным маслом рабочую кромку нового сальника, подходящим отрезком трубы запрессовываем его.

- Сборку проводим в обратной последовательности.

3. Техника безопасности

Слесарно-монтажные инструменты, применяемые на постах, должны быть исправными. Не допускается использование ключей с изношенными гранями и несоответствующих размеров, применение рычагов для увеличения плеча гаечных ключей, а также применение зубил и молотка для отвёртывания гаек. Рукоятки отвёрток, напильников, ножовок и так далее должны быть изготовлены из пластмассы или дерева, иметь гладкую, ровно зачищенную поверхность. Деревянные рукоятки во избежание раскалывания должны иметь металлические кольца.

Впрессовывать втулки, подшипники и другие детали следует при помощи прессов и специальных съёмников. Съёмники должны прочно и надёжно захватывать детали в месте приложения усилия.

Осмотровые канавы должны иметь направляющие предохранительные борта и содержатся в чистоте. Неиспользуемые осмотровые канавы должны быть огорожены или закрыты. Автомобили должны въезжать на канаву, когда в ней нет людей.

При постановке автомобиля на пост технического обслуживания или ремонта необходимо на рулевое колесо повесить табличку с надписью: “Двигатель не пускать - работают люди !”. Автомобиль при этом должен быть заторможен ручным тормозом и включением первой передачи в коробке передач.

При обслуживании автомобиля, установленного на подъёмнике, необходимо на механизме управления подъёмником укрепить табличку с надписью: “Не трогать - под автомобилем работают люди !”. Во избежание самопроизвольного опускания гидравлического подъёмника нужно после подъёма автомобиля откинуть предохранительные стойки или вставить штыри в отверстия предохранительных труб, выдвигающихся вместе с плунжерами.

Перед началом работ на автомобиле - самосвале с поднятым кузовом надо устанавливать упорную штангу, предотвращающую опускание кузова.

При техническом обслуживании и ремонте автомобиля со снятыми колёсами, вывешенного на домкратах, талях и кранах, разрешается приступать к работе только после установки автомобиля на подставки (козелки), при этом под неснятые колёса должны быть подложены упоры. Подставки должны быть прочными и надёжными (только металлическими).

При подъёме и транспортировании агрегатов нельзя находится под поднятыми частями автомобиля. Запрещается снимать, устанавливать и транспортировать агрегаты при зачаливании их тросом и канатами без специальных захватов. Тележки для транспортирования должны иметь стойки и упоры, предохраняющие агрегаты от падения и перемещения по тележке.

Для осмотра автомобиля применяют переносные безопасные электролампы напряжением до 36 вольт с предохранительными сетками, при работе в осмотровых канавах напряжение не должно превышать 12 вольт. Ручные электроинструменты (дрели, гайковёрты) надо присоединять к сети только через штепсельные разетки с заземляющим контактом. Провода электроинструментов нужно подвешивать, не допуская прикосновения их с полом.

Приёмку автомобиля на ходу и проверку тормозов следует производить вне помещения; пускать двигатель и трогаться с места разрешается только по получении сигнала от рабочего, производящего регулировку.

Вождение автомобиля на территории автохозяйства, в том числе и пробование автомобилей после ремонта и регулировки, разрешается только лицам, имеющим удостоверение шофёра. Скорость движение не должна превышать: на подъездных путях и проездах - 10 км/ч, в производственных помещениях - 5 км/ч. обгон одного автомобиля другим на территории автохозяйства запрещается.

Монтаж и демонтаж шин надо производить на специально выделенных местах. Накачивать шины воздухом следует в ограждённом месте или с применением устройств, предохраняющих рабочих от несчастных случаев при выскакивании замочного кольца или разрыве покрышки. При накачивании следить за показаниями манометра, не допуская давление воздуха в шине сверх установленной нормы.