Параметры и диагностика газораспределительного механизма

Параметры технического состояния газораспределительного механизма

К основным параметрам технического состояния механизма газораспределения относятся:

  • – плотность прилегания клапанов к гнездам головки;
  • – зазоры между штоками клапанов и бойками коромысел;
  • – фазы газораспределения;
  • – износ кулачков, подшипников распределительного вала и шестерен распределения;
  • – состояние прокладки и головки цилиндров;
  • – зазоры между втулками и штоками клапанов;
  • – упругость пружин;
  • – глубина утопания клапанов в гнездах головки цилиндров.

Плотности сопряжений тарелок клапанов и гнезд головки определяют по шипению или свисту воздуха во впускных и выпускных каналах головки или трубопроводах при прокручивании коленчатого вала вручную при снятых коромыслах и воздухоочистителе. Однако это ориентировочный параметр, который не может служить основанием для притирки клапанов.

В ГОСНИТИ разработан метод, позволяющий давать количественную оценку плотности прилегания клапанов по расходу воздуха, проходящего через каждый клапан в отдельности, при подаче его в камеру сгорания неработающего дизеля.

Глубину утопания тарелок клапанов относительно днища головки можно определять:

– измерением расстояния между плоскостью торца тарелки клапана и днищем снятой головки;

– определением этого расстояния косвенно — по расстоянию между плоскостью торца штока клапанов и обработанной плоскостью головки со стороны клапанного механизма, которое можно измерить на дизеле при снятой крышке клапанной коробки.

Первый способ обычно применяют при ремонте дизеля (например, при снятии головки для притирки клапанов), второй — при диагностировании составных частей тракторов в условиях эксплуатации.

Износ кулачков распределительного вала оценивают по высоте кулачков, которую можно определить по величине перемещения клапанов с учетом зазоров между их штоками и бойками коромысел. Это не требует больших затрат труда и сложной аппаратуры.

Нарушение фаз газораспределения может произойти, если шестерни распределения установлены не по меткам либо изношены детали механизма газораспределения, что приводит к снижению мощности и топливной экономичности дизеля. При нарушении фаз из-за неправильного соединения шестерен распределения (не по меткам) начало открытия и конец закрытия клапанов смещаются на один и тот же угол по отношению к ВМТ поршней всех цилиндров. Если причиной смещения фаз является износ деталей механизма газораспределения, то из-за неравномерного износа узлов и деталей (кулачков распределительного вала) углы начала открытия и конца закрытия клапанов могут несколько отличаться друг от друга. В большинстве случаев эта разница значительно меньше величин изменений фаз, допускаемых при эксплуатации. Поэтому для сокращения трудоёмкости фазы газораспределения у многоцилиндровых дизелей рекомендуется проверять по углу начала открытия впускного клапана первого и последнего цилиндров и оценивать их по среднему арифметическому значению, полученному от измерений.

На практике встречаются случаи скручивания распределительных валов из-за заедания подшипников после ремонта дизеля. Эту неисправность можно обнаружить по результатам измерений углов начала открытия впускного клапана первого и последнего цилиндров.

Для ориентировочной оценки зазоров клапанов без снятия крышки используют стетоскоп различных марок, наконечник которого прикладывают к клапанной коробке. При чрезмерно больших зазорах в клапанном механизме и малой частоте вращения коленчатого вала прослушиваются чёткие металлические стуки. Тогда останавливают дизель, вскрывают клапанную коробку и проверяют зазоры.

Суммарный износ деталей механизма газораспределения (шестерен газораспределения, подшипников и кулачков распредвала) определяют по смещению фаз в сторону запаздывания. Ориентировочную оценку состояния шестерен распределения и подшипников распределительного вала можно дать по шуму и стукам с помощью автостетоскопа.

Классификация, устройство и принцип работы ГРМ двигателя

Газораспределительный механизм (ГРМ) представляет собой совокупность деталей и узлов, обеспечивающих открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов двигателя в определенный момент времени. Основная задача ГРМ заключается в своевременной подаче топливовоздушной смеси или топлива (это зависит от типа мотора) в камеру сгорания и выпуск отработавших газов. Для реализации этой задачи слажено работает целый комплекс механизмов, часть из которых управляется при помощи электроники.

Устройство газораспределительного механизма

В современных моторах газораспределительный механизм располагается в головке блока цилиндров двигателя. В его состав входят следующие основные элементы:

    Распределительный вал. Это сложная по конструкции деталь, которая изготавливается из прочной стали или чугуна с высокой точностью обработки. В зависимости от конструкции ГРМ распредвал может устанавливаться в головке блока цилиндров или в картере двигателя (такая компоновка сейчас не применяется). Это основная деталь, которая отвечает за последовательное открытие и закрытие клапанов. Распределительный вал

На валу имеются опорные шейки и кулачки, которые и толкают стержень клапана или коромысло. Форма кулачка имеет строго определенную геометрию, поскольку от этого зависит длительность и степень открытия клапана. Также кулачки выполнены разнонаправленными, чтобы обеспечивать попеременную работу цилиндров.

