Устройство автомобилей ЗиЛ-131
Подождите немного. Документ загружается.
В данной работе рассматривается автомобиль Зил-131
Вопрос № 1. Рабочие процессы четырехтактных ДВС и параметры их
работы (карбюраторный ДВС)
Двигатель – энергосиловая машина, преобразующая какой-либо вид энергии
в механическую работу. На большинстве современных автомобилей
установлены поршневые двигатели, называемые двигателями внутреннего
сгорания. В них теплота, выделяющаяся при сгорании топлива в цилиндрах,
преобразуется в механическую работу.
Рис. 1. Схема классификации двигателей
Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя ( рис. 2)
совершается за два оборота коленчатого вала или четыре хода поршня и
состоит из тактов:
- впуска;
- сжатия;
- расширения (рабочий ход);
- выпуска.
Рис.2 Схема работы четырехтактного двигателя
а– впуск ; б – сжатие; в – рабочий ход (расширение); г – выпуск;
1 – выпускной канал; 2 – впускной канал; 3 – поршень.
ТАКТ ВПУСКА – во время такта впуска поршень перемещается от ВМТ к НМТ и
цилиндр заполняется горючей смесью (впускной клапан открыт, выпускной закрыт).При
движении поршня вниз объем над ним увеличивается и в цилиндре создается разряжение,
в следствии чего в цилиндр поступает горючая смесь, которая смешивается с
отработавшими газами. Получившиеся смесь называется РАБОЧЕЙ.
Давление в конце такта – 0,075…0,085 МПа
Температура смеси – 90…125оС
ТАКТ СЖАТИЯ – при этом такте происходит сжатие рабочей смеси, что способствует
более быстрому сгоранию и получению большого давления газа в цилиндре. При сжатии
поршень перемещается от НМТ к ВМТ. Впускной и выпускной клапана закрыты. В конце
такта сжатия смесь занимает объем камеры сгорания. Чем больше сжимается рабочая
смесь (выше степень сжатия), тем выше при сгорании давление газов на поршень и
экономичнее работа двигателя.
Давление в конце такта – 1….1,5 МПа
Температура смеси – 350…450оС
ТАКТ РАСШИРЕНИЯ (рабочий ход) – при рабочем ходе поршень перемещается вниз
под действием давления газов, приводя через шатун во вращение коленчатый вал. В конце
такта сжатия в цилиндр проскакивает электрическая искра, воспламеняющая сжатую
рабочую смесь. Смесь очень быстро сгорает и выделяет большое количество тепла. В
результате сильного нагрева газов, образовавшихся при сгорании, давление в цилиндре
резко возрастает, и поршень под действием этого давления перемещается от ВМТ до НМТ
совершая рабочий ход. Впускной и выпускной клапана закрыты.
В момент сгорания давление газов составляет – 2,5….5 МПа, температура смеси - 1800…
2400оС
В конце рабочего хода давление составляет - 0,3…0,75 МПа, температура смеси - 800…
1200ОС
ТАКТ ВЫПУСКА - при этом такте происходит очистка цилиндра от отработавших газов.
Впускной клапан закрыт, выпускной открыт. Поршень перемещается от НМТ к ВМТ и
вытесняет отработавшие газы через выпускной клапан в атмосферу.
Давление в конце такта – 0,11…0,12 МПа
Температура смеси – 300…600оС
Полностью очистить цилиндры двигателя от продуктов сгорания практически
невозможно (слишком мало времени), поэтому при последующем впуске свежей горючей
смеси она перемешивается с остаточными отработавшими газами и называется рабочей
смесью.
Вопрос №2. ГРМ
Газораспределительный механизм служит для открытия и закрытия клапанов,
обеспечивая наполнение цилиндров двигателя горючей смесью (карбюраторные
двигатели) или воздухом (дизели), выпуск отработавших газов и надежную изоляцию
камеры сгорания от окружающей среды во время тактов сжатия и рабочего хода. Или
можно сказать, что механизм газораспределения служит для пуска в цилиндры горючей
смеси и выпуск отработавших газов в соответствии с протеканием рабочего процесса в
каждом цилиндре двигателя. Для этого клапаны в определенный момент открывают и
закрывают впускные и выпускные каналы головки цилиндров, которые сообщают
цилиндры двигателя с впускными и выпускными трубопроводами. Четырехтактные
автомобильные двигатели имеют клапанные механизмы газораспределения, в которых
впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов происходит при помощи впускных и
выпускных клапанов. В зависимости от расположения клапанов различают механизмы
газораспределения с нижними клапанами, расположенными в блоке цилиндров, и с
верхними (подвесными) клапанами, размещенными в головке блока. При размещении
клапанов в головке блока камера сгорания имеет наиболее рациональную форму и
меньшую площадь поверхности теплоотдачи, что благоприятно отражается на рабочем
цикле: улучшается наполнение цилиндров горючей смесью или воздухом; удобнее
регулировать клапаны.
