Насоси системи охолодження 3 страница

Випускні клапани сучасних клапанів відкриваються за 40….60⁰ до приходу поршня у нижню мертву точку і закривається через 15…20⁰ після проходження поршнями верхньої мертвої точки.

Тривалість фази випуску сучасних двигунів приблизно рівна тривалості фази впуску. Наприкінці такту випуску і на початку такту впуску впускні та випускні клапани деякий час осчтаються відкритими. Такий стан називають перекриттям клапанів.

Перекриття клапанів сприяє кращому очищенню циліндрів в результаті продувки його свіжим зарядом. Фази газорозподілу підбирають при розробці конструкції двигуна під час випробувань дослідних зразків і вони залежать від типу двигуна, типу системи живлення паливом та повітрям, швидкохідності двигуна, наявності електронних автоматичних систем керування тощо.

 

 

Рис. 2.69. Діаграми фаз газорозподілу чотиритактних двигунів:

а)- типова діаграма; б) ЗИЛ-131; в) КАМАЗ-740.

 

Для забезпечення оптимальних фаз газорозподілу при різних обертах колінчастого вала та навантаженні двигуна застосовують автоматичні електронні системи регулювання фаз газорозподілу.

Електронні системи керування забезпечують, в залежності від навантаження та обертів колінчастого вала, зміну кута відкриття та закриття і висоти піднімання клапанів.

 

 

Рис. 2.70. Датчики електронної системи керування зміни фаз газорозподілу двигуна 1ZR-FE Тойота

 

Рис. 2.71. Керування зміною фаз газорозподілу двигуна 1ZR-FE

 

Рис. 2.72. Фази газорозподілу двигуна 1ZR-FE з електронним керуванням

 

 

Рис. 2.73. Робота подвійних датчиків VVT-1 при невеликому

навантаженні, низьких температурах оточуючого повітря

 

 

Рис. 2.74. Робота подвійних датчиків VVT-1 при середніх навантаженнях

 

 

Рис. 2.75. Робота датчиків VVT-1 при малих та середніх

обертах та великих навантаженнях

 

 

Рис. 2.76. Робота датчиків VVT-1 при великій частоті обертання та навантаженні

 

 

Рис. 2.77. Ремінний привід розподільних валів двигуна Ауді

 

Найбільш поширений привід розподільних валів і використовується при розташуванні клапанів у головці блока циліндрів. Для правильного збирання приводу на колінчастому валу та шестірнях приводу розподільних валів роблять мітки, які повинні співпадати з мітками на корпусі при виставленні поршня першого циліндра у верхню мертву точку.

При розташуванні розподільного валу у блоку циліндрів, використовується, як правило, шестірневий косозубий привід. Одна шестірня розташована на розподільному валу, а друга на колінчастому валу. Для правильного збирання такого приводу на торцевих поверхнях зубчатих коліс роблять відповідні мітки.

 

 

Рис. 2.78. Нижнє розташування розподільного вала у блоці

двигуна ОМ 457 LE Мercedes-Benz Axor

 

Під час роботи кулачки натискають на штовхачі та штанги, які тиснуть на один з кінців коромисел і заставляють їх повертатись навколо осі коромисел. Повертаючись навколо осі інший кінець коромисла тисне на поперечину, відокремлює головки клапанів від сідел і опускає впускні або випускні клапани, поєднуючи таким чином простір у циліндрі з простором впускного або випускного трубопровода. Після провертання розподільного вала на деякий кут, кулачок обертаючись виходить з під штовхача і впускний (випускний) клапан під дією пружини підходить до сідла та опускається на нього, а всі інші елементи приводу займають вихідне положення.

Розподільний вал

Призначений для передачі зусиль від колінчастого вала через кулачки до клапанів та їх відкриття (закриття) у строго визначеному порядку (куту повороту колінчастого вала). Виготовляється з вуглецевої сталі 45, або спеціального чавуну і є однією з основних деталей газорозподільного механізму. Основними елементами розподільного вала є кулачки 12,13 (Рис.2.79), які відкривають відповідні клапани. Опорами вала 1 служать циліндричні шийки 14, 15, які опираються на підшипники ковзання, що запресовані у блок циліндрів. Підшипники виготовлені зі сталевої стрічки з отвором для підведення мастила і покриті з середини антифрикційним сплавом. На розподільному валу може розташовуватися шестірня приводу переривача-розподільника та масляного насосу. На деяких розподільних валах встановлюють кулачки приводу паливного насосу.