  • Привод. Крутящий момент от коленчатого вала передается через привод на распределительный вал. Привод бывает разным в зависимости от конструктивного решения. Шестерня коленвала в два раза меньше шестерни распредвала. Таким образом, коленчатый вал вращается в два раза быстрее. В зависимости от типа привода в его состав входят:
    • цепь или ремень;
    • шестерни валов;
    • натяжитель (натяжной ролик);
    • успокоитель и башмак.
  • Впускные и выпускные клапаны. Они расположены в головке блока цилиндров и представляют собой стержни с плоской головкой на одном конце, которая называется тарелкой. Впускные и выпускные клапаны отличаются по конструкции. Впускной изготавливается цельной деталью. Также он имеет больший диаметр тарелки для обеспечения лучшего наполнения цилиндра свежим зарядом. Выпускной часто изготавливают из жаропрочной стали и с полым стержнем для лучшего охлаждения, так как в работе он подвергается более высоким температурам. Внутри полости находится натриевый наполнитель, который легко плавится и отводит часть тепла от тарелки к стержню. Впускные и выпускные клапаны с пружинами

    На тарелках клапанов сделаны специальные фаски, которые обеспечивают более плотное прилегание к отверстиям в головке блока цилиндров. Это место называется седлом. Кроме самих клапанов, в механизме предусмотрены дополнительные элементы, обеспечивающие его правильную работу:

    • Пружины. Возвращают клапаны в исходное положение после нажатия.
    • Маслосъемные колпачки. Представляют собой специальные уплотнители, которые не допускают попадания масла в камеру сгорания по стержню клапана.
    • Направляющая втулка. Устанавливается в корпус ГБЦ и обеспечивает точное движение клапана.
    • Сухари. С их помощью пружина крепится на стержне клапана.
  • Толкатели. Через толкатели передается усилие от кулачка распредвала на стержень. Изготавливаются из высокопрочной стали. Они бывают разных видов (механические (стаканы), роликовые, гидрокомпенсаторы). Тепловой зазор между механическими толкателями и кулачками распредвала регулируется вручную. Гидрокомпенсаторы или гидротолкатели автоматически поддерживают нужный тепловой зазор и не требуют регулировки.
  • Коромысло или рычаги. Простое коромысло представляет собой двуплечный рычаг, который совершает качательные движения. В различной компоновке коромысла могут работать по-разному.

    Коромысло

  • Системы изменения фаз газораспределения. Данные системы устанавливаются не на все двигатели. Более подробно про устройство и принцип работы CVVT можно прочитать в отдельной статье на нашем сайте.
  • Принцип работы

    Работу газораспределительного механизма сложно рассматривать отдельно, в отрыве от рабочего цикла двигателя. Ведь его основная задача — это вовремя открыть и закрыть клапана на определенный промежуток времени. Соответственно на такте впуска открываются впускные, а на такте выпуска — выпускные. То есть фактически механизм должен реализовывать рассчитанные фазы газораспределения.

    Технически это происходит следующим образом:

    1. Коленчатый вал передает крутящий момент посредством привода на распределительный.
    2. Кулачок на распределительном валу нажимает на толкатель или коромысло.
    3. Клапан перемещается внутрь камеры сгорания, открывая доступ свежему заряду или отработавшим газам.
    4. После того как кулачок проходит активную фазу воздействия, клапан возвращается на место под действием пружины.

    Стоит также отметить, что за полный рабочий цикл распредвал совершает 2 оборота, попеременно открывая клапана в каждом цилиндре, в зависимости от порядка их работы. То есть, например, при схеме работы 1-3-4-2 в один и тот же момент времени в первом цилиндре будут открыты впускные клапаны, а в четвертом выпускные. Во втором и третьем клапаны будут закрыты.

    Классификация или типы ГРМ

    Двигатели могут иметь различную компоновку газораспределительного механизма. Рассмотрим следующую классификацию.

    По расположению распределительного вала

    Существуют два типа положения распредвала:

    При нижнем расположении распредвал находится в блоке цилиндров рядом с коленчатым валом. Усилие от кулачков передается через толкатели на коромысла, при этом применяются специальные штанги. Они представляют собой длинные стержни и связывают толкатели внизу с коромыслами наверху. Нижнее расположение считается не самым удачным, но имеет и свои плюсы. В частности, более надежное соединение распредвала с коленвалом. Данный тип расположения на современных моторах не применяется.

    Нижнее расположение распредвала и устройство ГРМ

    При верхнем положении распредвал находится в головке блока цилиндров (ГБЦ) непосредственно над клапанами. При таком положении могут быть реализованы различные варианты воздействия на клапаны: через толкатели, коромысла или рычаги. Такая конструкция более простая, надежная и компактная. Верхнее положение распредвала получило более широкое распространение.

    По количеству распределительных валов

    На рядных двигателях могут быть установлены один или два распределительных вала. Моторы с одним распредвалом имеют аббревиатуру SOHC (Single Overhead Camshaft), а с двумя — DOHC (Double Overhead Camshaft). Один вал отвечает за открытие впускных, а другой за открытие выпускных клапанов. В двигателях c V-образной компоновкой используются четыре распредвала, по два на каждый ряд цилиндров.

    По количеству клапанов

    От количества клапанов на один цилиндр будет зависеть форма распредвала и количество кулачков на нем. Клапанов может быть два, три, четыре или пять.

    Самый простой вариант с двумя клапанами: один работает на впуск, другой на выпуск. В трехклапаном двигателе два работают на впуск и один на выпуск. При четырех клапанах: два на впуск и два на выпуск. Пять клапанов: три на впуск и два на выпуск. Чем больше клапанов на впуске, тем больше объем поступающей топливовоздушной смеси в камеру сгорания. Повышается мощность и динамика двигателя. Сделать больше пяти не позволят размер камеры сгорания и форма распредвала. Наиболее часто встречается схема с четырьмя клапанами на цилиндр.

