Введение
Одна из основных систем двигателя внутреннего сгорания - газораспределительный механизм (ГРМ). Он отвечает за распределение по цилиндрам бензино-воздушной смеси в бензиновых двигателях (или воздуха — в дизельных) и за выпуск выхлопных газов. Клапанный механизм действует в чрезвычайно жестких условиях. Его детали испытывают высокие ударные и инерционные нагрузки, а также термические напряжения (клапаны работают при очень высокой температуре, причем нагрев их весьма неравномерен). Кромки тарелок клапанов и седла подвергаются эрозии, а распределительные валы, толкатели и направляющие втулки — действию трения. При этом все детали механизма должны действовать четко и слаженно, ведь от правильности их работы зависят все характеристики двигателя, начиная с мощности и кончая составом выхлопных газов.
Во время прогрева двигателя детали газораспределительного механизма нагреваются и их размеры увеличиваются. Чтобы при высокой температуре клапаны плотно закрывались, между элементами ГРМ необходимо оставлять небольшие тепловые (термические) зазоры. Необходимо заметить, что впускные и выпускные клапаны нагреваются до разной температуры (выпускные существенно горячее впускных), поэтому и зазоры на них могут быть разными. В двигателях большинства легковых автомобилей величина зазора на впускных клапанах составляет 0,15— 0,25 мм, а на выпускных — 0,2—0,35 мм и даже больше.
Если тепловой зазор отрегулирован неправильно, в зависимости от того, «в какую сторону» сделана ошибка, могут возникнуть разные технические неисправности.
В результате износа деталей автомобильного двигателя зазоры на клапанах газораспределительного механизма неизбежно увеличиваются, поэтому время от времени приходится их регулировать. Занятие это не слишком сложное, но трудоемкое, требующее определенной квалификации и внимательности. Избежать частой регулировки клапанного механизма и сделать его работу более мягкой помогают гидрокомпенсаторы. В реферате рассказывается о том, как они устроены и каких сюрпризов ждать, если установить гидрокомпенсаторы на свой автомобиль.
2 Устройство гидрокомпенсаторов
Суть работы гидрокомпенсатора заключается в автоматическом изменении своей длины на величину, равную тепловому зазору клапанов. Детали компенсатора перемещаются одна относительно другой, во-первых, под действием встроенной в него пружины, во-вторых, за счёт подачи масла под давлением из системы смазки двигателя.
Обычный гидрокомпенсатор представляв собой корпус, внутри которого установлена подвижная плунжерная пара, состоящая в свою очередь из втулки и подпружиненного плунжера с шариковым клапаном (см. рисунок 1).
Плунжерная пара - самая ответственная часть гидрокомпенсатора. Зазор между втулкой и плунжером составляет всего 5—8 микрон. Благодаря этому, с одной стороны, детали более или менее свободно перемещаются относительно друг друга, с другой - сохраняется герметичность соединения. В нижней части плунжера есть отверстие, которое закрывается обратным шариковым клапаном. Между втулкой и плунжером установлена достаточно жесткая пружина.
Когда кулачок распределительного вала располагается тыльной стороной к толкателю, между корпусом и распределительным валом остается тепловой зазор. Масло поступает в плунжер через масляный канал из системы смазки (а). Одновременно с этим плунжер под действием пружины поднимается и компенсирует зазор, а в полость под плунжером через шариковый клапан из системы смазки двигателя также попадает масло. По мере того как вал поворачивается, кулачок перестаёт давить на толкатель и перемещает его вниз (б). Обратный шариковый клапан в этот момент закрывается, и плунжерная пара начинает работать как жесткий элемент (масло можно считать несжимаемой жидкостью), предавая усилие на клапан (в). Небольшая часть масла все же выдавливается из-под плунжера через зазор между ним и втулкой. Утечка компенсируется поступлением масла из системы смазки. Из-за нагревания деталей во время работы двигателя происходит некоторое изменение длины гидрокомпенсатора, но система сама автоматически компенсирует зазор, изменяя объем дополнительной порции масла.
а) б) в)
Рисунок 1-Работа гидрокомпенсатора теплового зазора клапанов газораспределительного механизма: 1 — распределительный вал с кулачками; 2 — корпус; 3 — плунжер; 4 — втулка плунжера; 5 — шариковый клапан; 6 — пружина плунжера; 7 — обратный шток клапана; 8 — масляный канал системы смазки двигателя; 9 — полость под плунжером; 10 — тепловой зазор.
1 Анализ существующих конструкций
Корпусом гидрокомпенсатора может служить цилиндрический толкатель (такая конструкция применяется на двигателях ВАЗ-2108), часть головки блока цилиндров (ВАЗ-2101-ВАЗ-2106). На двигатели УМЗ 331.10 иногда ставят гидрокомпенсаторы, корпусом которых служат элементы рычагов привода клапанов.