Механизм газораспределения (рис.3) состоит из впускных и выпускных клапанов
с пружинами, передаточных деталей от распределительного вала к клапанам,
распределительного вала и шестерни. Он работает следующим образом. Коленчатый вал с
помощью шестерен вращает распределительный вал 14, каждый кулачок которого,
набегая на толкатель 13, поднимает его вместе со штангой 12. Последняя поднимает один
конец коромысла 7, а другой движется вниз и давит на клапан 3, опуская его и сжимая
пружины 6 клапана.
Рис.3 Схема механизма газораспределения.
Когда кулачок распределительного вала сходит с толкателя, штанга и толкатель
опускаются, а клапан, садясь в седло, под действием пружин, плотно закрывает отверстие
канала. Для лучшей очистки цилиндров от отработавших газов и заполнения их свежим
воздухом или горючей смесью клапаны открыты дольше, чем в простейшем двигателе. От
степени наполнения цилиндров свежим зарядом и очистки их от отработавших газов во
многом зависит мощность двигателя. В изучаемых двигателях используют механизм
газораспределения с верхним расположением клапанов и нижним расположением
коленчатого вала. Нижний распределительный вал таких двигателей, установленный в
развале блока, является общим для клапанов правого и левого ряда цилиндров (рис.4).
Открытие клапанов 9 (впускного и выпускного), перемещающихся в направляющих
втулках 10, происходит под действием усилия, передаваемого от кулачков 6 и 7 через
толкатели 19 штанги 18 и коромысла 14, установленные на осях 13. Закрытие клапанов
осуществляется под действием пружин 12, нижние концы которых упираются в шайбы 11.
При наличии у выпускных клапанов механизма вращения их пружины опираются на
опорные шайбы 17 этих механизмов. Верхними концами пружины обоих клапанов
упираются в тарелки 20. За два оборота коленчатого вала впускные и выпускные клапаны
каждого цилиндра открываются один раз, а распределительный вал за этот период делает
один оборот. Следовательно, распределительный вал вращается в 2 раза медленнее
коленчатого вала. Поэтому зубчатое колесо 1 распределительного вала имеет в 2 раза
больше зубьев, чем ведущая шестерня коленчатого вала.
Распределительный вал предназначен для своевременного, в соответствии с порядком
работы цилиндров двигателя, открытия и закрытия клапанов.
Рис.4 Газораспределительный механизм V-образного двигателя.
Распределительный вал изготовляют из стали или специального чугуна и подвергают
термической обработке Профиль его кулачков как впускных: 6 (рис.4), так и выпускных:7
у большинства двигателей делают одинаковым. Взаимное расположение и форма
кулачков зависят от порядка работы цилиндров и фаз газораспределения. Кулачки
стальных распределительных валов для прочности подвергают закалке ТВЧ.
Одноименные (впускные и выпускные) кулачки располагаются в четырехцилиндровом
двигателе под углом 90°, в шестицилиндровом - под углом 60°, а в восьмицилиндровом -
под углом 45°. При шлифовании кулачкам придают небольшую конусность.
Взаимодействие сферической поверхности торца толкателей 19 с конической
поверхностью кулачков обеспечивает их поворот в процессе работы. Начиная с передней
опорной шейки 4, диаметр шеек уменьшается, что облегчает установку
распределительного вала в картере двигателя. Число опорных шеек обычно равно числу
коренных подшипников коленчатого вала. Втулки 8 опорных шеек изготовляют из стали,
а внутреннюю поверхность их покрывают антифрикционным сплавом. На переднем конце
распределительного вала расположен эксцентрик 5, воздействующий на штангу 26
привода топливного насоса, а на его заднем конце находится шестерня 28, которая
приводит во вращение зубчатое колесо валика 27, расположенного в корпусе 29 привода
распределителя зажигания и масляного насоса. Между зубчатым колесом 1
распределительного вала и его передней опорной шейкой установлены распорное кольцо
3 и упорный фланец 2, крепящийся болтами к блоку и удерживающий вал от продольного
перемещения (ЗиЛ-131). Так как толщина распорного кольца 3 больше толщины упорного
фланца 2, обеспечивается осевой зазор («разбег») распределительного вала, который
должен быть в пределах 0,08—0,21 мм. В отверстии переднего торца распределительного
вала (двигатели ЗИЛ-130, ЗМЗ-53-11 и др.) расположен узел привода центробежного
датчика регулятора частоты вращения коленчатого вала, состоящий из валика 22,
пружины 21 и шайбы 24, закрепленных кольцом 23.