    Читайте также:  Обсуждение ВАЗ 2110

    По типу привода

    Различают три типа привода распределительного вала:

    1. Шестеренчатый. Данный привод возможен только при нижнем положении распредвала в блоке цилиндров. Коленвал и распредвал имеют зубчатый привод через шестерни (звездочки). Главное преимущество такого привода – надежность. При верхнем положении распредвала в ГБЦ применяется цепной и ременный привод.
    2. Цепной. Этот привод считается более надежным. Но использование цепи требует особых условий. Для гашения колебаний устанавливаются успокоители, а натяжение цепи регулируется натяжителями. В зависимости от количества валов могут применяться несколько цепей.

    Ресурса цепи хватает в среднем на 150-200 тысяч километров пробега.

    Главной проблемой цепного привода считается поломка натяжителей, успокоителей или разрыв самой цепи. При плохом натяжении цепь может перескакивать между зубьев в ходе работы, что приводит к нарушению фаз газораспределения.

    Ременный и цепной приводы ГРМ

    Автоматически регулировать натяжение цепи помогают гидронатяжители. Они представляют собой поршни, которые давят на так называемый башмак. Башмак прилегает непосредственно к цепи. Он представляет собой изогнутую дугой деталь со специальным покрытием. Внутри гидронатяжителя находится плунжер, пружина и рабочая полость для масла. Масло поступает в натяжитель и выталкивает цилиндр до нужного уровня. Клапан закрывает масляный канал, и поршень постоянно поддерживает нужное натяжение цепи. По похожему принципу работают гидрокомпенсаторы в ГРМ. Успокоитель цепи гасит остаточные колебания, которые не погасил башмак. Так достигается оптимальная и точная работа цепного привода.

    Самые большие неприятности может принести разрыв цепи.

    Распредвал прекращает вращение, а коленвал продолжает крутиться и двигать поршни. Днища поршней ударяются о тарелки клапанов, что приводит к их деформации. В самых тяжелых случаях может быть поврежден и блок цилиндров. Чтобы такого не произошло, иногда применяются двухрядные цепи. При обрыве одной другая продолжит работу. Водитель без последствий исправит ситуацию.
    Ременный. Ременный привод не требует смазки, в отличие от цепного.

    Ресурс ремня также ограничен и в среднем он равен 60-80 тысячам километров пробега.

    Для лучшего сцепления и надежности используются зубчатые ремни. Такой привод более прост. Разрыв ремня при работающем двигателе приведет к тем же последствиям, что и при разрыве цепи. Главными преимуществами ременного привода является простота эксплуатации и замены, дешевизна и бесшумная работа.

    От правильной работы всего газораспределительного механизма зависит работа двигателя, его динамика и мощность. Чем больше количество и объем цилиндров, тем сложнее будет устройство ГРМ. Каждому водителю важно понимать устройство механизма, чтобы вовремя заметить неисправность.

    Газораспределительный механизм (ГРМ): устройство, назначение и принцип работы

    Основой любых силовых агрегатов и главной составляющей двигателей внутреннего сгорания является сложный газораспределительный механизм (ГРМ). Назначение газораспределительного механизма состоит в управлении впускными и выпускными клапанами двигателя. На такте впуска он открывает впускной клапан, смесь, состоящая из воздуха и топлива или воздуха (для дизельных двигателей), попадает в камеру сгорания. На такте выпуска — открытием выпускного клапана из камеры сгорания ГРМ удаляет отработанные газы.

    Устройство газораспределительного механизма

    Газораспределительный механизм состоит из следующих элементов:

    1. Распределительный вал — изготовляется из чугуна или стали — в задачу которого входит открывание/закрывание клапанов газораспределительного механизма при работе цилиндров. Он монтируется в картере, который перекрывает крышка газораспределительного механизма, или в головке блока цилиндра. При вращении вала на цилиндрических шейках происходит воздействие на клапан. На него воздействуют кулачки, расположенные на распределительном валу. На каждый клапан воздействует свой кулачек.
    2. Толкатели, изготовленные также из чугуна или стали. В их задачу входит передача усилия от кулачков на клапаны.
    3. Клапаны впускные и выпускные. В их задачу входит подача топливно-воздушное смеси в камеру сгорания и удаления отработочных газов. Клапан представляет из себя стержень с плоской головкой. Основным отличием впускных и выпускных клапанов является диаметр головки. Впускной состоит из стали с хромированным покрытием, а выпускной — из жаропрочной стали. Клапанный стержень изготавливается в виде цилиндра с канавкой, необходимой для фиксирования пружины. Клапана двигаются только по направлению ко втулкам. Чтоб масло не попадало в камеру сгорания цилиндра, производят установку уплотнительного колпачка. Его изготавливают из маслостойкой резины. На каждый клапан крепятся внутренняя и наружная пружина, для крепления используют шайбы, тарелки.
    4. Штанги. Они необходимы для передачи усилия от толкателей к коромыслу.
    5. Привод газораспределительного механизма. Он передает вращение коленвала на распредвал и тем самым приводит его в движения, причем движется он со скоростью в 2 раза меньше, чем скорость коленвала. На 2 вращения коленвала распредвал делает 1 вращение — это и называется рабочим циклом, при котором происходит 1 открытие клапанов.

