Author: Холдерман Д.Д. Митчелл Ч.Д.
Tags: двигатели детали автомобиля двигатель автомобиля
Year: 2006
Text
Автомобильные двигатели
Теория и техническое обслуживание
Четвертое издание
Джеймс Д. Холдерман
Чейз Д. Митчелл, мл.
Москва • Санкт-Петербург • Киев 2006
Оглавление
Предисловие 13
Благодарности 14
Глава 1. Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ 17
Глава 2. Принцип работы и типы двигателей 43
Глава 3. Принцип работы и методы диагностики системы смазки двигателя 59
Глава 4. Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска 79
Глава 5. Принцип работы и диагностика системы зажигания 107
Глава б. Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности
выхлопных газов 139
Глава 7. Принцип работы и диагностика системы охлаждения 177
Глава 8. Диагностика состояния двигателя 207
Глава 9. Демонтаж и разборка двигателя 243
Глава 10. Очистка двигателя, дефектоскопия и ремонт трещин в деталях двигателя 261
Глава 11. Измерения и расчеты, выполняемые при ремонте двигателей 277
Глава 12. Впускной и выпускной коллекторы 293
Глава 13. Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 317
Глава 14. Техническое обслуживание клапана и седла клапана 345
Глава 15. Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 389
Глава 16. Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 433
Глава 17. Поршни, поршневые кольца и шатуны 467
Глава 18. Коленчатые валы и подшипники 509
Глава 19. Сборка двигателя 543
Глава 20. Установка двигателя в автомобиль и подготовка к работе 579
Приложения 597
Словарь терминов 632
Предметный указатель 645
Содержание
Предисловие 13
Благодарности 14
Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ 17
Резьбовой крепеж 17
Болты с метрической резьбой 18
Класс прочности болта 18
Гайки 19
Шайбы 20
Перечень основных инструментов 20
Названия инструмента, используемые в обиходе 28
Правила техники безопасности при работе с ручным инструментом 28
Правила техники безопасности для механиков 28
Правила техники безопасности при подъеме автомобиля 31
Опасные вещества 33
Информация о характеристиках и правилах обращения с опасными веществами и материалами 35
Заключение 41
Контрольные вопросы 41
Вопросы к тесту на сертификат ASE 41
2___________________________________________
Принцип работы и типы двигателей 43
Четырехтактный рабочий цикл 43
720-градусный цикл 44
Классификация двигателей 44
Таблица кодировки года выпуска 47
Классификация типов двигателей 48
Направление вращения вала двигателя 50
Внутренний диаметр цилиндра 50
Ход поршня 51
Укороченный ход и удлиненный ход 51
Рабочий объем двигателя 52
Рабочий объем и мощность двигателя 53
Степень сжатия смеси 53
На что тратится энергия 55
Ватт и лошадиная сила 55
Налоговая мощность двигателя 55
Соотношение между метрической и эффективной мощностью 56
Соотношение между мощностью по стандарту DIN и мощностью по стандарту SAE 56
Соотношение между мощностью по стандарту JIS и мощностью по стандарту SAE 56
Зависимость мощности двигателя от высоты над уровнем моря 56
Заключение 57
Контрольные вопросы 57
Вопросы к тесту на сертификат ASE 57
3________________________________________
Принцип работы и методы диагностики системы
смазки двигателя 59
Принцип работы смазки 59
Системы смазки двигателей 60
Характеристики моторного масла 60
Классификация масел по стандарту SAE 60
Классификация API 61
Классификация масел по стандарту ILSAC 62
Европейская классификация масел 63
Японская классификация масел 63
Присадки к моторным маслам 63
Моторные масла, повышающие экономичность
двигателя 64
Взаимозаменяемость масел различных торговых марок 64
Синтетическое масло 64
Содержание
7
Температура масла 65
Периодичность замены масла 65
Процедура замены масла 65
Масляные фильтры 66
Замена масла в двигателе с турбонаддувом 67
Масляные насосы 68
Регулирование давления масла 70
Факторы, влияющие на давление масла в системе смазки 70
Проверка состояния масляного насоса 72
Маслопроводы в блоке двигателя 73
Смазка клапанного механизма 73
Масляные поддоны 75
Масляные радиаторы 76
Система принудительной вентиляции картера 76
Заключение 77
Контрольные вопросы 77
Вопросы к тесту на сертификат ASE 77
4___________________________________________________
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска 79
Назначение аккумуляторной батареи 79
Как работает аккумуляторная батарея 79
Плотность электролита 80
Паспортные характеристики аккумуляторных батарей 82
Техническое обслуживание аккумуляторной батареи 83
Пуск двигателя от аккумуляторной батареи, стоящей в другом автомобиле 87
Система электрического пуска двигателя 88
Выявление и устранение неисправностей системы электрического пуска 89
Проверка тока потребления стартера 90
Проверка на стенде 90
Генераторы переменного тока 90
Заключение 104
Контрольные вопросы 104
Вопросы к тесту на сертификат ASE 104
5_________________________________
Принцип работы и диагностика системы
зажигания 107
Принцип работы системы зажигания 107
Бесконтактные системы зажигания 112
Система зажигания типа "катушка на свече" 115
Проверка системы зажигания на искру 115
Проверка магнитоэлектрического датчика 117
Осмотр крышки и ротора распределителя зажигания 118
Проверка высоковольтного провода свечи зажигания 118
Порядок зажигания 120
Техническое обслуживание искровой свечи зажигания 120
Угол опережения зажигания 121
Заключение 137
Контрольные вопросы
137
Вопросы к тесту на сертификат ASE
6____________________________________________________
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 139
Бензин 139
Испаряемость 139
Проблемы, связанные с испаряемостью бензина 140
Нормальный и нарушенный режимы сгорания смеси 141
Исследовательский и моторный методы определения октанового числа 142
Октановые числа различных сортов бензина 142
Кислородосодержащие топлива 143
Химия сгорания топлива 145
Ускоренный износ клапана при использовании неэтилированного бензина 145
Бензин улучшенного композиционного состава 146
Эталонное топливо, используемое при государственных испытаниях двигателей 146
Общие рекомендации по использованию бензина в двигателях 146
Принцип действия топливной системы 147
Механические топливные насосы 147
Особенности работы электронных систем впрыска топлива 148
Система центрального впрыска топлива в дроссельную камеру (TBI) 151
Система распределенного впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров 152
Зачем необходима система снижения токсичности выбросов двигателя 154
Система принудительной вентиляции картера 155
Проверка правильности работы системы принудительной вентиляции картера 156
Система нагнетания воздуха 157
Система улавливания испарений бензина 159
Система рециркуляции отработавших газов 161
Каталитические нейтрализаторы 164
Заключение 175
Контрольные вопросы 175
Вопросы к тесту на сертификат ASE 175
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 177
Назначение и принцип работы системы охлаждения 177
Проблемы, возникающие в двигателе при низких рабочих температурах 178
Проблемы, возникающие в двигателе при высоких рабочих температурах 178
Конструкция системы охлаждения 179
Как термостат регулирует температуру 180
8
Содержание
Проверка термостата 180
Замена термостата 183
Антифриз 184
Охлаждающая жидкость на основе органических добавок 184
Антифриз на основе пропиленгликоля 185
Антифриз, в котором отсутствуют фосфаты 185
Антифризы замерзают 185
Проверка охлаждающей жидкости с помощью ареометра 185
Регенерированная охлаждающая жидкость 186
Хранение отработанной охлаждающей жидкости 187
Радиатор 187
Гермопробка радиатора 189
Метрические гермопробки радиаторов 190
Система рекуперации охлаждающей жидкости 190
Испытание под давлением 191
Выявление утечек методом капиллярной дефектоскопии 191
Принцип работы водяного насоса 192
Движение потока охлаждающей жидкости в двигателе 192
Техническое обслуживание водяного насоса 193
Вентиляторы охлаждения 194
Терморегулируемые вентиляторы охлаждения 196
Теплообменник отопителя салона 197
Диагностика причин неисправности отопителя салона 198 Аварийный сигнал перегрева охлаждающей жидкости 199 Распространенные причины перегрева двигателя 199
Текущее техническое обслуживание системы
охлаждения 200
Промывка и заполнение системы охлаждения 201
Удаление воздуха из системы охлаждения 201
Шланги 202
Очистка радиатора обратной промывкой 203
Очистка радиатора снаружи 203
Заключение 205
Контрольные вопросы 205
Вопросы к тесту на сертификат ASE 205
Диагностика состояния двигателя 207
Типичные жалобы на нарушение работы двигателя 207
Диагностика по выхлопным газам 208
Кто лучше самого водителя знает свой автомобиль 208
Осмотр 209
Диагностика причины шумов в двигателе 210
Проверка давления масла 214
Лампочка аварийной сигнализации падения давления масла 214
Анализ масла 215
Как берется проба масла 216
Анализ результатов анализа 216
Проверка компрессии в двигателе 218
"Мокрая" проверка компрессии в двигателе 219
Проверка компрессии в двигателе на рабочем ходу 220
Проверка цилиндров на утечку 221
Проверка баланса мощности цилиндров 222
Методика выполнения измерения при проверке баланса мощности цилиндров 222
Проверка разрежения 223
Проверка пропускной способности системы выпуска 224
Проверка величины противодавления с помощью вакуумметра 225
Проверка величины противодавления с помощью манометра 225
Диагностика состояния цепи привода распределительного вала 225
Анализ состава выхлопных газов и полнота сгорания смеси 226
Двуокись углерода 228
Диагностика неисправности уплотнительной прокладки головки блока цилиндров 228
Лампы аварийной сигнализации на приборной панели 229
Индикатор падения давления масла 229
Заключение 241
Контрольные вопросы 241
Вопросы к тесту на сертификат ASE 241
Демонтаж и разборка двигателя 243