 

Рис. 2.79. Газорозподільний механізм двигуна автомобіля ЗИЛ-131 з верхнім розташуванням клапанів та нижнім розташуванням розподільного вала і шестірневим приводом:

 

1- шестірня приводу газорозподільного вала; 2- пружина вала приводу;

3- валик приводу відцентрового датчика обмежувача обертів; 4- упорна шайба валика приводу; 5- стопорне кільце; 6- гайка кріплення шестерні;

7- замкова шайба; 8- розпірне кільце; 9- упорний флянець; 10- розподільний вал; 11- ексцентрик штанги привода паливного насоса; 12- кулачки випускних клапанів; 13- кулачки впускних клапанів; 14- середня опора розподільного валу; 15- крайня опора розподільного валу; 16- шестірня приводу переривача – розподільника; 17- корпус приводу переривача;

18- вал приводу мастильного насоса та переривача-розподільника;

19- коромисло клапана; 20- розпірна пружина; 21- вісь коромисел клапанів; 22- втулка коромисла; 23- контргайка регулювального гвинта;

24- регулювальний гвинт коромисла; 25- штанга штовхача коромисел;

26- штовхач клапана; 27- пружина клапана; 28- направляюча втулка клапана; 29- наплавка посадочної фаски випускного клапана; 30- заглушка випускного клапана.

Для забезпечення відкриття клапанів використано алюмінієві або стальні штанги-штовхачі 25 зроблені з порожнього циліндра, стальні вісі з розпірними пружинами та стальними коромислами (не рівноплечий важіль). Розташування розподільного вала у блоку циліндрів спрощує його привід, але ускладнює привід клапанів.

 

Клапани

Призначені для відкривання та закривання впускних і випускних отворів, розташованих у головці блоку циліндрів, або у блоку циліндрів.

 

Конструкція

Для зниження опору впуску заряду в циліндр, впускні клапани роблять більшими по діаметру головок, ніж у випускні. Кожен клапан складається з головки та стрижня. Перехід від головки до стрижня плавний, що забезпечує кращому обтіканню газами. Для герметичного закривання клапана на його головці по діаметру зроблена конічна фаска, яка забезпечує щільне притискання до фаски сідла.

Оскільки клапани працюють в умовах високих температур та піддаються корозійній дії газів, їх виготовляють з високолегованих сталей. Так температура випускного клапана може сягати 600⁰…800⁰, тому його виготовляють з сильхромових або хромонікельвольфрамових сталей, а впускного 300⁰…400⁰ і його виготовляють з хромонікелевих або хромистих сталей зі змістом вуглецю близько 0,4%. У сучасних клапанів головку і стрижень виготовляють з різних сталей а потім зварюють. На посадові фаски випускних клапанів наплавляють жаростійкий сплав.

Направляючі втулки клапанів виготовляють з металокерамічних пористих матеріалів. Іноді для покращення охолодження випускних клапанів порожнину стрижня заповнюють натрієм.

Для забезпечення притискання клапанів до сідел встановлюють пружини з різними діаметрами. Пружини кріпляться у верхній частині стрижня за допомогою тарілок та розрізних конічних сухариків, які входять у пази на стрижні клапана та фіксуються. Деякі клапани обладнуються механізмами повороту клапана, що покращує довговічність та рівномірність зношення робочих поверхонь. Поверхні клапанів у процесі роботи постійно змащуюся. При попаданні масла у нижню частину клапана приводить до створення на головці та стрижні клапана небажаного нагару.

Для запобігання попадання масла у нижню частину клапана та у циліндр двигуна використовують гумові самопідтискні сальники.

На сучасні двигуни для покращення наповнення циліндрів пальною сумішею та більш повного видалення відпрацьованих газів встановлюють по два впускних та випускних клапани.

Для забезпечення щільності притискання та герметичності клапани перед встановленням притирають до сідел.

 

Рис. 2.80.Триклапанний газорозподільний механізм з верхнім розташуванням клапанів та розподільних валів і з двома свічками запалювання.