    Таково устройство ГРМ и общая схема газораспределительного механизма. Теперь следует разобраться, каков принцип работы газораспределительного механизма.

    Работа газораспределительного механизма

    Работа системы газораспределения поделена на четыре фазы:

    1. Впрыск топлива в камеру сгорания цилиндра.
    2. Сжатие.
    3. Рабочий ход.
    4. Удаления газов из камеры сгорания цилиндра.

    Рассмотрим подробнее принцип действия газораспределительного механизма.

    1. Подача топлива в камеру сгорания цилиндра происходит за счет движения коленвала, который передает свое усилие на поршень и он начинает движения из так называемой ВМТ (это точка, выше которой поршень не поднимается) в НМТ (это точка, соответственно, ниже которой поршень не опускается). При этом движении поршня одновременно открывается впускной клапан и топливно-воздушная смесь заполняет камеру сгорания цилиндра. Впрыснув положенное количество топливно-воздушной смеси клапан закрывается. При этом коленвал поворачивается на 180 градусов от своего начального положения.
    2. Сжатие. Дойдя до НМТ поршень продолжает свое движение. Меняя свое направление в ВМТ, в этот момент в цилиндре и происходит сжатие топливно-воздушной смеси. При подходе поршня к высшей точке фаза сжатия заканчивается. Коленчатый вал продолжает свое движения и поворачивается на 360 градусов. И на этом фаза сжатия закончена.
    3. Рабочий ход. Воздушно-топливная смесь воспламеняется свечей зажигания, когда поршень находится в высшей точке цилиндра. При этом достигается максимальный момент сжатия. Затем поршень начинает двигаться к нижней точке цилиндра, так как на поршень оказывают огромное давление газы, образовавшиеся при горении воздушно-топливной смеси. Это движение и есть рабочий ход. При опускании поршня до НМТ фаза рабочего хода считается завершенной.
    4. Удаления газов из камеры сгорания цилиндра. Поршень движется к высшей точке цилиндра, все это происходит при усилии, которое оказывает коленчатый вал газораспределительного механизма двигателя. При этом открывается выпускной клапан и поршень начинает избавлять камеру сгорания цилиндра от газов, которые образовались после сгорания топливно-воздушной смеси в камере сгорания цилиндра. После достижения высшей точки и освобождения ее от газов. Поршень начинает свое движение в низ. Когда поршень доходит да НМТ, то рабочая фаза удаления газов из камеры сгорания цилиндра считается законченной, а коленчатый вал совершает оборот на 720 градусов от своего начального положения.

    Для точной работы клапанов газораспределительной системы происходит синхронизация с работой коленчатого вала двигателя.

    Неисправности ГРМ

    Основные неисправности газораспределительного механизма:

    • Уменьшение компрессии и хлопки в трубопроводах. Как правило, происходит после появления нагара, раковин на поверхности клапана, их прогорания, причиной чего является не плотное прилегания впускных и выпускных клапанов к седлам. Также оказывают влияние такие факторы, как деформации ГБЦ, поломка или износ пружин, заедание клапанного стержня во втулке, полное отсутствие промежутка между коромыслом и клапанами.
    • Уменьшение мощности, троение мотора, а также металлические стуки. Появляются эти признаки, потому что впускные и выпускные клапана не полностью открываются, и часть воздушно-топливной смеси не попадает в камеру сгорания цилиндра. Следствием этого является большой тепловой зазор или поломка гидрокомпенсатора, что и становится причиной неполадки и не штатной работы клапанов.
    • Механический износ деталей, таких как: направляющих втулок коленвала, шестерни распредвала, а также смещение распредвала. Механический износ деталей, как правило, происходи при достаточном сроке работы мотора и работы двигателя в критических пределах.
    • Так же происходит выход из строя двигателя по причине износа зубчатого ремня, который имеет свой гарантийный срок службы, цепи, которая при длительном сроке работы и постоянном на нее воздействии становится менее работоспособной, успокоителя цепи и натяжителя зубчатого ремня.

    В данных случаях не редко заменяют газораспределительный механизм, однако возможен и ремонт поврежденной детали газораспределительного механизма.

    Диагностика ГРМ

    Газораспределительный механизм имеет 2 свойственные неполадки — неплотное примыкание клапанов к гнездам и невозможность полностью открыть клапаны.

    Неплотное примыкание клапанов к гнездам обнаруживается по таким показателям: хлопки, возникающие иногда во впускной либо выпускной трубе, уменьшение мощности мотора. Факторами неплотного закрытия клапанов могут быть:

    • возникновение нагара на поверхности клапанов и гнезд;
    • формирование раковин на рабочих фасках и искривление головки клапана;
    • неисправность пружин клапанов.

    Неполное открытие клапанов сопровождается стуком в троящем моторе и уменьшением его мощности. Данная поломка возникает в следствии значительного промежутка меж стержнем клапана и носком коромысла. К характерным поломкам для ГРМ нужно причислить кроме того изнашивание шестерен распредвала, толкателей, направляющих клапана, смещение распредвала и изнашивание втулок и осей коромысел.

    Практика демонстрирует, что на газораспределительный механизм приходится примерно четвертая часть всех отказов мотора, а уже на предотвращение этих отказов и восстановление ГРМ уходит 50% трудоёмкости обслуживания и ремонтных работ. Для диагностирования поломок применяют следующие параметры:

    1. определяют фазы газораспределительного механизма автомобиля;
    2. измеряют тепловой зазор между клапаном и коромыслом;
    3. измеряют промежуток между клапаном и седлом.