Замена неисправных деталей 243
Обработка клапанов 243
Частичная переборка двигателя 244
Полная переборка двигателя 245
Неполный блок 245
Подобранный блок 245
Полный блок 245
Двигатели повторной сборки 245
Демонтаж двигателя 246
Разборка двигателя 247
Удаление уступа, образовавшегося на стенке цилиндра 249
Демонтаж шатунно-поршневых узлов 250
Состояние поршня 251
Разборка вращающегося узла двигателя 255
Заключение 258
Контрольные вопросы 259
Вопросы к тесту на сертификат ASE 259
10_________________________________
Очистка двигателя, дефектоскопия и ремонт
трещин в деталях двигателя 261
Механическая очистка 261
Химические средства очистки 262
Водные моющие растворы 263
Струйная промывка 263
Очистка паром 263
Термическая очистка 264
Очистка погружением в неподогреваемый моющий раствор 264
Содержание
9
Очистка погружением в подогреваемый моющий раствор 265
Очистка в парах растворителя 265
Ультразвуковая очистка 265
Вибрационная очистка 265
Дробеструйная обработка 266
Визуальный контроль 266
Магнитная дефектоскопия трещин 266
Контроль методом проникающего красителя 267
Контроль методом проникающего флуоресцентного вещества 267
Контроль повышенным давлением 268
Ремонт трещин 268
Заваривание трещин в чугунных деталях 269
Заваривание трещин в алюминиевых деталях 270
Ремонт трещин путем зачеканивания пробками 270
Заключение 274
Контрольные вопросы 274
Вопросы к тесту на сертификат ASE 274
Измерения и расчеты, выполняемые при ремонте двигателей 277
Микрометр 277
Измерение геометрических параметров коленчатого вала 278
Телескопический щуп 279
Измеритель диаметра узких отверстий 280
Штангенциркуль с циферблатным нониусом 280
Калиберный щуп 280
Поверочная линейка 283
Измеритель смещения с циферблатной шкалой 284
Микрометрический нутромер с циферблатной шкалой 285
Расчеты и формулы, необходимые при техническом обслуживании двигателя 286
Заключение 288
Контрольные вопросы 291
Вопросы к тесту на сертификат ASE 291
12_________________________________________________
Впускной и выпускной коллекторы 293
Впускные коллекторы карбюраторных двигателей и двигателей с системой центрального впрыска топлива 293
Коллекторы открытого и закрытого типа 296
Обогрев коллектора 298
Автомат холодного пуска 300
Впускные коллекторы двигателей, оснащенных системой распределенного впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров 302
Пластмассовые впускные коллекторы 302
Рециркуляция отработавших газов 302
Уплотнительные прокладки впускных коллекторов 304
Турбонаддув 305
Принцип действия перепускного клапана турбокомпрессора 306
Неисправности турбокомпрессора 306
Компрессорный наддув 307
Наддув создается за счет ограниченной пропускной способности коллектора 307
Конструкция выпускного коллектора 308
Уплотнительные прокладки выпускных коллекторов 309
В чем заключаются преимущества коллекторной головки 310
Тепловые заслонки 311
Каталитические нейтрализаторы 312
Глушители 313
Заключение 314
Контрольные вопросы 315
Вопросы к тесту на сертификат ASE 315
13_________________________________________________
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 317
Полусферическая камера сгорания 317
Клиновидная камера сгорания 318
Поверхностное охлаждение смеси 318
Камера сгорания со слоистой структурой топливной смеси 319
Многоклапанная камера сгорания 320
Четырехклапанная головка 322
Впускное и выпускное окна 322
Каналы охлаждения в головке блока цилиндров 324
Смазка верхних клапанов 325
Демонтаж верхнего распределительного вала 326
Разборка головки блока цилиндров 326
Последовательность ремонта головки блока цилиндров 326
Восстановление поверхности головки 327
Выпрямление алюминиевой головки 328
Методы выравнивания поверхности головки 329
Чистота поверхности 330
Коррекция соосности впускного коллектора 331
Направляющие втулки клапанов 332
Зазор между стержнем и направляющей втулкой клапана 333
Измерение износа направляющей втулки клапана 333
Клапаны со стержнем увеличенного диаметра 334
Замена направляющей втулки клапана 337
Ремонтные гильзы направляющей втулки клапана 337
Спиральная бронзовая гильза 340
Заключение 341
Контрольные вопросы 341
Вопросы к тесту на сертификат ASE 344
14_________________________________________________
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 345
Впускные и выпускные клапаны 345
Конструкции клапанов 347
10 Содержание
Материалы, из которых изготавливаются клапаны 347
Клапаны с полым стержнем, заполненным металлическим натрием 347
Седла клапанов 348
Осмотр клапана 348
Пружины клапанов 354
Проверка качества пружины клапана 354
Замок клапана 355
Механизмы поворота клапана 355
Процедура ремонта клапана 356
Шлифовка рабочей фаски клапана 357
Восстановление седла клапана 360
Пилоты (направляющие стержни) для обработки клапанных седел 363
Шлифовальные камни для обработки седел 364
Правка шлифовального камня 365
Шлифовка седла клапана 366
Сужение седла клапана 366
Фрезы для восстановления седел клапанов 368
Испытания седел клапанов 369
Замена седла клапана 370
Выступание стержня клапана 372
Проверка монтажной высоты клапана 374
Уплотнения стержня клапана 374
Установка клапанов 377
Испытания головок на утечку 380
Расход воздуха и мощность двигателя 381
Заключение 386
Контрольные вопросы 386
Вопросы к тесту на сертификат ASE 386
Перекрытие клапанов 407
Разворот кулачков 408
Определение угла разворота кулачков 409
Нормы временных характеристик распределительного вала 409
Впускной клапан 409
Выпускной клапан 409
Диаграмма рабочего цикла распределительного вала 410
Восстановление распределительных валов 410
Установка распределительного вала 411
Угловая градуировка распределительного вала 413
Толкатели клапанов 417
Нерегулируемые механические толкатели 418
Гидравлические толкатели 420
Предварительный натяг гидравлических толкателей 420
Установка предварительного натяга гидравлического толкателя клапана 423
Проверка соответствия рабочего хода гидравлического толкателя клапана техническим требованиям 424
Диагностика шума, создаваемого клапанным механизмом 424
Техническое обслуживание механического толкателя клапана 425
Техническое обслуживание гидравлического толкателя клапана 425
Установка гидравлического толкателя клапана 426
Удаление воздуха из гидравлических толкателей клапанов 426
Заключение 431
Контрольные вопросы 431
Вопросы к тесту на сертификат ASE 431
15_____________________________________
Техническое обслуживание распределительного
вала и клапанного механизма 389
Назначение распределительного вала 389
Размещение распределительного вала 390
Диагностика распределительного вала 390
Демонтаж распределительного вала 391
Конструкция распределительного вала 391
Распределительные валы смешанной конструкции 393
Смазка распределительного вала 394
Эксцентрики привода топливного насоса 394
Типы приводов распределительного вала 394
Цепные приводы распределительного вала 395
Ременные приводы распределительного вала 398
Скручивающее усилие на распределительном валу 399
Осевой люфт распределительного вала 399
Вращение толкателя клапана 400
Высота вершины кулачка (ход) распределительного
вала 401
Клапанные коромысла 402
Штанги толкателей клапанов 405
Длина штанги толкателя 406
Продолжительность действия кулачков
распределительного вала 407
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 433
Технология производства блоков цилиндров 434
Идентификационный номер отливки 434
Механическая обработка блоков цилиндров 435
Алюминиевые блоки цилиндров 436
Проверка состояния блока цилиндров 437
Конструкции блоков цилиндров уменьшенной высоты 437
Плита блока цилиндров 438
Юбки цилиндров 439
Каналы охлаждения 439
Маслопроводы системы смазки 439
Крышки постелей коренных подшипников 440
Техническое обслуживание блока цилиндров 442
Центрирование постелей коренных подшипников 442
Механическая обработка плиты блока цилиндров 444
Растачивание цилиндров 446
Ремонт цилиндров с помощью ремонтных гильз 449
Хонингование цилиндра 450
Чистота поверхности цилиндра 452
Плосковершинное хонингование 453
Очистка цилиндров 454
Сплошная очистка блока цилиндров 454
Содержание 11
Заключение
464
Контрольные вопросы 464
Вопросы к тесту на сертификат ASE 464
Коленчатые валы восьмицилиндровых V-образных двигателей 512
Коленчатые валы четырехцилиндровых двигателей 513
Коленчатые валы пятицилиндровых двигателей 513
Коленчатые валы трехцилиндровых двигателей 513
Коленчатые валы шестицилиндровых V-образных
Поршни, поршневые кольца и шатуны 467
Назначение и принцип работы поршней, поршневых колец и шатунов 467
Демонтаж поршня и шатуна 468
Конструкция поршня 469
Головка поршня 470
Канавки поршневых колец 472
Поршни с овальной юбкой 473
Размер головки поршня 473
Использование заэвтектических сплавов для изготовления поршней 474
Штампованные поршни 475
Чистота поверхности юбки 475
Балансировка поршня 475
Техническое обслуживание поршней 475
Поршневые пальцы 478
Смещение поршневого пальца 479
Посадка поршневого пальца в поршне 480
Способы фиксации поршневого пальца в поршне 480
Техническое обслуживание поршневого пальца 481
Поршневые кольца 482
Компрессионные кольца 483
Силы, действующие на поршневое кольцо 483
Зазор в замке поршневого кольца 484
Поперечное сечение поршневых колец 484
Хромированные поршневые кольца 485
Поршневые кольца с молибденовым покрытием 485
Поршневые кольца с хромисто-молибденово-карбидным покрытием 486
Маслосъемные кольца 486
Шатуны 487
Шатуны, спеченные из порошкового металла 488
Конструкция шатуна 489
Спиральное искривление шатуна 490
Техническое обслуживание шатуна 492
Подгонка по массе поршней и шатунов 493
Сборка шатунно-поршневого узла 493
Техническое обслуживание поршневых колец 495
Заключение 506
Контрольные вопросы 506
Вопросы к тесту на сертификат ASE 506