Для приводу клапанів використано вісь коромисел з коромислами

 

Рис. 2.81. Чотириклапанний газорозподільний механізм

 

 

Рис. 2.82. Газорозподільний механізм з верхнім розташуванням розподільних валів та клапанів, з роликами у важелях приводу клапанів

 

Використання двох впускних та двох випускних клапанів дає можливість покращити наповнення циліндрів пальною сумішею (повітрям), покращити повноту та швидкість видалення з циліндрів відпрацьованих газів.

За рахунок цього підвищується потужність двигуна та покращується паливна економічність.

Рис. 2.83. Пятиклапанний газорозподільний механізм з верхнім розташуванням клапанів та розподільних валів, роликовим приводом клапанів та механізмом натягування ланцюга

 

Рис. 2.84. Привід клапанів газорозподільного механізму двигуна

Renault з допомогою соленоїдів-електромагнітів

Рис. 2.85. Газорозподільний механізм двигуна Мерседес з автоматичною

постійною зміною довжини впускного трубопроводу, що покращує наповнення циліндрів пальною сумішею

 

Рис. 2.86. Двигун Хонда з VVT-1(зміною кута відкривання клапанів)

 

Рис. 2.87. Газорозподільний механізм двигуна 1ZR-FE Тойота

 

Рис. 2.88. Ланцюговий привід розподільних валів та масляного насоса двигуна 1ZR-FE Тойота.Установка розподільних валів

 

 

Рис. 2.89. Газорозподільний механізм та роликовий

привод насос - форсунки двигуна V10TDI

 

Рис. 2.90. Газорозподільний механізм дизеля VW Lupo 3L з роликовим приводом насос - форсунки

 

 

Рис. 2.91. Гідравлічний регулювальний механізм

натягування приводу розподільних валів

 

 

Рис. 2.92. Механізм приводу розподільних валів та гідравлічний

механізм натягування ланцюга приводу розподільних валів

 

2.7. Механізми приводу обладнання двигуна

 

Рис. 2.93. Ланцюговий привод газорозподільного механізму

та обладнання двигуна V8 TDI CR Audi

 

 

Рис. 2.94. Шестірневий привод газорозподільного механізму та обладнання двигуна V10TDI

 

Рис. 2.95. Ремінний привод газорозподільного механізму та обладнання двигуна

 

2.8. Система зміни кутів відкриття (закриття) та висоти піднімання клапанів

 

Рис. 2.96. Механізм зміни фаз газорозподілу, що повертає

розподільний вал відносно зірочки приводу

 

 

Рис. 2.97. Робота механізму зміни фаз газорозподілу

Принцип дії

При переміщенні втулки зі спіральними зубцями по осі розподільного валу, змінюється кутове положення розподільного валу, яке приводить до раннього або пізнього відкривання клапанів.

 

Рис. 2.98. Автоматичні механізми зміни кутів відкриття (закриття) клапанів

 

Рис. 2.99. Система Valvematic (удосконалена VVT-i) зміни кутів відкриття клапанів та висоти піднімання впускних клапанів газорозподільного механізму автомобіля Toyota з використанням електроніки та гідравліки

Система мащення

 

При взаємному переміщенні деталей завжди виникає тертя, нагрів та

зношення поверхонь, які труться.

Розрізняють тертя кочення та ковзання сухе (яке через короткий термін приводить до виходу з ладу деталей), напівсухе або граничне та рідинне.

При рідинному терті створюється товстий мастильний шар між деталями, які труться, що дозволяє значно підвищити терміни експлуатації деталей та нормалізувати процес нагріву. У автомобільних двигунах рідинне тертя характерно для більшості підшипників ковзання (колінчастого. Розподільного валів тощо).

Способи мащення поверхонь: постійна подача мастила під тиском, періодична подача під тиском (пульсуюча), розбризкуванням, у мастильній ванні, комбіновано. У системі мащення сучасних двигунів використовуються всі перелічені способи мащення, тому вона називається комбінованою.

 

Призначення

Для створення мастильної плівки між деталями, які труться, зменшення їх зношування та втрат потужності на тертя, охолодження поверхонь шляхом постійного підведення до них мастила. Ущільнення зазорів та видалення продуктів зносу деталей із зони контакту.

Вимоги:

 

1.Забезпечення постійної циркуляції мастила через зони контакту робочих поверхонь зі створенням між ними мастильної плівки при різних режимах роботи двигуна.