    Измерение фаз газораспределения

    Подобное диагностирование ГРМ двигателя выполняется на заглушенном моторе с помощью особого набора устройств, среди которых имеются указатель, моментоскоп, малка-угломер и прочие дополнительные приборы. Для того, чтобы фиксировать период раскрытия впускного клапана на 1-ом цилиндре, необходимо покачивать вокруг своей оси коромысло, а далее направить коленвал мотора до момента появления зазора меж клапаном и коромыслом. Малка-угломер для замера разыскиваемого зазора ставится прямо на шкив коленвала.

    Измерение теплового промежутка между клапаном и коромыслом

    Тепловой зазор измеряют при помощи набора щупов либо иного особого устройства. Это набор из металлических пластинок длиной в 100мм, толщина которых обязана быть не больше 0,5мм. Коленвал мотора поворачивают вплоть до верхней предельной точки, в период такта сжатия подобранного для контроля цилиндра. Непосредственно благодаря щупам разной толщины, поочередно вставляемым в сформировавшееся отверстие, и измеряется зазор.

    Данный метод не может дать результата при диагностировании ГРМ, когда неравномерен износ торца штока и бойка коромысла, а трудоемкость этого метода весьма значительная. Увеличить точность замеров позволяет особое устройство, которое состоит из корпуса и индикатора по типу часов. Подпружиненная подвижная рама содержит персональное соединение с ножкой этого индикатора. Раму фиксируют между коромыслом и клапанной пружиной. Когда открывается клапан, в период поворота коленвала, на индикаторе ставят 0. Распознает тепловой зазор последующее показание прибора, снимаемое в период поворота коленвала.

    Определение промежутка между клапаном и седлом

    Его можно оценить по объему воздуха, который будет выходить через уплотнитель перекрытых клапанов. Эта процедура прекрасно объединяется с чисткой форсунок. Когда они уже сняты, убирают валики коромысел и прикрывают все клапаны. Затем в камеру сгорания под большим давлением происходит подача сжатого воздуха. Поочередно на любом из контролируемых клапанов ставят устройство, которое позволяет измерить расход воздуха. Если потеря воздуха превысит разрешенную, выполняется ремонт газораспределительного механизма.

    Процесс ремонта ГРМ

    Частенько необходимо производить техническое обслуживание газораспределительного механизма. Основной проблемой являются износ шеек, кулачков вала и увеличение зазоров в подшипниках. Для того, чтобы устранить зазор в подшипниках коленчатого вала, производят его ремонт путем шлифовки опорных шеек и углубления канавок для подачи масла. Шейки нужно отшлифовать под ремонтный размер. После завершения ремонтных работ по восстановлению коленвала, нужно произвести проверку высоты кулачков.

    На опорных поверхностях под шейки коленвала не должно быть никаких даже самых незначительных повреждений, а корпуса подшипников обязаны быть без трещин. После чистки и промывки распредвала обязательно нужно проверить зазор между его шейками и отверстием опоры головки цилиндра.

    Для определения точного зазора требуется знать диаметр шейки распредвала, это позволит произвести установку соответствующего ей подшипника. Установив его на корпус, замерьте внутренний диаметр подшипника, затем отнимите его от диаметра шейки и таким образом найдете величину зазора. Он не может превышать 0,2мм.

    Цепь не должна иметь никаких механических повреждений, быть растянутой более чем на 4мм. Цепь газораспределительного механизма можно регулировать: отверните стопорный болт на пол оборота, поверните коленвал на 2 оборота, затем стопорный болт нужно повернуть до упора.

    Диагностирование газораспределительного механизма

    Газораспределительный механизм имеет две характерные неисправности — неплотное прилегание клапанов к гнездам и неполное открытие клапанов,

    Неплотное прилегание клапанов к гнездам выявляется по следующим ‘признакам: уменьшение компрессии, периодические хлопки во впускном или выпускном трубопроводе, падение мощности двигателя. Причинами неплотного закрытия клапанов могут быть: отложение нагара на клапанах и гнездах; образование раковин на рабочих поверхностях (фасках) и коробление головки клапана; поломка клапанных пружин; заедание клапанов в направляющих втулках; отсутствие зазора между стержнем клапана и носком коромысла.

    Неполное открытие клапанов характеризуется стуками в двигателе и падением мощности. Эта неисправность появляется в результате большого зазора между стержнем клапана и носком коромысла. К неисправностям газораспределительного- механизма следует отнести также износ шестерен распределительного вала, толкателей, направляющих втулок, увеличение продольного : смещения распределительного вала и износ втулок и осей коромысел.

    Практика показывает, что на газораспределительные механизмы приходится порядка 25% отказов двигателя, а уже на устранение данных отказов и ремонт ГРМ уходит половина трудоёмкости обслуживания и ремонта. Для диагностики используют следующие параметры:

    замеряют фазы газораспределения;

    вымеряют тепловой зазор между клапаном и коромыслом;

    вымеряют зазор между клапаном и седлом.