двигателей с 90-градусным углом развала цилиндров и неравномерным распределением рабочих ходов по углу поворота вала 513
Коленчатые валы шестицилиндровых V-образных двигателей с 90-градусным углом развала цилиндров и равномерным распределением рабочих ходов
по углу поворота вала 514
Коленчатые валы шестицилиндровых V-образных двигателей с 60-градусным углом развала цилиндров 515
Смазочные каналы в коленчатом валу 516
Отверстия, предназначенные для облегчения коленчатого вала 517
Силы, действующие на коленчатый вал 517
Балансировка коленчатого вала 518
Осевой упор коленчатого вала 519
Проверка состояния коленчатого вала 520
Шлифование коленчатого вала 521
Наваривание коленчатого вала 522
Уравновешивание коленчатого вала 523
Снятие напряжений в коленчатом валу 524
Вспомогательные валы 524
Балансировочные валы 524
Причины неуравновешенности двигателя 526
Подшипники двигателя 529
Рабочие нагрузки подшипников 529
Усталостное разрушение подшипников 530
Прирабатываемость подшипников 531
Способность подшипников к поглощению абразивных частиц 531
Задиростойкость подшипников 531
Антифрикционные материалы подшипников 532
Производство подшипников 534
Размеры подшипников 534
Зазор в подшипнике 534
Посадка подшипников в постели 534
Подшипники распределительного вала 536
Заключение 541
Контрольные вопросы 541
Вопросы к тесту на сертификат ASE 541
Сборка двигателя
Коленчатые валы и подшипники 509
Назначение и принцип работы коленчатого вала 509
Кованые коленчатые валы 509
Литые коленчатые валы 511
Коленчатые валы шестицилиндровых двигателей 511
Подготовка блока цилиндров 543
Установка пробок 543
Подшипники распределительного вала 544
Причины преждевременного выхода подшипников скольжения из строя 545
Измерение масляного зазора в коренных подшипниках 546
Коррекция величины зазора в подшипниках 547
12 Содержание
Установка манжетного уплотнения 548
Установка шнурового уплотнения 549
Расположение дополнительных уплотнений 549
Установка коленчатого вала 550
Осевой зазор в упорном подшипнике коленчатого вала 551 Методика затягивания болтов крышек коренных подшипников 551
Установка цепей и шестерен распределительного привода 552
Примерка поршней к цилиндрам 553
Ширина зазора в замке поршневого кольца 554
Установка шатунно-поршневых узлов 555
Боковой зазор шатуна 558
Установка распределительного вала в двигателе с верхним расположением распределительного вала 558
Уплотнительные прокладки головки блока цилиндров 559
Установка уплотнительной прокладки головки блока цилиндров 561
Последовательность затягивания болтов крепления головки блока цилиндров 562
Болты, затягиваемые до растяжения 563
Привод механизма газораспределения двигателей с верхним расположением распределительного вала 564
Установка толкателей и штанг толкателей 566
Гидравлические толкатели 566
Механические толкатели 566
Вулканизирующиеся герметики, используемые при сборке 567
Установка коллекторов 567
Материалы уплотнительных прокладок крышек 568
Советы по применению уплотнительных прокладок 569
Установка крышки привода механизма газораспределения 570
Установка гасителя крутильных колебаний 570
Установка масляного насоса 571
Поддон картера 571
Установка водяного насоса 571
Покраска двигателя 571
Проверка способности системы смазки двигателя поддерживать необходимое давление масла 572
Установка начального угла опережения зажигания 573
Заключение 576
Контрольные вопросы 576
Вопросы для подготовки к тесту на сертификат ASE 576
20
Установка двигателя в автомобиль и подготовка к работе 579
Установка коробки передач с ручным управлением 579
Установка автоматической трансмиссии 580
Стартер 581
Агрегаты двигателя 581
Установка двигателя на ходовую часть 581
Система охлаждения 582
Элементы управления топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 582
Система электропитания автомобиля 582
Смазка двигателя при обкатке 583
Обкатка двигателя 583
Нормальная рабочая температура 583
Прогрев холодного двигателя 584
Меры предосторожности при обкатке двигателя 584
Заключение 584
Контрольные вопросы 584
Вопросы к тесту на сертификат ASE 596
Приложения
1. Пример билета к тесту на сертификат ASE
для специалистов по ремонту двигателей 597
2. Пример билета к тесту на сертификат ASE
для специалистов по ремонту головок блока
цилиндров 605
3. Пример билета к тесту на сертификат ASE
для специалистов по ремонту блоков цилиндров 610
4. Пример билета к тесту на сертификат ASE
для специалистов по сборке двигателей 615
5. Таблица перевода дробных долей дюйма
в десятичные доли дюйма и десятичные доли
миллиметра 620
6. Номограмма перевода натуральных дробей
в десятичные и обратного перевода 622
7. Таблица перевода ньютон-метров в фунто-футы 623
8. Таблица перевода фунто-футов в ньютон-метры 624
9. Таблица перевода градусов по Цельсию в градусы
по Фаренгейту 625
10. Таблица периодичности замены ремня привода
газораспределительного механизма 626
Словарь терминов 632
Предметный указатель 645
Предисловие
Четвертое издание книги Автомобильные двигатели: теория и техническое обслуживание (Automotive Engines: Theory and Servicing) дополнено множеством новых технических рекомендаций, позаимствованных из опыта квалифицированных специалистов автосервиса, примеров из опыта диагностики различных неисправностей и ответов на часто задаваемые вопросы, а также сериями фотоснимков, наглядно показывающих многие процедуры технического обслуживания.
Освоение методик диагностики на конкретных примерах
Главная цель, которую преследовали авторы при написании этого руководства, — помочь специалистам автосервиса в практической диагностике различных неисправностей двигателей. Авторам приходилось неоднократно слышать мнения специалистов о том, что в автомобильном сервисе самое необходимое — это методики диагностики и накопление опыта. Примеры из опыта диагностики неисправностей, которыми постоянно сопровождается учебный материал, помогают наглядно показать, как решаются на практике различные проблемы, возникающие в процессе технического обслуживания автомобиля. Каждая новая тема охватывает все узлы и детали, имеющие отношение к ней. Кроме того, дается описание назначения, принципа действия и режима работы, а также методик диагностики и испытаний каждой системы.
Изложение материала в соответствии с программой ASE
В этом подробном и всестороннем руководстве собран весь материал, необходимый для сдачи теста на сертификат по специальности РЕМОНТ ДВИГАТЕЛЕЙ (Engine Repair (Al)) в соответствии с требованиями ASE и NATEE В книгу включена также информация по механической обработке узлов двигателя, которая
будет полезна специалистам, готовящимся к тестам на сертификат по специальности РЕМОНТ ГОЛОВОК БЛОКОВ ЦИЛИНДРОВ (Cylinder Head Specialist (Ml)), РЕМОНТ БЛОКОВ ЦИЛИНДРОВ (Cylinder Block Specialist (М2)), и СБОРКА ДВИГАТЕЛЕЙ (Engine Assembly Specialist (М3)).
Системность и наглядность изложения с использованием мультимедийных средств
В книгу включено свыше 30 серий фотоснимков. На мультимедийном компакт-диске, прилагаемом к книге, записана полезная информация, кроме того, он облегчит усвоение учебного материала. На компакт-диске записаны цветные учебные видеоклипы, библиотека форм сигналов, примеры вопросов, предлагаемых при сдаче тестов на сертификаты ASE, примеры письменных заданий и перечень тестовых вопросов на сертификаты ASE (NATEF) по специальностям РЕМОНТ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (Automotive Engine Repair) и МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА АВТОМОБЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (Engine Machinist).
Программное обучение, ориентированное на практическое усвоение материала
Учебный материал, включенный в книгу, сопровождается письменными заданиями, которые даются в каждой главе. Они помогут лучше усвоить учебный материал, подкрепив его повседневной практикой, и полнее овладеть типовыми методиками диагностики и технического обслуживания, а также запомнить типовые регламентированные значения контролируемых параметров и перечни возможных неисправностей, связанных с выходом значений контролируемых параметров за установленные пределы. Эти учебные задания помогут быстрее освоить методики диагностики и проверки характеристик двигателя.
Благодарности
Авторы выражают благодарность за предоставление технической информации и иллюстративного материала следующим компаниям:
компании Auto Parts Distributors, корпорации Automotion, Inc., ассоциации компаний, занимающихся капитальным ремонтом двигателей (Automotive Engine Rebuilders Association),
корпорации B-H-J Products, Inc., корпорации Camwerks Corporation, корпорации Castrol Incorporated, компании Champion Spark Plug Company, корпорации Chrysler Corporation, компании Clayton Manufacturing Company, корпорации Curtiss Wright Corporation, корпорации Dana Corporation, корпорации Defiance Engine Rebuilders
Incorporated,
компании Dow Chemical Company, корпорации Fel-Pro Incorporated, компании Ford Motor Company, корпорации General Motors Corporation и ее подразделениям:
AC Delco Division,
Buick Motor Division, Cadillac Motor Car Division, Central Foundry Division, Chevrolet Motor Division, Oldsmobile Division,
Компании George Olcott Company,
компании Goodson Auto Machine Shop Tools and Supplies,
компании Greenlee Brothers and Company, компании Jasper Engines and Transmissions,
компании K-Line,
компании Modine Manufacturing Company, компании Neway,
компании Parsons and Meyers Racing Engines, компании Prestolite Company,
компании Rottier Manufacturing, корпорации Sealed Power Corporation, Обществу автомобильных инженеров (Society of Automotive Engineers),
компании Sunnen Products Company,
Мичиганскому отделению (Michigan Division) компании TRW.