2. Фільтрація мастила.

3. Охолодження мастила по необхідності.

 

Класифікація систем мащення:

1. За способом подання мастила до поверхонь тертя: під тиском, комбіновано, розбризкуванням та самопливом.

2. За місцезнаходженням основної кількості мастила в картері: з сухим та мокрим картером.

3. За наявністю мастильного радіатора.

4. За наявністю додаткового мастильного насосу.

 

Конструкція системи мащення

1.З мокрим картером: мастильний насос (мастильні насоси), мастильні фільтри грубого та тонкого очищення, мастильний радіатор, мастильні магістралі, перепускні та редукційні клапани, контрольно – вимірювальні прилади (входять у систему автоматичного керування двигуном).

2.З сухим картером (забезпечує надійну подачу мастила з будь яким похилом двигуна): як правило включає ті ж елементи що і система з мокрим картером, але добавлено ще магістраль з насосами відкачування мастила з піддона картера у бак.

 

 

Рис. 2.100. Принципова схема системи мащення двигуна автомобіля з мокрим картером:

 

1-Масляний фільтр; 2-термометр; 3-масляний радіатор; 4-перепускний запобіжний клапан; 5-кран виключення масляного радіатора;

6-маслозабірний фільтр; 7-масляний насос; 8-Редукційний клапан;

9-перепускний клапан масляного фільтра; 10-масляний повнопоточний фільтр; 11- манометр; 12-головна магістраль; 13-корінний підшипник;

14-підшипник розподільного вала; 15-вісь коромисел; 16-масломірний стрижень; 17-заливна горловина.

 

Принцип дії системи мащення

Масло всмоктується із піддону насосом 7 через мастилоприймач 6 і подається в фільтр 10. Із фільтра мастило потрапляє в головну мастильну магістраль 12. Максимальний тиск мастила, який створюється насосом, обмежується редукційним клапаном 8. Оскільки тиск мастила в масляній магістралі залежить від обертів колінчастого вала двигуна і при обертах холостого ходу може значно знижуватись, останнім часом в двигунах почали застосовувати героторні масляні насоси, які забезпечують постійний тиск при любих експлуатаційних обертах двигуна. При забруденні фільтра 10 мастило потрапляє у головну мастильну магістраль через перепускний клапан 9, обминаючи фільтр. Крім того, частина мастила постійно подається для очищення в фільтр тонкої очистки 1. Через повнопотоковий, ввімкнутий послідовно, фільтр грубої очистки 10, проходить усе мастило, яке потрапляє в головну масляну магістраль. Фільтр тонкої очистки 1 увімкнений параллельно у систему мащення.

З головної масляної магістралі масло під тиском через отвори в картері і блоці поступає до корінних підшипників 13 колінчастого вала, та до підшипників 14 розподільного вала і у піввісь 15 коромисел. Від корінних підшипників через отвори у шийках і щоках масло подається до шатунних підшипників колінчастого вала. На деяких двигунах у середині шатуна виконують осьовий канал для змащення поршневого пальця. Масло, яке витікає через щілини у підшипниках колінчастого і розподільного валів розкидається деталями кривошипно – шатунного та газорозподільного механізмів у вигляді крапель і масляного туману і осідає на стінках циліндрів, поршнях, поршневих пальцях, кулачках розподільного валу, штовхачах тощо і стікає назад у піддон картера. Для уникнення попадання масла до нижньої частини клапанів та у циліндр, на стрижень клапанів установлюють гумові сальники.

На багатьох автомобілях встановлені електронасоси, які подають мастило у магістраль перед запуском двигуна та при вимкненні. Таким чином зменшується зношування деталей двигуна.

Для охолодження мастила встановлюється радіатор. Радіатор 3 вмикається краном 5, при роботі двигуна в умовах високих температур. Мастило потрапляє в радіатор через запобіжний клапан 4. Охолоджене мастило зливається у піддон картера.

Тиск мастила показує манометр 11, датчик якого встановлений у головній мастильній магістралі, а покажчик – на щитку приладів. На деяких двигунах для контролю за температурою масла встановлюють електричний термометр 2, датчик якого вмонтований у піддон картера. Датчики та манометри входять у систему автоматичного керування роботою двигуна при застосуванні автоматичних систем керування.

