Гидрокомпенсаторы газораспределительного механизма (стр. 1 из 2)

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.