Благодарности за рецензирование и редактирование рукописи
Лица, которые указаны ниже, прочитали рукопись при подготовке ее к печати и проверили ее на отсутствие технических ошибок и ясность изложения материала. Их советы и рекомендации были учтены в окончательном варианте рукописи. Их участие в подготовке книги помогло добиться ясности изложения и технической точности материала, собранного в данном руководстве, и в то же время сохранить легкость усвоения учебного материала, — особенность, благодаря которой книги, написанные авторами, пользуются столь широкой популярностью. Лица, которым авторы признательны за участие в подготовке данной книги:
Виктор Бриджес (Victor Bridges), муниципальный колледж Ампкуа (Umpqua Community College),
доктор Роджер Донован (Dr. Roger Donovan), центральный колледж Иллинойса (Illinois Central College),
А.К. Дурдин (A. C. Durdin), технический колледж Морейн-Парк (Moraine Park Technical College),
Благодарности 15
Герберт Элингер (Herbert Ellinger), Западно-Мичиганский университет (Western Michigan University),
Эл Энглдаль (Al Engledahl), Дьюпейдж-колледж (College of Dupage),
Олдрик Хаджзлер (Oldrick Hajzler), муниципальный колледж Ред-Ривер (Red River Community College),
Бетси Гофман (Betsy Hoffman), технический колледж Вермонта (Vermont Technical College)
Карлтон Г Мэйб, старший (Carlton Н. Mabe, Sr.), Западно-Вирджинский муниципальный колледж (Virginia Western Community College),
Рой Маркс (Roy Marks), муниципальный колледж Оуэнса (Owens Community College),
Керри Мейер (Kerry Meier), колледж Сан-Хуана (San Juan College),
Фриц Пикок (Fritz Peacock), профессионально-технический колледж Индианы (Indiana Vocational Technical College),
Деннис Питер (Dennis Peter), NAIT (Канада),
Кеннет Редик (Kenneth Redick), муниципальный колледж Хадсон-Вэй ли (Hudson Valley Comm.
College),
Митчел Волкер (Mitchell Walker), муниципальный колледж Сан-Луи в Форест Парк (St. Louis Community College at Forest Park).
Благодарности за помощь в создании иллюстративного материала
Авторы выражают свою признательность Рику Генри (Rick Henry), который провел фотографические съемки всех серий фотоснимков. Съемки производились, главным образом, в действующих центрах автосервиса во время выполнении реальных работ. Особой благодарности заслуживают все, кто помог авторам в этой работе, в том числе:
компания В Р ProCare, Дейтон (Dayton), штат Огайо:
Том Брамитт (Tom Brummitt),
Джефф Стьюв (Jeff Stueve),
Джон Дейли (John Daily),
Боб Бабал (Bob Babal),
Брайен Эддок (Brian Addock),
Джейсон Браун (Jason Brown),
Дон Паттон (Don Patton),
Дэн Канапп (Dan Капарр),
компания Rodney Cobb Chevrolet, Итон (Eaton), штат Огайо:
Клинт Брубакер (Clint Brubacker),
Общество Dare Automotive Specialists, Сэнтервиль (Centerville), штат Огайо:
Дэвид Шнейдер (David Schneider) Ерик Атшдикен (Eric Archdeacon), Джим Андерсон (Jim Anderson), компания Foreign Car Service, Хьюбер-Хейтс (Huber Heights), штат Огайо:
Майк Маккарти (Mike McCarthy),
Джордж Тилин (George Thielen),
Эллен Финке (Ellen Finke),
Грег Хоук (Greg Hawk),
Бобо Масси (Bob Massie),
компания Genuine Auto Parts Machine Shop, Дейтон (Dayton), штат Огайо:
Фредди Кокрэн (Freddy Cochran),
Том Бергер (Tom Berger),
компания Import Engine and Transmission, Дейтон (Dayton), штат Огайо:
Илайес Дауд (Elias Daoud),
Джеймс Браун (James Brown), Робер Ридли (Robert Riddle), Фелипе Дилимос (Felipe Delemos), Майк Пенс (Mike Репсе),
компания J and В Transmission Service, Дейтон (Dayton), штат Огайо:
Роберт Э. Смит (Robert Е. Smith),
Рэй Л. Смит (Ray L. Smith),
Джерри Морган (Jerry Morgan),
Скотт Смит (Scott Smith),
Дерил Вильямс (Daryl Williams),
Джордж Тимитироу (George Timitirou), компания Saturn of Orem, Орем (Orem), штат Юта.
Авторы выражают свою признательность также Блэйну Хитеру (Blaine Heeter) (участие в видеосъемках в роли техника) и Билу Кирби (озвучивание дикторского текста) за их участие в создании учебного компакт-диска, а также преподавателям и студентам муниципального колледжа Синклэйр (Sinclair Community College), Дейтон (Dayton), штат Огайо, и государственного колледжа Юта-Вэй л и (Utah Valley State College), Орем (Orem), штат Юта, за мысли и предложения, которыми они делились с авторами. И самую глубокую благодарность авторы хотели бы выразить Мишель Холдерман (Michelle Halderman) за ее участие во всех этапах подготовки рукописи.
Джеймс Д. Холдерман (James D. Halderman) Чейз Д. Митчелл, младший (Chase D. Mitchell, Jr.)
16 Предисловие
ОТ ИЗДАТЕЛЬСТВА
Вы, читатель этой книги, и есть главный ее критик и комментатор. Мы ценим ваше мнение и хотим знать, что было сделано нами правильно, что можно было бы сделать лучше и что еще вы хотели бы увидеть изданным нами. Нам интересно услышать и любые другие замечания, которые вам хотелось бы высказать в наш адрес.
Мы ждем ваших комментариев и надеемся на них. Вы можете прислать нам обычное или электронное письмо либо просто посетить наш Web-сервер и оставить свои замечания там. Одним словом, любым удобным для вас способом дайте нам знать, нравится
или нет вам эта книга, а также выскажите свое мнение о том, как сделать наши книги более интересными для вас.
Посылая письмо или сообщение, не забудьте указать название книги и ее авторов, а также ваш обратный адрес. Мы внимательно ознакомимся с вашим мнением и обязательно учтем его при отборе и подготовке к изданию последующих книг. Наши координаты:
E-mail: info@williamspublishing.com
WWW: http://www.williamspublishing.com
Информация для писем
из России: 115419, Москва, а/я 783
из Украины: 03150, Киев, а/я 152
ГЛАВА
Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ
Цель главы 1 — научить читателя:
1. Разбираться в классификации резьбового крепежа по прочности.
2. Различать, какие из веществ являются опасными.
3. Знать правила безопасного подъема автомобиля.
4. Знать правила безопасного обращения
с инструментом.
РЕЗЬБОВОЙ КРЕПЕЖ
В автомобилях для крепления отдельных узлов и деталей в качестве крепежных элементов используются винты, болты, шпильки и гайки. Винтами называются резьбовые крепежные изделия с головкой, предназначенной для закручивания с помощью отверток. Болтами называются резьбовые крепежные изделия с головкой шестигранной или специальной формы,
предназначенной для закручивания при помощи гаечных ключей. Шпилька представляет собой стержень с резьбой, нарезанной с двух сторон. Часто с одной
Рис. 1.1. Слева показан типичный болт, справа — шпилька. Обратите внимание на то, что на верхнем и нижнем концах шпильки резьба имеет разный шаг
стороны шпилька имеет крупную, а с другой сторо-
ны — мелкую резьбу. В корпусную деталь шпилька вкручивается крупной резьбой, а с противоположной
стороны на нее накручивается гайка, с помощью которой стягиваются скрепляемые детали (рис. 1.1).
Резьба винта должна совпадать с резьбой, выполненной в корпусной детали или гайке. Диаметр резьбы может измеряться в долях дюйма (в этом случае резьба называется дюймовой) или в метрических едини-
цах. Диаметр резьбы измеряется по вершинам резьбы на_едини]цу длины (называемого шагом резьбы). Шаг
на наружном диаметре болта или шпильки.’ * - • • - резьбы измеряется с помощью резьбомера (также
{ tk-C* L J .7 i - X * ’ * А.
) *' - ' -•
! в п
Дюймовая резьба бывает крупной и мелкой. Крупная резьба называется UNC-резьбой (Unified
National Coarse — унифицированная классификация крупной резьбы, принятая в США), а мелкая резьба — UNF-резьбой (Unified National Fine — унифицированная классификация мелкой резьбы, принятая в США). Для обозначения резьбы используется стандартная комбинация диаметра резьбы и числа витков резьбы
18 Глава 1
называемого резьбовым калибром), как показано на рис. 1.2. Болты классифицируются по диаметру и длине, измеряемой от конца болта до нижней стороны его головки, как показано на рис. 1.3.
Размер дюймовой резьбы определяется наружным диаметром резьбы в долях дюйма и числом витков резьбы на дюйм длины. Типичными размерами UNC-резьбы являются 5/16-18 и 1/2-13. Аналогичные UNF-резьбы имеют размеры 5/16-4 и 1/2-20.