 

 

Рис. 2.101. Система мащення двигуна автомобіля ЗИЛ-131(Поперечний розтин):

 

1-пробка зливного отвору; 2-мастильний картер; 3-мастилоприймач насоса; 4-корпус мастильного насоса; 5-плунжерний редукційний клапан; 6-секція подачі мастила у радіатор; 7-кульовий перепускний клапан; 8-голчатий запірний кран; 9-секція подачі мастила у систему; 10-корінний підшипник; 11-вал привода насоса та розподільника; 12-шатунний підшипник;

13-розподільний вал; 14-канал подачі мастила до правого ряду штовхачів та компресора; 15-канал мащення поршневого пальця; 16-порожнина зливання;

17-направляюча втулка клапана; 18-канал пульсуючої подачі мастила до правої осі коромисел клапанів; 19-канал подачі мастила до центрифуги;

20-канал подачі мастила до втулок; 21-мастилопідводний канал; 22-кульовий перепускний клапан; 23-корпус відцентрового фільтра; 24- кожух корпуса відцентрового фільтра; 25-криша ротора відцентрового фільтра; 26-ротор відцентрового фільтра; 27-покажчик тиску мастила; 28-лампа аварійного тиску мастила; 29-показчик рівня мастила; 30-мастилорозподільча камера;

31-канал пульсуючої подачі мастила до лівої осі коромисел клапанів;

32-мастилознімальне поршневе кільце; 33-канал подачі мастила до корінних підшипників та лівого ряду штовхачів; 34-мастило для змащування стінок циліндрів; 35-трубчатий мастильний радіатор.

 

 

Рис. 2.102. Система мащення двигуна автомобіля ЗИЛ-131(Повздовжній розтин):

1.Перегородка гасіння мастильних хвиль; 2- ловушка відцентрової очистки мастила; 3- мастильний картер двигуна; 4- канал відбирання мастила у насос; 5- нижня секція мастильного насоса; 6- голчатий запірний кран; 7- канал подавання мастила до правого ряду штовхачів та компресора; 8- мастило розподільна камера; 9- верхня секція мастильного насоса; 10- корпус мастильного насоса; 11- канал подачі мастила до корінних підшипників колінчатого вала та лівого ряду штовхачів; 12- канал стікання зайвого мастила; 13- канал подачі мастила від насоса; 14- вал привода насоса та розподільника; 15- канал подачі мастила від корінних підшипників до розподільного вала; 16- канал подачі мастила до корінного підшипника;

17- канал відведення зайвого мастила; 18- порожнина зливання відфільтрованого мастила; 19- кульовий перепускний клапан фільтра;

20- канал подавання очищеного мастила; 21- корпус відцентрового фільтра; 22- сопло реактивного приводу ротора; 23- показник тиску мастила;

24- лампа аварійного зниження тиску мастила; 25- кожух корпуса відцентрового фільтра; 26- ротор відцентрового фільтра; 27- канал пульсуючої подачі мастила до осі коромисел лівого ряду; 28- канал подачі мастила до втулок коромисел клапанів та кульових опор штанг; 29- середня опорна шайба пульсуючої подачі мастила; 30- канал пульсуючої подачі мастила до осі коромисел клапанів правого ряду; 31- стійка осі коромисел; 32- кришка повітряного фільтра вентиляції; 33- кришка мастило заливного патрубка; 34- корпус фільтра вентиляції картера; 35- мастило заливний патрубок; 36- впускний газопровід; 37- коромисло клапана; 38- трубка подавання мастила у компресор; 39- канал подавання мастила до шатунних підшипників компресора; 40- трубка стікання мастила з компресора;

41- нижня кришка картера компресора; 42- трубчатий мастильний радіатор; 43- трубка стікання мастила з мастильного радіатора у картер двигуна;

44- трубка подавання мастила у мастильний радіатор; 45- мастилоприйомник насоса; 46- мастило знімальне поршневе кільце; 47- показчик рівня мастила; 48- пробка зливного отвору; 49- нижня частина мастильного картера;

50- корінний підшипник; 51- канал подачі мастила до шатунного підшипника; 52- канал подавання мастила до розподільних шестірен.