Распределительный вал приводится в движение при помощи зубчатой или цепной
передачи. На двигателях грузовых автомобилей в основном применяют зубчатые
передачи. Ведущая шестерня такой передачи установлена на переднем конце коленчатого
вала, а ведомое колесо 3 - на переднем конце распределительного вала и закреплено
гайкой. Зубчатые колеса привода должны входить в зацепление между собой при строго
определенном положении коленчатого и распределительного валов, что обеспечивает
правильность заданных фаз газораспределения и порядка работы двигателя. В
газораспределительном механизме с верхним расположением клапанов и нижним
расположением распределительного вала клапаны имеют привод через передаточные
детали (толкатели, штанги и коромысла).
Толкатели предназначены для передачи усилия от кулачков распределительного вала
через штанги к коромыслам. Изготовлены из стали, в виде малых цилиндрических
стаканов, во внутренней части которых имеются сферические углубления для установки
штанг.
Рис.5 Передаточные детали
1 – кулачок распредвала; 2 – толкатель; 3 – штанга; 4 – контргайка; 5 – коромысло; 6 –
регулировочный винт; 7 – ось коромысла.
При работе двигателя толкатели все время провертываются вокруг своей оси, что
необходимо для их равномерного износа. Вращение толкателя достигается за счет
выпуклой поверхности его нижней головки и скошенной поверхности кулачка
распределительного вала.
ЗиЛ – 131 – стальные, пустотелые, торцы толкателей имеют наплавку из износостойкого
чугуна. В нижней части стакана толкателя есть отверстие для слива масла. Этим маслом
смазываются боковая поверхность толкателя и кулачки распредвала.
Штанги служат для передачи усилия от толкателей к коромыслам. Ее
изготавливают из цельного или пустотелого стального стержня, на концах которого
находятся стальные шлифованные, термически обработанные наконечники. Нижний
наконечник имеет шаровую форму. Он опирается на сферическое углубление толкателя.
Верхний наконечник может иметь шаровую форму или углубление со сферической
поверхностью. На него опирается головка регулировочного винта, ввернутого в
коромысло.
ЗиЛ – 131 – выполнены в виде стальных стержней с закаленными наконечниками.
Коромысла служат для передачи усилия от штанг толкателей к клапанам,
представляют собой неравноплечий рычаг, посаженный на ось, изготовленный из стали
или чугуна. В отверстие коромысла для уменьшения трения запрессовывают бронзовую
втулку.ЗиЛ – 131 – литое, одно плечо коромысла через регулировочный винт упирается в
штангу, а другое в стержень клапана. Регулировочным винтом регулируется тепловой
зазор между стержнем клапана и носком коромысла.От осевого перемещение коромысла
удерживаются:
ЗиЛ – 131 – распорными пружинами, а крайние, расположенные за опорными стойками –
плоскими пружинами, закрепленными на оси шплинтом. Внутри оси коромысла имеется
канал для подвода масла через отверстия к бронзовым втулкам.
Оси коромысел стальные пустотелые, крепятся при помощи чугунных стоек.
Клапана служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и
выпускных каналов в зависимости от положения поршней в цилиндре и от порядка
работы двигателя.
Рис.6 Клапан и детали крепления.
Так как клапаны работают в условиях высоких температур, их изготовляют из
высококачественных сталей(жаропрочной стали). Впускные клапаны делают из
хромистой стали, выпускные из жаростойкой, так как последние соприкасаются с
горячими отработавшими газами и нагреваются до температуры 600-800оС. Высокая
температура нагрева клапанов вызывает необходимость установки в головке цилиндров
специальных вставок из жаропрочного чугуна, которые называются седлами. Седла
впускных и выпускных клапанов выполнены во вставных кольцах, изготовленных из
жаростойкого чугуна и запрессованных в головку цилиндров. Это облегчает их
восстановление при ремонте.