Рис. 1.2. Резьбомер служит для измерения шага резьбы. Этот болт имеет резьбу диаметром 1/2 дюйма с шагом 13 витков на дюйм (1/2-13)
Рис. 1.3. Размер болта определяется его длиной и диаметром резьбы
-----Т --------—'Т’Т-------------—---- ?-,Я
Пользуйтесь винтергриновым маслом
Синтетическое винтергриновое масло, которое можно '
купить в любой аптеке, обладает великолепной проникающей способностью. Поэтому, если не удается выкрутить заржавевший болт или найти пропиточное масло, шагайте прямиком в аптеку (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Для ослабления заржавевших резьбовых соединений используется синтетическое винтергриновое масло
БОЛТЫ С МЕТРИЧЕСКОЙ РЕЗЬБОЙ
Размер метрической резьбы болта указывается буквой М, и следующим за ней числом, означающим диаметр болта в миллиметрах (мм), измеренный по наружному диаметру (вершинам) резьбы. Пример обозначения метрической резьбы со стандартным шагом М8, Ml2. Размер метрической резьбы с мелким шагом указывается диаметром резьбы, за которым следует символ х и число, означающее расстояние между соседними витками резьбы, в миллиметрах (например, М8х1,5).
КЛАСС ПРОЧНОСТИ БОЛТА
Болты изготавливаются из различных сортов стали и поэтому отличаются по прочности. Классификация болтов по прочности называется классом прочности. На головку болта наносится маркировка, указывающая его класс прочности. На головку болтов с дюймовой резьбой наносятся риски, как показано на рис. 1.5 и рис. 1.6. Фактический класс прочности болта равняется числу рисок плюс два. Класс прочности болтов с метрической резьбой указывается десятичным числом, нанесенным на головку болта. Чем больше рисок
1 5 7 8 Маркировка класса прочности болтов с дюймовой резьбой
4.6 8.8 9.8 10 9 ' Маркировка класса прочности болтов с метрической резьбой
60 000 120 000 130 000 150 000 Предельная удельная прочность на разрыв (в фунтах на квадратный дюйм)
Рис. 1.5. Стандартная маркировка класса прочности болтов
ВНИМАНИЕ
Никогда не используйте обычный хозяйственный крепеж (несортовой) в системах рулевого управления, подвеске или тормозной системе автомобиля. Используемый при техническом обслуживании автомобиля крепеж должен точно соответствовать по размеру и классу прочности крепежу, указанному и использованному производителем автомобиля.
Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ 19
Рис. 1.6. На станции техобслуживания всегда должен быть в наличии ассортимент высококачественных болтов и гаек, который может понадобиться для замены поврежденного крепежа в процессе технического обслуживания автомобиля
или чем больше число, указанное на головке болта, тем выше его прочность. Иногда аналогичная маркировка, указывающая класс прочности, наносится на гайки и мелкий крепеж.
ГАЙКИ
У гаек размер шестигранного корпуса, как правило, совпадает с размером головки болта. У дешевых гаек размер шестигранного корпуса иногда превышает размер головки болта. Гайки с метрической резьбой часто маркируются лунками, нанесенными на их поверхность, которые указывают класс прочности. Чем больше лунок, тем выше класс прочности гайки. Для предотвращения самопроизвольного раскручивания соединения используется посадка с натягом. Для этого слегка деформируется форма гайки либо часть витков резьбы. Для предотвращения самопроизвольного ослабления гаек используется также нейлоновая кольцевая прокладка, фиксируемая в корпусе гайки, или нейлоновая прокладка или лента, закладываемая в резьбовое соединение.
ОБМЕН ОПЫТОМ Я
------Z—-----------7-----------------------1
I Полудюймовый гаечный ключ не подходит к головке полудюймового болта
! Распространенной ошибкой новичков, осваивающих азы j ремонта автомобиля, является представление о том, что размер болта или гайки — это размер его головки. Размер болта или гайки (наружный диаметр резьбы), как правило, меньше посадочного размера, указанного на рожковом ключе или головке торцового ключа. Ниже приведена таблица соответствия номера ключа размеру резьбы.
Номер ключа
7/16 дюйма
1/2 дюйма
9/16 дюйма
5/8 дюйма
3/4 дюйма
10 мм
12 мм или 13 мм*
Размер резьбы
1/4 дюйма
5/16 дюйма
3/8 дюйма
7/16 дюйма
1/2 дюйма
6 мм
8 мм
10 мм
14 мм или 17 мм*
* Метрическая система (Международная система единиц — СИ).
Рис. 1.7. Различные типы контрящихся гаек: слева — гайка с нейлоновой кольцевой прокладкой, по центру — гайка преднамеренно деформированной формы, справа — корончатая гайка под шплинт
ПРИМЕЧАНИЕ
Для стопорных гаек используется общее название — контрящаяся гайка. Оно означает, что сила прижима или момент затяжки гайки сохраняется в процессе эксплуатации и не ослабляется во время движения от вибраций. Контрящиеся гайки, если они были откручены, необходимо заменять новыми, во избежание ослабления их затяжки в процессе эксплуатации. Строго соблюдайте технические требования производителя автомобиля. В тех случаях, когда необходимо одновременно законтрить гайку или болт и защитить резьбовое соединение от коррозии, используйте анаэробные герметики, например Locktite, наносимые на резьбу.
20 Глава 1
ЧАВ
Г---------------—,------------7-----,—.--------.
Почему "Филипс" стало общепринятым названием одного из видов отверток?
В1936 году изобретатель Генри Филипс (Henry М. Phillips) запатентовал винт с головкой типа "Филипс". Крестообразный шлиц на головке этого винта не доходит до ее края, поэтому жало отвертки всегда фиксируется по центру головки винта.
ШАЙБЫ
Под головку болта и под гайку часто подкладываются кольцевые прокладки (шайбы). Простые плоские шайбы используются для равномерного распределения силы прижима по периметру крепежной детали. Контровочные шайбы ставятся для предотвращения самопроизвольного ослабления затяжки резьбового соединения. Для облегчения сборки шайба может фиксироваться в корпусе гайки.
Рис. 1.8. Защитные очки — самая необходимая принадлежность любого набора инструментов
Рис. 1.9. Комбинированный гаечный ключ. Обе головки ключа рассчитаны на один и тот же размер головки болта. Обратите внимание на то, что рожковая головка повернута под углом к рукоятке ключа, чтобы было удобней работать в тесных местах
Рис. 1.10. Три рожковых ключа разного качества. Самый дешевый (слева) сделан из непрочной стали, он толще и грубее стандартного ключа (в центре). Справа показан ключ профессионального качества (и соответствующей цены)
ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ
Для закручивания крепежных деталей (болтов, гаек и винтов) используется ручной инструмент. Ниже приводится список ручного инструмента, без которого не может обойтись ни один автомеханик. Специализированный инструмент в этот перечень не включен (рис. 1.8-1.37).
Рис. 1.11. Накидной гаечный ключ с разрезной головкой, имеющей шестигранный зев. Известен также под названиями "водопроводный ключ","слесарный ключ"или"трубный ключ". Зев этого ключа охватывает большинство граней шестигранного профиля трубопроводной арматуры и позволяет максимально плотно захватить деталь, не повреждая ее
Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ 21
Инструментальный ящик Защитные очки
Набор торцовых головок с 1/4-дюймовым присоединительным квадратом
Вороток с 1/4-дюймовым присоединительным квадратом, оснащенный храповым механизмом Двухдюймовый удлинитель к торцовым головкам с 1/4-дюймовым присоединительным квадратом Шестидюймовый удлинитель к торцовым головкам с 1/4-дюймовым присоединительным квадратом Вороток с 1/4-дюймовым присоединительным квадратом Набор торцовых головок с 3/8-дюймовым присоединительным квадратом
Набор головок Тогх с 3/8-дюймовым присоединительным квадратом
Торцовая головка под 13/16-дюймовую пробку, с 3/8-дюймовым присоединительным квадратом Торцовая головка под 5/8-дюймовую пробку, с 3/8-дюймовым присоединительным квадратом Вороток с 3/8-дюймовым присоединительным квадратом, оснащенный храповым механизмом Полуторадюймовый удлинитель к торцовым головкам с 3/8-дюймовым присоединительным квадратом Трехдюймовый удлинитель к торцовым головкам с 3/8-дюймовым присоединительным квадратом Шестидюймовый удлинитель к торцовым головкам с 3/8-дюймовым присоединительным квадратом Восемнадцатидюймовый удлинитель к торцовым головкам с 3/8-дюймовым присоединительным квадратом
Универсальное шарнирное звено к торцовым головкам с 3/8-дюймовым присоединительным квадратом
Набор торцовых головок с 1/2-дюймовым присоединительным квадратом
Вороток с 1/2-дюймовым присоединительным квадратом, оснащенный храповым механизмом “Ломающийся” вороток большой длины с 1/2-дюймовым присоединительным квадратом Пятидюймовый удлинитель к торцовым головкам с 1/2-дюймовым присоединительным квадратом Десятидюймовый удлинитель к торцовым головкам с 1/2-дюймовым присоединительным квадратом Переходник с 3/8-дюймового на 1/4-дюймовый присоединительный квадрат
Переходник с 1/2-дюймового на 3/8-дюймовый присоединительный квадрат
Переходник с 3/8-дюймового на 1/2-дюймовый присоединительный квадрат
Набор комбинированных гаечных ключей с посадочным размером от 3/8 дюйма до 1 дюйма Набор комбинированных гаечных ключей с посадочным размером от 10 мм до 19 мм Набор гаечных ключей под крепеж с внутренним шестигранником, с посадочным размером от 1/16 дюйма до 1/4 дюйма
Набор гаечных ключей под крепеж с внутренним шестигранником, с посадочным размером от 2 мм до 12 мм
Торцовая головка под крепеж с внутренним шестигранником, с посадочным размером 3/8-дюйма
Накидной гаечный ключ 13 мм / 14 мм (с разрезной головкой, имеющей шестигранный зев)
Накидной гаечный ключ 15 мм / 17 мм (с разрезной
головкой, имеющей шестигранный зев)
Накидной гаечный ключ дюйма / дюйма
(с разрезной головкой, имеющей шестигранный зев)
Накидной гаечный ключ дюйма / дюйма (с разрезной головкой, имеющей шестигранный зев)
Накидной гаечный ключ дюйма /%6 дюйма (с разрезной головкой, имеющей шестигранный зев)
Кусачки-бокорезы
Острогубцы
Разводной ключ (шведский)
Клещи-зажимы (с фиксацией)
Расширитель для монтажа/демонтажа стопорных колец
Клещи электрика зачистные или обжимные
Молоток с шаровым бойком
Молоток с резиновой головкой
Безотбойный молоток (с неупругим ударом)
Комплект из пяти отверток с плоским жалом Комплект их четырех отверток с крестообразным жалом Филипс
Отвертка Тогх №15
Отвертка Тогх №20
Набор рожковых вилок типа “гусиная лапка” (дюймовый)
Набор рожковых вилок типа “гусиная лапка” (метрический)
Шило
Личной напильник
Кернер
Выколотки (разных размеров)
Зубило
Складной нож с несколькими лезвиями Инструмент для обслуживания золотников Тестер для проверки систем охлаждения
Ключ для демонтажа фильтров (больших размеров) Ключ для демонтажа фильтров (меньших размеров) Электрический тестер
Калиберный щуп для измерения зазоров
Шабер
Монтировка
Нож с выдвижным лезвием
Магнитный щуп
Динамометрический ключ
Микрометр на диапазон 0-1 дюйм
Микрометр на диапазон 1-2 дюйма
22 Глава 1
Рис. 1.12. Накидной гаечный ключ с кольцевой головкой. Рекомендуется для ослабления и затягивания болтов и гаек в тех случаях, когда не удается использовать торцовый ключ. Головки с обеих сторон ключа имеют разный номер. Такой ключ предпочтительнее рожкового ключа, потому что охватывает головку болта по периметру, а не только с двух сторон, как рожковый ключ
Рис. 1.13. Рожковый гаечный ключ является инструментом общего назначения. Головки с обеих сторон ключа имеют разный посадочный размер (номер). Рожковый ключ не следует использовать для затяжки "до упора" или ослабления сильно затянутого резьбового соединения из-за опасности его срыва с головки болта или гайки
Рис. 1.14. Отвертки с плоским жалом (слева) различаются по длине и по толщине жала. Жало по толщине должно соответствовать ширине шлица на головке винта. Отвертки под головку типа "Филипс" (справа) различаются по длине и размеру "пятачка" на кончике жала. Самый маленький "пятачок"у отвертки Филипс №1, у отвертки Филипс №2 (она показана на фотографии) — самой распространенной — он побольше. Самый тупой кончик у отвертки Филипс №3, предназначенной для работы с самыми крупными винтами
Рис. 1.15. Разнообразные клещи.