 

Робота системи мащення двигуна автомобіля ЗИЛ-131

Система змащування, обладнана відцентровим фільтром (рис.2.101.). Верхня секція 9 мастильного насосу нагнітає мастило в головну магістраль та центрифугу. Далі масло поступає в маслорозподільну камеру 8, розміщену в задній перегородці блоку циліндрів. З камери 8 мастило нагнітається в лівий і правий магістральні канали, а з них поступає до корінних підшипників колінчастого вала 10, підшипників розподільного вала 13 і штовхачів. Через канали колінчастого валу мастило подається до шатунних шийок. Середня опорна шийка розподільчого валу має три отвори. При їх співпаданні з отворами в блоці циліндрів мастило пульсуючим потоком поступає по каналах до головок блоку, потім по отворах в стійках в осі коромисел. Мастило змащує бронзові втулки маточин коромисел і далі поступає до регулювального гвинта і верхнього наконечника штанги. Бійки коромисел і стрижні клапанів змащуються мастильним туманом або мастилом, яке поступає самопливом. З правого магістрального каналу по трубопроводу мастило подається до компресора звідки по трубці зливається в піддон картера. Нижня секція мастильного насосу при відкритому крані нагнітає мастило по трубопроводу в мастильний радіатор, з якого воно зливається в піддон. Мастильний радіатор повітряного охолодження встановлений перед основним радіатором системи охолодження. Він виготовлений з алюмінієвої трубки з ребрами для збільшення площі поверхні охолодження. Масляний радіатор двигуна ЗИЛ-131 має бути постійно включеним і відключати його необхідно тільки при пуску холодного двигуна при температурі навколишнього середовища нижче 0°С. При зниженні тиску в системі змащення до 60-30 кПа на щитку приладів загоряється контрольна лампа з лінзою червоного кольору. Корпус відцентрового фільтра має перепускний клапан, відрегульований на перепад тисків 100 кПа. Клапан призначений для перепуску масла в розподільчу камеру при збільшеній витраті внаслідок зношення підшипників двигуна.

 

 

Рис. 2.103. Система мащення автомобіля V 10TDI з мокрим картером

 

Рис. 2.104. Конструкція системи мащення двигуна V10TDI

 

 

Рис 2.105. Робота системи змащення при горизонтальному положенні автомобіля

 

 

Рис. 2.106. Схема мащення деталей приводу обладнання двигуна V10TDI

 

 

 

Рис. 2.107. Система мащення двигуна V6 VW з мокрим картером

 

Рис. 2.108. Система мащення двигуна ОМ 457 LA Mercedes Benz Axor з охолодженням поршня шляхом розбризкуванням мастила

 

 

Рис 2.109. Система мащення двигуна V8 FSI з теплообмінником.

Рис. 2.109. Система мащення двигуна V8 FSI з теплообмінником

2.9.1. Мастильнільні насоси

Призначення

 

Для забезпечення надійної подачі мастила до поверхонь, які труться, а також для забезпечення достатнього тиску у магістралі у випадку збільшення зазорів між поверхнями, що труться, при спрацюванні двигуна. Додаткові мастильні насоси забезпечують подавання мастила у систему мащення перед та при запуску двигуна.

Класифікація

1. За конструкцією: зубчатоколісні з зовнішнім та внутрішнім зачепленням, роторні, героторні(V10 TDI).

2. За приводом: з механічним від колінчатого вала та з електричним.

3. За регулюванням подачі мастила до насоса: з регулюванням або без.

4. За призначенням: основні, що працюють постійно при роботі двигуна, та додаткові, які призначенні для подачі мастила у систему перед та при запуску двигуна, або роботі двигуна з невеликими обертами колінчатого валу.

В автомобільних двигунах переважно застосовуються насоси шестірневого типу із зовнішнім або внутрішнім зачепленням, які прості за конструкцією, надійні у роботі та з невеликою масою і габаритами. Насос з внутрішнім зачепленням шестірен має менші габарити та масу у порівнянні з насосом із зовнішнім зачепленням шестірен. Насоси можуть бути одно та двосекційними. Останнім часом почали застосовуватись героторні насоси з регульованою подачею масла.

Продуктивність та тиск насосів розраховується з значним запасом. Тиск у системі мащення сучасних двигунів на робочих режимах складає 0,4…0,6 МПа, а на режимах холостого ходу може знижуватись до 0,005….0,08 МПа.