    Метод измерения фаз газораспределения

    Такая диагностика ГРМ, как проверка фаз газораспределения, производится на неработающем двигателе внутреннего сгорания посредством специального комплекта приборов, среди которых есть указатель, моментоскоп, шаблон-угломер и другие вспомогательные приспособления. Для того, чтобы зафиксировать момент открытия впускного клапана на первом цилиндре, следует покачивать вокруг собственной оси коромысло клапана, а затем повернуть коленчатый вал двигателя до момента возникновения зазора между клапаном и коромыслом. Шаблон-угломер для замера искомого зазора устанавливается непосредственно на шкив коленчатого вала.

    Измерение теплового зазора между клапаном и коромыслом

    Тепловой зазор, образующийся между клапаном и коромыслом, вымеряют при помощи комплекта щупов или другого специального приспособления. Это набор из стальных пластин длиной в 100 мм, толщина которых должна варьироваться от 0,02 до 0,5 мм. Коленчатый вал двигателя поворачивают до положения верхней мертвой точки, на момент такта сжатия выбранного для проверки цилиндра. Именно благодаря щупам различной толщины, попеременно вставляемым в образовавшееся отверстие, и определяется зазор.

    Этот способ не дает результата в диагностике газораспределительного механизма, когда износ поверхности торца штока и бойка коромысла неравномерен, а трудоемкость данного метода очень высокая. Повысить точность измерений разрешает специальный прибор, состоящий из корпуса и установленным в нем индикатором часового типа. Подпружиненная подвижная рамка имеет индивидуальное соединение с ножкой данного индикатора. Рамку закрепляют между коромыслом и тарелкой пружины клапана. В стартовый момент открытия клапана, во время поворота коленчатого вала, на шкале индикатора выставляют ноль. Определяет тепловой зазор дальнейшее показание индикатора, которое снимается во время поворота коленчатого вала.

    Измерение зазора между клапаном и седлом

    Зазор между клапаном и седлом оценивают по количеству сжатого воздуха, который станет вырываться через уплотнения плотно закрытых клапанов. Данная операция отлично объединяется с такой, как чистка форсунок. В тот момент, когда форсунки демонтированы, снимают валики коромысел и закрывают клапана всех цилиндров. Затем в камеру сгорания под давлением подают сжатый воздух. Попеременно на каждом из проверяемых клапанов на впускном трубопроводе воздухоочистителя устанавливают прибор, при помощи которого замеряет производимый расход воздуха. В том случае, если утечка воздуха из под какого либо клапана превышает допустимую, производится текущий ремонт ГБЦ.

    Определение информативных параметров для системы диагностики газораспределительного механизма ДВС Текст научной статьи по специальности « Механика и машиностроение»

    Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Лавриненко О. В.

    Рассмотрена математическая модель, описывающая процесс газораспределения в двигателе внутреннего сгорания . Экспериментально проверены новые информативные параметры , характеризующие техническое состояние газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя. Построены обучающие совокупности и разработаны решающие правила, позволяющие с большей точностью выявлять дефекты ГРМ. Ил.: 7. Библиогр.: 10 назв.

    Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Лавриненко О. В.

    Determination of information parameters for system of diagnostics of the gas-distributing mechanism of ICE

    A mathematical model describing the process timing in an internal combustion engine . Experimentally verified new informative parameters characterizing the technical condition of the timing engine. Built training together and developed decision rules to allow more accurately detect defects timing. Figs.: 7. Refs.: 10 titles.

    Текст научной работы на тему «Определение информативных параметров для системы диагностики газораспределительного механизма ДВС»

    ISSN 2079-0031 Вестник НТУ “ХПИ”, 2014, № 62 (1104) УДК 621.314: 621.391

    О.В. ЛАВРИНЕНКО, стаж. преп., НТУ “ХПИ”

    ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНФОРМАТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ

    СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО

    Рассмотрена математическая модель, описывающая процесс газораспределения в двигателе внутреннего сгорания. Экспериментально проверены новые информативные параметры, характеризующие техническое состояние газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя. Построены обучающие совокупности и разработаны решающие правила, позволяющие с большей точностью выявлять дефекты ГРМ. Ил.: 7. Библиогр.: 10 назв.

    Ключевые слова: двигатель внутреннего сгорания, газораспределительный механизм, информативные параметры.

    Постановка проблемы. Обеспечение приемлемых технико-экономических и экологических показателей двигателей внутреннего сгорания (ДВС) тесно связано с поддержанием на должном уровне технического состояния его основных систем. Одна из основных систем – система газораспределения, параметры которой в процессе эксплуатации изменяются. В связи с этим возникает необходимость непрерывного контроля технического состояния в процессе эксплуатации по соответствующим информативным параметрам и диагностическим признакам, которые следует выбрать с учетом экспериментальных данных.

    Анализ литературы показывает, что в настоящее время ведутся интенсивные исследования, направленные на создание новых систем диагностирования ДВС [1]. В ряде работ предложены пути решения задач диагностики новейшими алгоритмами теории информации. Данные методики основаны на поисковых алгоритмах идентификации с адаптивной моделью [2], искусственных нейронных сетях [3, 4], кластерном анализе [5], нечеткой логике [6, 7]. Глубина диагностирования при этом существенно зависит от выбора математической модели диагностического сигнала. Например, в работе [8] в качестве таковой был использован линейный периодический случайный процесс (ЛПСП), низшие моменты которого (дисперсия и корреляционная функция) используются в качестве диагностических признаков, и позволяют обнаружить неисправный клапан.