Комбинированные плоскогубцы (крайние слева) часто путают с водопроводными обжимными клещами (вторые слева)
Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ 23
Рис. 1.16. Молотки с шаровым бойком (вверху), имеющиеся в продаже, различаются по весу головки (обычно указывается в унциях). Внизу показан молоток с мягким (пластиковым) бойком. Головка молотка всегда должна быть мягче (обладать более высокой пластичностью), чем обрабатываемый материал. Во избежание повреждения при обработке чугунных или стальных деталей двигателя прокладывайте между ними и молотком со стальной головкой брусок из дерева или аналогичного материала
Рис. 1.19. Торцовые головки — двенадцатигранная, шестигранная и восьмигранная. Лучше использовать шестигранные головки, поскольку они охватывают все шесть граней головки стандартного болта или гайки, позволяя прилагать большее усилие без срыва граней головки
Рис. 1.17. Различные виды воротков торцовых ключей
Шестигранная
Двенадцатигранная
Рис. 1.20. Шестигранная торцовая головка прилегает ко всем граням головки болта или гайки. Двенадцатигранная головка при приложении чрезмерного усилия может "сорвать" грани головки болта или гайки
Рис. 1.18. Различные варианты удлинителей (надставок) торцовых головок. Универсальная шарнирная надставка, показанная в центре (внизу), удобна для работы в труднодоступных местах
24 Глава 1
Рис. 1.21. Торцовые головки: стандартная двенадцатигранная короткая (слева), шарнирная (в центре) и удлиненная (справа). Последние две — шестигранные
Рис. 1.24. Стетоскоп — с его помощью механик "прослушивает" двигатель, отыскивая место, из которого идет подозрительный шум
Рис. 1.25. Типичный заточный станок. Обратите внимание на установленный на нем защитный экран. Но, хотя экран и обеспечивает определенную защиту для глаз, работая на таком или любом другом станке обязательно защищайте глаза защитными очками
Рис. 1.22. Стандартные напильники. Никогда не пользуйтесь напильником без ручки
Рис. 1.23. Механический цанговый захват (вверху) и телескопический щуп с магнитом на конце (внизу) — это незаменимые инструменты, если необходимо достать мелкую деталь, упавшую в такое место, куда пальцами не добраться
Рис. 1.26. Ножовочная пила. Зубцы ножовочного полотна должны быть ориентированы в направлении от ручки пилы. Чем тоньше распиливаемый материал, тем мельче должны быть зубцы ножовочного полотна
Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ 25
Рис. 1.27. Сверло (вверху) со спиральными канавками (желобками) и развертка (внизу) с прямыми режущими кромками
Рис. 1.28. Режущая кромка сверла
б)
Рис. 1.30. Боек этого зубила расклепан, а это опасно (а). При ударе молотком по такому зубилу от него могут отколоться острые осколки металла и поранить вас. Обнаружив инструмент с расклепанным бойком, сточите расклепанную часть, как показано на этой фотографии. Это позволит избежать опасности травмирования (6)
Рис. 1.29. Разнообразные пробойники (слева) и зубило (справа)
Рис. 1.31. Нарезка резьбы с использованием ручной плашки
26 Глава 1
ОБМ
-----------------------;---г---------—--------, Не пользуйтесь таким инструментом
Молодой механик, поступивший на работу в мастерскую, придя на работу в первый день, выставил свой ящик с инс-г трументами на верстак. Другой механик увидев, что в нем, наряду с полным набором качественных инструментов, лежит несколько разводных ключей, сказал: "Убери это подальше от глаз начальства" Подвижные губки разводного ключа часто проскальзывают по поверхности головки болта или гайки, скругляя острые грани, и раскрутить такую поврежденную крепежную деталь становится намного сложнее.
Рис. 1.32. Метчики — черновой и чистовой. Чистовые метчики обычно используются для очистки или обновления существующей резьбы в деталях
ОБМ
ом
I
!ам пришлось несколько раз брать какой-то 5 инструмент взаймы? Значит, его нужно купить! Большинство автомехаников не откажут своему молодому коллеге в просьбе одолжить иногда тот или иной инструмент. Но если какой-то инструмент понадобился вам уже несколько раз, — как можно скорее купите его. Кроме того, возвращая инструмент, взятый взаймы, проверьте, чтобы он был чистым, и возвратите его в руки тому, у кого вы его брали. Тем самым вы укрепите доверие своих коллег.
Рис. 1.34. Установка метчика в просверленное отверстие. Для получения необходимого зазора в резьбе диаметр отверстия должен точно соответствовать размеру метчика. Сверло соответствующего диаметра называется сверлом под резьбу1
Рис. 1.33. Плашки используются для нарезания наружной резьбы на цилиндрических стержнях, а метчики — для нарезания внутренней резьбы в отверстиях
’ Диаметр сверла под резьбу равен наружному диаметру метрической резьбы минус размер шага резьбы. Например, для резьбы Мб (шаг резьбы 1 мм) диаметр отверстия под резьбу составляет 5 мм. — Примеч. ред.
Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ 27
Рис. 1.35. Для упорядоченного хранения мелких деталей удобен недорогой ячеистый поднос
а)
Рис. 1.36. Для работы очень необходим хороший переносной люминесцентный светильник. Люминесцентная лампа нагревается не так сильно, как лампа накаливания, и не вызовет возгорания при случайном попадании на нее брызг бензина, в отличие от незащищенных ламп накаливания, используемых в некоторых аварийных фонарях
б)
Рис. 1.37. Для начала достаточно иметь набор лишь самых необходимых инструментов (а). Опытные, высококвалифицированные автомеханики тратят ежегодно тысячи долларов на покупку инструмента, как, например, того, что собран в этом большом (и дорогостоящем) инструментальном ящике (6)
-------------------- ----------------:-------------1
Прием с использованием шлифовальной пасты
Нанесите на головку болта или винта немного шлифовальной пасты, используемой для притирки клапанов. Она "прихватит" жало отвертки или другой инструмент, не позволяя ему "сорваться" с крепежа. Такую пасту в тюбиках можно купить в любом магазине автозапчастей.
28 Глава 1
ОБМЕН ОПЫТОМ П
Г;
На это уйдет совсем немного времени
При демонтаже автомобильного узла лучше всего сразу же вкручивать обратно выкрученные болты, вручную "наживляя" их в те места, откуда они были выкручены. Этим гарантируется, что при установке узла обратно в автомобиль все элементы крепежа окажутся на своих местах. В автомобиле часто используется крепеж одинакового диаметра, но разной длины. Потратив несколько секунд на то, чтобы наживить гайки и болты на их "родные места" при демонтаже узла, вы сэкономите уйму времени при установке его обратно. Следуя этому правилу, вы, помимо гарантии того, что в нужных местах стоит надлежащий крепеж, обеспечите его сохранность, — гайки и болты не рассыплются и не потеряются. Сколько времени вы уже потратили впустую, разыскивая запропастившийся неизвестно куда болт или гайку?
НАЗВАНИЯ ИНСТРУМЕНТА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ОБИХОДЕ
Техники для обозначения того или иного инструмента часто пользуются не техническими терминами, а обиходным или жаргонным названием. В результате новички иногда попадают в неловкую ситуацию. Ниже, в таблице приведены технические названия ряда инструментов, а также их обиходные и жаргонные названия.