Клапан состоит из:
- головки;
- стержня.
Для плотного прилегания головка имеет узкую, скошенную под углом 45о или 30о кромку
(рабочую поверхность), называемую фаской. Фаска клапана должна плотно прилегать к
фаске седла, для чего эти поверхности взаимно притирают, до появления равномерного
пояска шириной не менее 1,5 мм. Головки впускных и выпускных клапанов имеют
неодинаковый диаметр. С целью лучшего наполнения цилиндров свежей горючей смесью,
диаметр головки впускного клапана делают большим, чем диаметр выпускного.
Зил – 131 – впускной – 50 мм. выпускной – 41 мм. Для увеличения срока службы
выпускных клапанов двигателя на их рабочую поверхность наплавлен жароупорный
сплав, стержни выполнены пустотелыми и имеют натриевое наполнение (50..60%),
способствующее лучшему отводу тепла от головки клапана к его стержнюНа впускных
клапанах под опорные шайбы или в верхней части направляющих втулок устанавливают
резиновые манжеты или колпачки, которые при открытии клапанов плотно прижимаются
к его стержню и к направляющей втулке, вследствие чего устраняется возможная утечка
(подсос) масла в цилиндры через зазоры между втулкой и стержнем клапана (при такте
впуска). Пружина клапана служит для обеспечения плотной посадки клапана в седло.
Изготавливаются из специальной упругой проволоки: ЗиЛ – 131 – имеют переменный шаг
навивки витков, для предупреждения вибрации клапана. Одной стороной пружина
упирается в шайбу расположенную на головке цилиндров, а другой в опорную шайбу.
Выпускные клапана для повышения срока их службы принудительно поворачиваются; в
двигателе ЗиЛ – 131 – имеется механизм поворота.
Механизм поворота
Рис.7 Механизм поворота
Механизм поворота (рис.7) состоит из корпуса 4 расположенного в углублении головки
цилиндра 14 на направляющей втулке 2, закрепленной замочным кольцом 3, пяти
шариков 5, установленных вместе с возвратными пружинами 12 в наклонных пазах
корпуса, опорной шайбы 6 и конической дисковой пружины 11. Пружина 11 и шайба 6
свободно надеты на выступ корпуса и закреплены на нем замочным кольцом 7.
При закрытом клапане когда усилие пружины 8 невелико, дисковая пружина 11
выгнута наружным краем вверх, а внутренним упирается в заплечики корпуса 4. При этом
шарики 5 в конических пазах корпуса отжаты пружинами 12 в крайнее положение.
Когда клапан начинает открываться, усилие пружины 8 возрастает, в результате чего
дисковая пружина 11 выпрямляется и передает усилие пружины 8 на шарики 5, которые,
перекатываясь по наклонным пазам корпуса, поворачивают дисковую пружину 11,
опорную шайбу 6, клапанную пружину 8 и сам клапан относительно его первоначального
положения .Во время закрытия клапана усилие клапанной пружины 8 уменьшается, при
этом дисковая пружина 11 прогибается до своего исходного положения и освобождает
шарики5, которые под действием пружин 12 возвращаются в первоначальное положение,
подготовляя механизм вращения к новому циклу поворота клапана.
При частоте вращения коленчатого вала около 3000об/мин частота вращения выпускного
клапана достигает 30об/мин. Чтобы обеспечить плотное прилегание головки клапана к
седлу, необходим определенный тепловой зазор между стержнем клапана и носком
(винтом) коромысла или болтом толкателя. Тепловые зазоры в клапанах изменяются
вследствие их нагрева, изнашивания и нарушений регулировок. Когда зазор в клапанах
увеличен, они открываются не полностью, в результате чего ухудшается наполнение
цилиндров горючей смесью и очистка их от продуктов сгорания, а также повышаются
ударные нагрузки на детали клапанного механизма. При недостаточном зазоре в клапанах
они неплотно садятся на седла, вследствие чего происходят утечки газов, образование
нагара с обгоранием рабочих поверхностей седла и клапана. Из-за неплотной посадки
клапанов при такте сжатия рабочая смесь может попадать в выпускной газопровод, а в
процессе такта расширения газы, имеющие высокую температуру, могут прорываться во
впускной газопровод, вследствие чего в этих газопроводах возможны хлопки или
вспышки, что является признаком неплотной посадки клапанов. Для плотного прилегания
головки клапана к седлу тепловой зазор устанавливают между носком коромысла и
торцом стержня клапана. ЗиЛ–131:Впускной(0,25…0,30),Выпускной(0,25…0,30)
В этих двигателях для регулировки зазора в клапанах служит регулировочный винт с
контргайкой, ввернутый в коромысло.