    По своей физической природе ДВС является объектом циклического действия и выпрямленный вибросигнал, возникающий при работе впускных и выпускных клапанов системы газораспределения, содержит

    © О.В. Лавриненко, 2014

    три составляющие: постоянную (среднее значение), переменную (отклонение выпрямленного вибросигнала от среднего значения, что может быть охарактеризовано дисперсией) и импульсную составляющую, имеющую место при ударах клапана о седло. Поскольку указанный вибросигнал подвержен влиянию множества случайных факторов (подача топлива, воздухоснабжение, изменение нагрузки и т.д.), его можно рассматривать как случайный процесс <¡(t), t e (-œ,œ)>, к которому в качестве математической модели в полной мере подходит ЛПСП [9, lO].

    Определения и основные характеристики ЛПСП. Согласно [lO] случайный процесс <¡(t), t e (-œ, œ)>называется периодическим в широком смысле, если существует такое T > О , для которого одномерная и двумерная функции распределения удовлетворяют условиям:

    • F(xj, X2, t!, t2) = F(Xj, X2, tj + T, t2 + T), (l)

    ЛПСП имеет моменты высшего порядка (включая и коэффициенты асимметрии и эксцесса), которые можно использовать в качестве диагностических признаков для уточнения технического состояния двигателя.

    Цель статьи – на базе математической модели ЛПСП, описывающей процесс газораспределения в двигателе, экспериментально проверить новые информативные параметры, характеризующие техническое состояние ДВС. На основании предложенных параметров построить обучающие совокупности (образы) и разработать решающие правила, которые позволяют выявить дефекты в двигателе.

    С целью получения вибросигнала работы механизма газораспределения проведена серия экспериментальных работ на F-образном четырехцилиндровом двигателе, в ходе которых упомянутый сигнал снимался с датчика детонации GT305, установленного на крышке блока клапанов. Для определения типа распределения вибросигнала (рис. l, 2), реализации были обработаны с использованием гистограммного анализа и последующим сглаживанием полученных гистограмм по методу наименьших квадратов [lO]. Отметим, что виброграммы на рис. l, 2 были записаны на цифровой осциллограф Tektronix TBS1000B в установившемся режиме работы ДВС, причем для

    синхронизации использовался сигнал отметчика верхней мертвой точки первого цилиндра (этот сигнал на графиках не показан).

    На рис. 1 приведена выпрямленная и очищенная от помех на уровне 0,02 В виброграмма работы газораспределительного механизма (ГРМ) без дефектов, работающего в номинальном режиме; гистограмма и сглаживающая кривая (рис. 3), построены по методу наименьших квадратов. Общий объем выборки данных n составляет 2250 точек, что соответствует шести оборотам вала.

    Рис. 1. Виброграмма работы ГРМ без дефектов

    1 201 43 Т 95t SV 1001 И 01 1431 1X1 1S01 2001 1201

    Рис. 2 . Виброграмма работы ГРМ при увеличении зазора между клапаном и седлом

    На рис. 2 приведена выпрямленная и очищенная от помех на уровне 0,02 В виброграмма работы ГРМ с дефектом (увеличение зазора между клапаном и седлом до 0,25 – 0,3 мм), работающего в номинальном режиме; гистограмма и сглаживающая кривая построены по методу наименьших квадратов (рис. 4). Общий объем выборки данных п составляет 2250 точек.

    Рис. 3. Гистограмма и сглаживающая кривая работы ГРМ без дефектов

    Рис. 4. Гистограмма и сглаживающая кривая работы ГРМ при увеличении зазора между клапаном и седлом

    На рис. 5, 6 приведены гистограммы для двигателя внутреннего сгорания того же типа с дефектами в газораспределительном механизме. Рис. 5 соответствует случаю уменьшения зазора между клапаном и

    седлом до до 0,01мм), а рис. 6 – износу толкателя клапана.

    Рис. 5. Гистограмма и сглаживающая кривая работы ГРМ при уменьшении зазора между клапаном и седлом

    Рис. 6. Гистограмма и сглаживающая кривая работы ГРМ при износе толкателя

    Для приведенных кривых найдены асимметрия и эксцесс [10], которые были приняты в качестве диагностических признаков.

    j = Г n2 (г Y – mx)4 – 3 • (3)

    где п – число измерении; – /-я измеренная величина; тх – математическое ожидание измеренной величины; Ох – среднеквадратическое отклонение измеренной величины.

    Именно эти параметры были выбраны в качестве координат диагностического пространства, в котором по количественным оценкам к и ]

    были построены обучающие совокупности. После обработки 500 гистограмм со сглаживающими кривыми были сформированы обучающие совокупности, соответствующие различным техническим состояниям газораспределительного механизма. Это иллюстрируется на рис. 7.

    Рис. 7. Диагностическое пространство работы ГРМ

    В частности, область I соответствует двигателю без дефектов в газораспределительном механизме; области II – двигателю с дефектами ГРМ в связи с увеличенным зазором в сопряжении; область Ш – соответствует двигателю с дефектами ГРМ в связи с наименьшими зазорами в сопряжении.

    Выводы. Проведенные экспериментальные исследования показали:

    1. В качестве диагностических признаков технического состояния ГРМ двигателя внутреннего сгорания эффективно можно использовать коэффициенты асимметрии и эксцесса. В качестве диагностического пространства для формирования обучающих совокупностей предложено использовать плоскость, осями координат в которой являются коэффициенты асимметрии и эксцесса.