Обиходное название Технический термин Жаргонное название
Ключ с серповидной Разводной ключ Попугай
головкой Клещи с фиксацией Клещи-зажимы Зажим
Клещи с переставным Водопроводные Шведки
шарниром клещи или клещи с переставными губками Кусачки с косыми губками Острогубцы или бокорезы
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С РУЧНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ
При работе с ручным инструментом строго соблюдайте следующие правила техники безопасности:
• Всегда поворачивайте гаечный ключ по направлению только к себе, а не от себя.
• Следите за чистотой ручного инструмента. Этим вы защитите его от ржавления и обеспечите более надежное, плотное сцепление с деталью.
• Для ослабления сильно затянутого болта или гайки используйте только торцовый гаечный ключ с шестигранной головкой либо накидной ключ с кольцевой головкой.
• Никогда не пользуйтесь отрезком трубы или каким-либо иным подсобным средством для увеличения момента вращения гаечного ключа. Если требуется увеличить усилие, используйте более мощный инструмент или пропиточное масло и/или нагрев при раскручивании заржавевшего резьбового соединения. (Если болт или гайку нагревали чтобы открутить, обязательно заменяйте их новыми).
• Всегда используйте только тот инструмент, который предназначен для выполнения операции. Если необходим специальный инструмент, то пользуйтесь только им — никогда не пользуйтесь взамен штатного инструмента подсобным, не предназначенным для выполнения операции.
• Не допускайте перегрева инструмента. Высокая температура вызывает снижение прочности (“отпуск”) металлического инструмента.
• Никогда не бейте молотком по гаечному ключу или ручке торцового инструмента. Это можно делать только в случае, если вы используете специальный гаечный ключ с бойком, предназначенный для работы с молотком.
• Не пользуйтесь неисправным или изношенным инструментом.
ПРАВИЛАТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ МЕХАНИКОВ
Безопасность — это не пустое слово на плакате в цехе. Соблюдение требований техники безопасности снижает риск несчастных случаев и травмирования, облегчает выполнение операций и делает работу менее утомительной.
• Выполняйте любую работу всегда в защитных очках.
• Берегите ноги — на работе носите защитную обувь со стальными накладками на носках, защищающими пальцы ног. При отсутствии защитной обуви носите кожаные ботинки, они лучше защищают ноги, чем брезентовые или полотняные.
• Надевайте перчатки для защиты рук от травм (рис. 1.38). При работе с автомобильными жидкостями — моторным маслом, антифризом, трансмиссионным маслом и любыми опасными жидкостями рекомендуется защищать руки тонкими резиновыми перчатками. Прочитайте заметку “Резиновые перчатки защитят ваши руки” в рубрике “ОБМЕН ОПЫТОМ”.
Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ 29
Рис. 1.38. Защитные перчатки, например эти виниловые перчатки, выпускаются самых разных размеров. Выбирайте перчатки такого размера, чтобы они удобно облегали руку. Виниловые перчатки служат долго и на протяжении всего рабочего дня защищают ваши руки от грязи и потенциально опасных веществ
• Работая под автомобилем, надевайте защитный шлем для защиты от ударов головой об узлы, находящиеся под днищем автомобиля, и опоры подъемника. Снимайте с себя перед работой металлические украшения, которые могут зацепиться за что-нибудь или коснуться оголенных проводников, находящихся под напряжением.
• Следите за тем, чтобы ваша рабочая одежда была застегнута и на ней ничего не болталось.
• Поднимая груз, надежно обхватите его, чтобы он не выскользнул из рук, и найдите прочную опору для ног. Чтобы снять нагрузку с позвоночника, прижмите груз к телу. Поднимайте груз не с помощью спины, а с помощью ног и рук.
• Перенося груз, поворачивайте не корпус, а все тело, чтобы избежать нагрузки на позвоночник.
Рис. 1.39. Перед запуском двигателя в помещении мастерской всегда подсоединяйте шланг вытяжки к выхлопной трубе автомобиля
Рис. 1.40. Типовой несгораемый шкаф для хранения легковоспламеняющихся веществ
• Не перемещайте и не поднимайте тяжелый груз в одиночку, делайте это с помощью других работников.
30 Глава 1
• Не тяните тяжелый груз, а толкайте его (т.е. поступайте наоборот, чем при работе с гаечным ключом, — никогда не вращайте гаечный ключ от себя! Если, откручивая болт или гайку, вращать гаечный ключ от себя, то вес всего тела переносится на руки, и при срыве гаечного ключа это закончится травмой).
• Перед запуском двигателя всегда подсоединяйте шланг вытяжки к выхлопной трубе автомобиля, чтобы не отравлять воздух в помещении мастерской угарным газом.
• При выполнении работы стоя, располагайте обрабатываемый узел, детали и инструмент на уровне от пояса до груди. Если узел находится низко — на уровне коленей, выполняйте операции сидя.
• Легковоспламеняющиеся жидкости должны храниться в специальном несгораемом шкафу.
• Всегда принимайте дополнительные меры фиксации открытого капота (рис. 1.41).
ОБМЕН ОПЫТОМ . . S
а)
-------------------—----------------------------
Резиновые перчатки защитят ваши руки
Многие автомеханики носят защитные резиновые перчатки не просто ради того, чтобы не вымазать руки, но для того, чтобы защитить руки от попадания на них грязного масла и других опасных веществ. Выпускаются разные виды защитных перчаток, отличающихся защитными свойствами, в том числе:
• Латексные хирургические перчатки — относительно недорогие, но непрочные перчатки. Они легко растягиваются, рвутся и нестойки к действию бензина, масел и растворителей.
• Виниловые перчатки — тоже относительно недорогие, но при этом стойкие к действию бензина, масел и растворителей.
• Полиуретановые перчатки — такие перчатки
стоят дороже, но отличаются чрезвычайно высокой прочностью. Они устойчивы к действию бензина, масел и растворителей, но их недостаток — скользкая поверхность.
• Нитриловые перчатки — по характеристикам абсолютно идентичны латексным перчаткам, но стойки к действию бензина, масел и растворителей. Они стоят дорого.
б)
Рис. 1.41. Грубый, но действенный способ фиксации открытого капота — хромированная стойка распорки капота зажата с помощью клещей с фиксацией. Такой способ допустим только в случае, если распорка дефектна, так как губки клещей могут повредить стойку распорки (а). Специальный зажим для фиксации распорки капота. На зажиме имеется яркий оранжевый ярлык, чтобы механик не забыл снять его, перед тем как закрывать капот. Если не сделать этого, то при попытке закрыть капот силой, он может деформироваться (6)
Многие автомеханики предпочитают пользоваться виниловыми перчатками, но при этом под них надевают еще и нейлоновые перчатки. Нейлоновые перчатки по внешнему виду похожи на трикотажные хлопковые перчатки — и их поддевают, чтобы руки в воздухонепроницаемых перчатках не потели (полимерные перчатки в жаркий день быстро становятся мокрыми от пота). Нейлоновые перчатки обеспечивают дополнительную защиту рук и их можно стирать.
Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ 31
Рис. 1.42. Для дополнительной поддержки поднятого автомобиля может использоваться высокая предохранительная винтовая подпорка (а). Для предохранения узлов кузова от повреждений между ними и опорной площадкой подпорки следует проложить деревянный брусок (6)
ПРАВИЛАТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПОДЪЕМЕ АВТОМОБИЛЯ
Для выполнения многих процедур при обслуживании ходовой части и нижней части кузова автомобиля требуется поднять автомобиль над землей. Проще всего сделать это, загнав автомобиль на эстакаду, или подняв его с помощью подъемника и зафиксировав в таком положении с помощью предохранительных винтовых подпорок. Стационарные подъемники обеспечивают лучший доступ.
Важнейшей частью операции подъема является подведение опорных площадок подъемника. Во всех руководствах по техническому обслуживанию легковых автомобилей и грузовых автомобилей малой грузоподъемности указываются точки на кузове автомобиля, под которые должны подводиться опорные площадки подъемника. В последнее время на водительскую дверцу наносится картинка, на которой треугольниками отмечены рекомендуемые места размещения опорных площадок подъемника. Рекомендуемые стандартные точки размещения опорных площадок подъемника под кузовом автомобиля и процедуры подъема приведены в стандарте JRP-1284 Американского общества автомобильных инженеров (SAE —Society of Automotive Engineers). Эти рекомендации, как правило, включают в себя следующие правила.
1. Автомобиль должен быть размещен на подъемнике таким образом, чтобы нагрузка равномерно распределялась на все опорные площадки и ни одна из сторон не перевешивала (рис. 1.42).
2. Опорные площадки подъемника следует расставлять как можно шире для создания устойчивой платформы.
3. Опорные площадки следует размещать под теми участками кузова автомобиля, которые обладают достаточной прочностью для того, чтобы выдержать вес автомобиля.
а. Швы точечной сварки на днище кузова обычно считаются прочными участками кузова.
ВНИМАНИЕ
Хотя сварные швы рекомендуются в качестве мест размещения опор подъемника для многих автомобилей безрамной конструкции (с несущим кузовом), необходимо следить за тем, чтобы опоры подъемника не были вынесены слишком далеко вперед или назад. При неправильном размещении автомобиля на подъемнике его равновесие может оказаться неустойчивым, в результате чего автомобиль может упасть с подъемника. Именно такой случай показан на фотографии (рис. 1.43).
32 Глава 1
Рис. 1.43. Этот автомобиль упал с подъемника, потому что был неправильно размещен на его опорных площадках. При этом никто не пострадал, но автомобиль пришел в полную негодность
а)
Рис. 1.44. Для предотвращения самопроизвольного движения рычагов подъемника они должны быть заблокированы с помощью фиксаторов
6. Лучше всего для размещения опорных площадок подходят коробчатые элементы несущего кузова. Необходимо проследить за тем, чтобы лапы подъемника не уперлись в днище автомобиля, прежде чем опорные площадки подъемника коснутся кузова.