Фазы газораспределения
При рассмотрении рабочих циклов двигателей условно было принято, что
открытие и закрытие клапанов происходит в момент нахождения поршня соответствен в
ВМТ или НТМ. В действительности моменты открытия и закрытия клапанов не
совпадают с положениями поршней в мертвых точках. Клапаны открываются и
закрываются с некоторым, иногда очень значительным, опережением или запаздыванием,
что необходимо для улучшения наполнения цилиндров чистым воздухом(дизели) или
горючей смесью(карбюраторные двигатели) и лучшей очистки от отработавших газов.
Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах угла поворота
коленчатого вала по отношению к соответствующим мертвым точкам, называют фазами
газораспределения и изображают в виде круговых диаграмм(рис.8)
Рис.8 Диаграмма фаз газораспределения
а) – общая четырехтактного; б) – ЗиЛ – 131; в) – КамАЗ-740.
Общая круговая диаграмма показывает, что в определенный период времени
одновременно открыты впускной и выпускной клапаны. Угловой интервал вращения
коленчатого вала, при котором оба клапана открыты, называется перекрытием клапанов,
которое необходимо для своевременной и качественной очистки цилиндров от продуктов
сгорания.
С этой целью впускной клапан открывается до прихода поршня в ВМТ в конце такта
выпуска с опережением (ЗиЛ – 131 –31о; КамАЗ – 740 – 10о) поворота коленчатого вала,
а закрывается после прихода поршня в НМТ, в начале такта сжатия т.е. с запаздыванием
(ЗиЛ – 131 – 83о КамАЗ – 740 – 46о). Продолжительность открытия впускного клапана
составляет ЗиЛ – 131 – 294о;КамАЗ – 740 – 236о поворота коленчатого вала, что
значительно увеличивает количество поступаемой в цилиндр горючей смеси или воздуха.
Поступление смеси или воздуха до прихода поршня в ВМТ в конце такта выпуска и после
прихода в НМТ начала такта сжатия, происходит за счет инерционного напора во
впускном трубопроводе из-за часто повторяющихся тактов в цилиндрах.
Выпускной клапан открывается за 67о ЗиЛ – 131 и 66о КамАЗ – 740 до прихода поршня в
НМТ в конце такта горения – расширения и закрывается после прихода поршня в ВМТ
такта выпуска на 47о ЗиЛ – 131, 10о КамАЗ – 740. Продолжительность открытия
выпускного клапана составляет ЗиЛ – 131 – 294о; КамАЗ – 740 – 256о.
Выпускной клапан открывается раньше, так как давление в конце такта расширения
невелико и оно используется для очистки цилиндров от продуктов сгорания. После
прохождения ВМТ отработавшие газы будут продолжать выходить по инерции.
С увеличением частоты вращения коленчатого вала(быстроходные двигатели) фазы
газораспределения расширяются, так как поршни перемещаются быстрее и остается
меньше времени на наполнение цилиндров чистым воздухом или горючей смесью.
Увеличение мощности двигателя достигается увеличением размеров и количества
цилиндров и улучшением конструкции двигателя. Плавность и равномерность работы
многоцилиндровых двигателей обеспечивается чередованием рабочих тактов в различных
цилиндрах через определенный угол поворота коленчатого вала двигателя.
Последовательность чередования одноименных тактов в различных цилиндрах называется
порядком работы двигателя. Порядок работы зависит от расположения шатунных шеек
коленчатого вала и кулачков распределительного вала.
В восьмицилиндровых V – образных двигателях принят порядок работы
цилиндров: 1 – 5 – 4 – 2 – 6 – 3 – 7 – 8. В результате такого перекрытия рабочих тактов в
различных цилиндрах, восьмицилиндровые V – образных двигатели работают очень
плавно.
Вопрос №3. Кратко описать устройство и принцип работы : а)
сцепления, б) раздаточной КПП, в) управляемых мостов, г) ходовой
части, д) тормозной системы
а) Сцепление
Сцепление служит для кратковременного отсоединения двигателя от трансмиссии и
плавного соединения их вновь, а также для предохранения двигателя и трансмиссии от
перегрузок.