На конвейер ЗМЗ некогда поставляли немецкие толкатели INAF-46580.21. Их основной недостаток - высокая цена; изделия выпускали, чуть ли не специально для ЗМЗ. Кроме того, есть и технический недочет. Под действием силы тяжести масло из такого толкателя при выключенном моторе вытекает... Следствие - сухое трение при очередном пуске мотора, продолжающееся до тех пор, пока давление в системе не вырастет до номинала и масло вновь не поступит внутрь. Аналогичную конструкцию имеют пермские толкатели ГТ-35 , отличающиеся от прототипа не в лучшую сторону по качеству изготовления, хотя их рыночная цена практически одинакова.
Гидрокомпенсаторы INAF-465924 - с конца 2000 года их поставляют на завод ЗМЗ - имеют специальную воронку М-образной формы в разрезе. Это гарантирует сохранение определенного объема масла даже после остановки двигателя. Кстати, такие толкатели на грамм легче предыдущих. Еще одно отличие INAF-46592.4-воронка не приваривается к корпусу, а зачеканивается - разработчики считают, что это не менее надежно, но более технологично.
Решающее значение при установке гидрокомпенсаторов имеют не габаритные размеры, а внутренняя конструкция элементов, которая определяет так называемое время просадки компенсатора, характеризующее подвижность его элементов.
Для заволжских моторов подойдет компенсатор «Ахуса» (AJUSА) под номером 85000500 - другие не годятся. Его внешний отличительный признак – маслопроводное отверстие, расположенное под острым углом к цилиндрической поверхности компенсатора - у пермских и немецких изделий этот угол был прямым. Кроме того, около этого отверстия у «Ахусы» предусмотрена полукруглая канавка: по мнению разработчиков, она обеспечивает эффективный смыв грязи, предотвращая ее попадание внутрь изделия.
3 Причины неисправности и ремонт гидрокомпенсаторов
Гидрокомпенсаторы, которым положено компенсировать зазор, со своей ролью порой не справляется: привод работает со стуком, тарелки клапанов резко «шлёпают» по сёдлам.
Гидрокомпенсаторы, действительно, существенно упрощают обслуживание двигателя, но с ними надо более внимательно подходить к выбору масла и масляного фильтра. Дело в том, что больше всего гидрокомпенсаторы «боятся» увеличения зазоров в плунжерной паре. Когда зазор увеличивается, происходит утечка масла из-под плунжера, пара становится «не жесткой» и компенсатор просто не успевает срабатывать. Гидрокомпенсатор начинает стучать во время работы двигателя. Примерно то же самое происходит и при неисправности клапана, только масло вытекает не через зазор между плунжером и втулкой, а через клапан. Стук может быть вызван также засорением масляных отверстий.
Иногда плунжерную пару заклинивает. В зависимости от того, в каком положении заклинило детали, либо в клапанном механизме образуется слишком большой зазор (возникают ударные нагрузки, сопровождающиеся резким стуком и повышенным износом деталей), либо клапаны оказываются «зажатыми» (возрастает нагрузка на распределительный вал, повышается износ деталей, резко падает мощность, появляются хлопки в системе впуска и «стрельба» в выхлопном тракте).
Однако неисправность может быть вызвана и дефектом производства. Эта «болезнь» долго сопровождала гидрокомпенсаторы ОАО «Инкар» (Пермь). Её обследовали в заводской лаборатории и вынесли вердикт: во всём виновата грязь, проникшая внутрь толкателя с маслом. Из пяти обследуемых гидрокомпенсаторов у четырёх она налипла детали плунжерной пары (корпус и поршень) и лишила их подвижности: детали прецизионные, зазор между ними всего несколько микрометров, и если сюда попадает что-то инородное - гидрокомпенсатор заклинивает. На пятом узле грязь под шариком обратного клапана не давала ему закрыться: масло уходило назад в корпус толкателя, поршень очень легко перемещался в корпусе.
Причина неисправностей ясна, однако возникает резонный вопрос: откуда грязь? Исследованные толкатели родились в 2000 году, когда на предприятии еще работало устаревшее оборудование. Пуще других от технологического несовершенства страдала плунжерная пара: для окончательной доводки прецизионных деталей применяли абразивную пасту. После промывки ее остатки вместе с частичками снятого металла все равно оставались на поверхности, и грязные элементы попадали на сборку. В конце 2000 года пермяки закупили импортное автоматическое оборудование. Притирку сменила шлифовка, промывка стала тщательнее. Тогда же изменили технологию термообработки плунжерной пары и корпуса. Нововведения не прошли даром – нареканий стало меньше.
К 2003 году «Инкар» провёл глубокую модернизацию своих гидрокомпенсаторов. Была существенно изменена «начинка». Изменили плунжер клапана - подкорректировали конструкцию пружины, колпачки и сёдла; шарик обрабатывают теперь по более высокому классу точности.
Наряду с конструкцией толкателей усовершенствовали технологию их производства и контроля. Прецизионные (с зазором 4-7 микрон) детали гидрокомпенсатора подбирают электронные приборы в помещении со стабильным микроклиматом. За химико-термической обработкой следят компьютеры, сваривают детали газовые лазеры, а все финишные операции идут на оборудовании, которое контролирует размеры непосредственно при обработке.