    2. В выбранном диагностическом пространстве предложен способ построения образов, соответствующих следующим техническим состояниям узлов ГРМ:

    – условно исправны, зазор в сопряжении в пределах нормы, область I (рис. 7);

    – зазор в сопряжении равен 0,25-0,3 мм, область II (рис. 7);

    Параметры и диагностика газораспределительного механизма

    Газораспределительный механизм (сокращенно его называют не иначе как ГРМ) представляет собой устройство, обеспечивающее своевременную подачу топливовоздушной смеси в цилиндры ДВС и выпуск отработавших газов. Данные функции газораспределительного механизма реализуются в четырехтактных силовых агрегатах за счет открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов, которые имеют привод от распределительного вала и специального кулачкового механизма.

    Таким образом, основными элементами газораспределительного механизма являются клапаны, их привод и распределительный вал с его приводом. На современных автомобилях клапаны размещаются в головке блока цилиндров. Для того чтобы клапан удерживался в закрытом состоянии, используются пружины. В настоящее время наиболее широкое применение находят двигатели внутреннего сгорания с газораспределительными механизмами, работающими по четырехклапанной (на каждый цилиндр приходится по два впускных и выпускных клапана) и двухклапанной (один впускной и один выпускной клапан на цилиндр) схемам.

    Диагностика неисправностей ГРМ

    От коленвала на распределительный вал вращение может передаваться при помощи ременной, цепной либо шестеренной передачи. Проскальзывание либо обрыв цепи или ремня ГРМ может привести к удару поршней об открытые клапаны, что чревато выходом из строя двигателя. Именно поэтому каждый автовладелец должен уделять внимание состоянию механизма распределения топливной смеси, своевременно проводя диагностику его узлов и отдельных деталей.

    Диагностика неисправностей ГРМ представляет собой непростую и очень ответственную процедуру. Согласно статистическим данным на этот механизм приходится порядка двадцати процентов всех отказов двигателя, а на устранение обнаруженных неполадок – около половины трудоемкости ремонтных работ и технического обслуживания. Игнорирование обязательной диагностики порой приводит к тому, что большое число двигателей поступает на преждевременный ремонт, имея недоиспользованный ресурс, либо с неполадками аварийного характера. Весьма распространены такие общие причины неполадок в работе ГРМ, как несоблюдение правил эксплуатации ДВС, включая заправку топливом с повышенным содержанием смол, применение некачественных, загрязненных масел, продолжительная работа мотора на высоких оборотах.

    Нарушение теплового зазора, фаз газораспределения

    Плохое прилегание клапанов

    Внешние признаки неисправности ГРМ

    Среди внешних признаков того, что газораспределительный механизм неисправен, можно отметить металлические стуки, нехарактерные для нормальной работы двигателя, снижение компрессии, появление хлопков в выпускном и впускном трубопроводах, а также уменьшение мощности силовой установки. Три последних варианта нередко имеют место при плохом прилегании клапанов к их седлам.

    О нарушении теплового зазора, износе кулачков и подшипников распредвала мастеру-диагносту «говорит» снижение мощности и металлические стуки, раздающиеся в головке блока цилиндров при работе двигателя на небольших и средних оборотах. Причинами появления шумов со стороны привода распределительного вала и периодических выстрелов в глушитель, могут оказаться изнашивание и удлинение ремня (либо цепи), служащего приводом распредвала, а также износ зубчатого шкива. Падение уровня масла в картере вкупе с уменьшением мощности двигателя и появлением синего дыма отработавших газов нередко является свидетельством «неприятностей» с кривошипно-шатунным механизмом, истирания маслоотражающих колпачков, изнашивания направляющих втулок и стержней клапанов.

    Металлические звонкие (их еще называют детонационными) стуки, характерные для периода разгона автомобиля, и работа мотора с перебоями – внешние признаки образования нагара на клапанах, использования некачественного бензина, неисправностей КШМ. Зависание клапанов, снижение уровня упругости, выход из строя клапанных пружин могут привести к непродолжительным провалам в работе холодного двигателя, уменьшению его мощности и перегреву.

    Основные «симптомы» неплотной посадки клапанов – уменьшение компрессии в одном либо нескольких цилиндрах, «выстрелы» в выпускном и впускном трубопроводах, уменьшение экономичности, мощности работы силового агрегата. Все это наблюдается при возникновении нагара на рабочей фаске, гнезде клапана, короблении тарелки клапана, отсутствии зазора между толкателем и стержнем клапана. Для устранения нагара на рабочих поверхностях деталей их смачивают в керосине либо в специально подготовленном растворе с дальнейшим снятием шабером. На поверхностях есть небольшие царапины, задиры, раковины? Их придется притереть. При существенных повреждениях клапаны и гнезда подвергаются шлифовке либо заменяются на новые, исправные детали.

    Причина неполного открытия клапана, как правило, заключается в увеличенном зазоре между толкателем (либо коромыслом) и стержнем клапана. Стуки в газораспределительном механизме могут быть признаками (помимо рассмотренных выше явлений) увеличения зазора между толкателем и стержнем клапана, изнашивания распределительных шестерен, направляющих и толкателей, осей и втулок коромысел, стержней клапанов, а также распорного кольца, что приводит к увеличению осевого смещения распредвала.

    Вышедшие из строя, изношенные детали следует заменить на новые с дальнейшей регулировкой отдельных узлов и газораспределительного механизма полностью.

    Читайте также:  Общее устройство Geely GC6
    Ссылка на основную публикацию