На «Инкаре» освоили иную технологию заливки масла в толкатель - сейчас в корпусе остается воздух, а часть жидкости выливается при транспортировке. По-новому узел будут заполнять полностью более густой смазкой. При первом пуске двигателя гидрокомпенсатор обойдется своими запасами - грязное масло из двигателя ему не понадобится. Кстати, немецкая фирма INA, чьи толкатели часто и не без оснований ставят в пример «Инкару», поступает именно так.
Пермские специалисты работают еще и над конструкцией узла, чтобы сделать его надежнее. Скоро на свет появится следующее поколение гидрокомпенсаторов. От нынешних они отличаются конструкцией масляного резервуара (рисунок 2). U-образная форма стенки уступило место иной, повторяющей очертание буквы М (конструкция позаимствована у гидрокомпенсаторов INAF-46592.4, о которых упоминалось выше). Модернизация позволит увеличить число так называемых безопасных попыток пуска до тридцати: пока двигатель проворачивает стартер, давление в масляной системе низкое и толкатель работает на износ. Новая конструкция обеспечивает лучшую смазку деталей гидрокомпенсатора (попросту - не даёт маслу вытечь из резервуара).
Если гидрокомпенсатор всё же начал стучать, неисправности в некоторых случаях можно устранить самостоятельно.
Для этого снимаем распределительные валы. Извлекаем гидротолкатель и плунжерную пару из него. Вынимаем плунжер и разбираем его. В случае если засорены масляные каналы, удаляем отложения с внутренних поверхностей и из отверстия стакана и промываем его растворителем. Деревянной палочкой удаляем смолистые отложения с седла клапана-шарика.
Собираем пару в обратном порядке и приступаем к её проверке. Заправляем, погрузив в емкость с маслом и там несколько раз сжав и разжав. Воздух должен выйти весь без остатка. Лишнее масло удаляем и сжимаем пару пассатижами. Если состояние рабочих поверхностей пары хорошее, то масло между ними не будет просачиваться. Пара ощущается как жесткое тело. Если при этом масло просачивается из-под клапана-шарика, пару снова разбираем, чтобы попытаться осадить шарик. Часто это удаётся.
Если у пары масло выдавливается через зазоры между стенками (пара изношена), её не ремонтируют – дешевле купить новый гидротолкатель.
Убедившись в исправности плунжерной пары, извлекаем плунжер и сливаем масло. Собираем гидротолкатель и ставим на место.
Рисунок 2- Нынешняя ( слева ) и перспективная конструкции гидрокомпенсаторов ОАО «Инкар»: 1 – корпус гидротолкателя; 2 – корпус компенсатора; 3 – поршень гидрокомпенсатора; 4-обратный клапан; 5 – направляющая; 6 – пружина компенсатора. А – масляный резервуар; Б – полость компенсатора.
Заключение
Вопреки распространенному мнению, что даже самое простое дополнительное устройство неизбежно снижает надежность любого прибора, гидрокомпенсаторы гарантируют более стабильную работу газораспределительного механизма. Владельцам автомобилей стоит подумать об их приобретении. Гидрокомпенсаторы есть каждом авто-магазине, а с их установкой справятся на любой станции техобслуживания. По сипам эта работа и тем, кто берется сам ремонтировать свою машину.
Безусловно, грязь, из-за которой, в основном, происходят все беды гидрокомпенсаторов, встречается в гидротолкателях. Но никому нельзя подходить к современному двигателю со старыми мерками. В первую очередь необходимо использовать высококачественное масло – по классификации API не ниже уровня SG. Следить за процессом производства и своевременно устранять все недочёты.
И стоит что-то еще перенять от INA, с которой, кстати, все и начиналось - ведь немецкие толкатели в тех же условиях работают лучше.
В заключение - маленькая и неправдоподобная справка. Ресурс нормального компенсатора в нормальных же условиях работы составляет примерно 160000км...
Списокиспользованныхисточников
Журналы: «За рулём» 2001/4(206-207)-Меняем гидротолкатели (двигатель ЗМЗ-4062),текст Р. Солдатов;
«За рулём» 2001/5(160)-Отчего стучат? (клапанный механизм моторов ЗМЗ), текст М. Сачков;
«За рулём» 2001/12(192)-Гидротолкатели без стука (двигатель ЗМЗ-4062),текст В. Арбузов;
«За рулём» 2002/9(219-221)-Безударная работа (меняем гидрокомпенсаторы впрыскового двигателя «Нивы» ВАЗ-21214), текст Г. Емелькин;
«За рулём» 2002/10(128)-Не толкайся! (гидротолкатели для заволжских моторов), текст М. Колодочкин;
«За рулём» 2003/4(191)-Вторая жизнь пермских толкателей, текст М. Сачков;
«За рулём» 2003/6(142-143)-Десять лет спустя (двигатель ЗМЗ-406),текст А. Чуйкин;
«Наука и жизнь» 2002/8(80-81)-Зачем нужны гидрокомпенсаторы, текст ктн Д. Зыков.
Содержание
Введение 3
1 Анализ существующих конструкций 4
2 Устройство гидрокомпенсаторов 5
3 Причины неисправности и ремонт гидрокомпенсаторов 7
Заключение 10
Списокиспользованныхисточников 11
|