Чаще всего при подъеме автомобиля повреждаются:
(1) Молдинг панели порога;
(2) Узлы системы выпуска отработавших газов (в том числе каталитический нейтрализатор);
(3) Шины, особенно в том случае, когда у опорных площадок и рычагов подъемника — острые кромки (рис. 1.44-1.46).
б)
Рис. 1.45. Различные переходники к опорным площадкам подъемника. Часто только с их помощью можно обеспечить безопасный подъем многих моделей пикапов, автофургонов и спортивных автомобилей (а). Вид снизу на пикап Шевроле, демонстрирующий пример использования переходников к опорным площадкам подъемника, подкладываемых для обеспечения контакта опорных площадок с несущим кузовом автомобиля (6)
Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ 33
а)
5. Перед спуском автомобиля необходимо освободить замки безопасности подъемника и перевести органы управления в режим спуска. Спуск стараются сделать как можно более плавным, чтобы обеспечить дополнительную безопасность.
СОВЕТ
Большинство подъемников обеспечивает надежную фиксацию автомобиля на любой необходимой высоте. Работать удобней, когда рабочая зона находится на уровне груди. При обслуживании узлов тормозной системы или подвески автомобиля вовсе необязательно, чтобы автомобиль стоял на полу или висел над головой. Зафиксируйте автомобиль на такой высоте, чтобы эти узлы находились на уровне груди.
6)
Рис. 1.46. Рычаг всего лишь коснулся панели порога (а). Пример того, что может произойти, если засунуть опорную площадку слишком глубоко под днище автомобиля. Рычаг подъемника сделал вмятину в панели порога автомобиля (6)
4. При подъеме автомобиля сначала поднимите его на небольшую высоту (примерно на фут — 30 см), остановите подъем и покачайте автомобиль, чтобы убедиться, что он устойчиво держится на опорных площадках подъемника. Только убедившись в этом, продолжайте подъем автомобиля на необходимую высоту, следя за тем, чтобы его центровка на подъемнике не нарушилась.
ВНИМАНИЕ
Выполняя подъем (или спуск) автомобиля будьте предельно внимательны — следите за ним до тех пор, пока этот процесс не закончится. Нередки случаи, когда одна сторона или конец подъемника останавливается или обрывается, и в результате автомобиль накреняется настолько, что может сползти или упасть с подъемника. При этом повреждения наносятся не только самому автомобилю и подъемнику но могут пострадать люди, оказавшиеся в этот момент в опасной близости от него.
ОБМЕН ОЛЫ
Не навреди
В клятве Гиппократа сказано, что врач прежде всего не должен нанести своим лечением вреда здоровью пациента. Также и автомеханики должны стараться не повредить автомобиль, обслуживая его.
Всегда, прежде чем делать ту или иную операцию, задавайтесь вопросом "А не несет ли это вреда автомобилю?"
ОПАСНЫЕ ВЕЩЕСТВА
В США правила обращения с опасными веществами регулируются Агентством по охране окружающей среды (ЕРА — Environmental Protection Agency). Вещество считается опасным, если соответствует хотя бы одному из перечисленных ниже условий:
• В составе вещества имеются галогеносодержащие соединения в концентрации выше 0,1% (галогеносодержащие соединения — это химические соединения хлора, фтора, брома и йода). Обычно растворители такого типа входят в состав следующих химических средств:
средства для промывки карбюратора;
кремнийорганические вещества, наносимые разбрызгиванием;
аэрозоли;
клеи, адгезивы;
растворитель Стоддарда (уайт-спирит); трихлорометан (хлороформ);
трансмиссионные масла;
средства для промывки тормозной системы;
масла для компрессора автомобильного кондиционера;
средства для очистки днища кузова;
34 Глава 1
любые вещества, в состав которых входят ингредиенты, в названии которых встречаются слова “хлор” или “фтор”
• Точка возгорания вещества находится ниже 140°Ф (60°С).
• Вещество обладает разъедающей способностью (имеет pH ниже 2 или выше 12,5).
• Вещество содержит токсические металлы или токсические органические соединения. Также обязательно ограничивается и контролируется концентрация летучих органических веществ. Эта классификация регламентирует жесткий контроль таких технологий автомобильного производства, как покраска и отделка автомобиля.
Соблюдайте правила безопасного обращения с любыми химикатами и утилизируйте отработанные масла и другие отходы в соответствии с действующими законодательными нормами и правилами.
Для защиты персонала и окружающей среды выполняйте следующие правила:
• При попадании на руки отработанного масла, трансмиссионной жидкости или смазочных веществ необходимо тщательно вымыть руки. Все отработанные жидкости должны храниться и утилизироваться в соответствии с действующими законодательными нормами и правилами (рис. 1.47).
ПРИМЕЧАНИЕ
Действующими нормами, установленными Агентством по охране окружающей среды США, регенерация отработанных масел допускается только при условии, что суммарная концентрация в них галогенов (хлорсодержащих растворителей) не превышает 1 промилле (0,1%). Масло с более высокой концентрацией галогенов считается опасными отходами.
• Установлено, что асбест и асбестосодержащие материалы являются канцерогенными. Хотя в настоящее время тормозные накладки и фрикционные накладки диска сцепления, в большинстве своем, изготавливаются без использования асбеста, асбестовые накладки до сих пор стоят в миллионах автомобилей. В соответствии со стандартной процедурой обращения с асбестосодержащими материалами такие отработанные детали упаковываются в запаянные пластиковые пакеты и отсылаются на переработку или утилизируются в соответствии с установленными законодательными нормами и правилами.
• В рабочей зоне или на участке, где используются растворители или другие опасные вещества, должны быть предусмотрены легкодоступные средства для промывки глаз в случае попадания в них подобных веществ (рис. 1.48).
Рис. 1.47. Любые растворители и другие опасные отходы должны утилизироваться в соответствии с установленными правилами
Рис. 1.48. Специальный пункт для промывки глаз должен быть предусмотрен в центральной части станции техобслуживания или там, где имеется потенциальная опасность попадания опасных веществ в глаза
Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ 35
ОБМЕН ОПЫТОМ
►лее мягким
—
При обработке детали ударным инструментом нужно использовать инструмент с бойком, более мягким, чем обрабатываемая деталь. Ниже, в таблице приведены примеры соответствия материала детали и инструмента.
Обрабатываемый материал
Сталь, чугун
Рекомендуемый инструмент
Алюминий
Пластмасса
Молоток или выколотка с латунной или алюминиевой головкой
Киянка с кожаной или пластмассовой головкой или специальный молоток с неупругим ударом, оснащенный пластиковым бойком
Киянка с кожаным или пластмассовым бойком или специальный (безот-бойный) молоток с неупругим ударом, оснащенный пластиковым бойком
ИНФОРМАЦИЯ О ХАРАКТЕРИСТИКАХ И ПРАВИЛАХ ОБРАЩЕНИЯ С ОПАСНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ И МАТЕРИАЛАМИ
В США компании и школы обязаны распространять подробную информацию обо всех потенциально опасных химических веществах и материалах, с которыми граждане могут столкнуться в повседневной жизни. Такая справочная информация о материалах и веществах, которые могут представлять угрозу здоровью, называется бюллетенем по безопасности материалов и веществ (MSDS — material safety data sheets). В число потенциально опасных веществ, включенных в бюллетень, который вы видите на информационном стенде, показанном на рис. 1.49, входят и растворители, которые используются в мойке (рис. 1.50) для очистки деталей.
Рис. 1.49. Информационный стенд с материалами о характеристиках и правилах обращения с опасными материалами должен быть размещен на видном месте, чтобы эта информация была доступна всем
Рис. 1.50. Специальная мойка для очистки деталей
36 Глава 1
ФОТОРЯД Подъем автомобиля
Ил. 1.1. Первая операция при подъеме автомобиля — автомобиль нужно правильно выставить в центре площадки
подъемника
Ил. 1.2. На площадке подъемника в определенном месте закреплена специальная колесная площадка. Большинству автомобилей, чтобы занять правильную позицию на площадке подъемника, достаточно при заезде попасть левым передним колесом в центр этой площадки
Ил. 1.3. Опорные площадки, расположенные на концах лап подъемника, можно поворачивать, подстраивая под конструкцию конкретной модели автомобиля
Ил. 1.4. Телескопическая конструкция лап подъемника позволяет удлинять или укорачивать их, подстраивая под конструкцию конкретной модели автомобиля
Ил. 1.5. Во многих подъемниках используются опорные площадки шарнирной конструкции, состоящие из двух секций. Повернув короткую секцию, можно поднять зону контакта опорной площадки с кузовом автомобиля над лапой подъемника, что часто бывает необходимым для предотвращения контакта кузова с лапами подъемника, приводящего к его повреждению
Ил. 1.6. Повернув длинную секцию опорной площадки, можно еще выше поднять зону контакта опорной площадки с кузовом автомобиля. Такое положение опорной площадки требуется для безопасного подъема многих пикапов, автофургонов и спортивных автомобилей
Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ 37
Подъем автомобиля -J-, '. < продолжение
Ил. 1.7. При подъеме грузовика или фургона, оснащенного подножками, могут потребоваться дополнительные, еще более высокие опорные площадки на лапах подъемника
Ил. 1.8. Опорные площадки выставляются под участками передней части кузова в соответствии с указаниями, приведенными в инструкции по эксплуатации и/или инструкции по техническому обслуживанию конкретной модели автомобиля
Ил. 1.9. Опорные площадки выставляются под участками задней части кузова в соответствии с указаниями, приведенными в документации
Ил. 1.10. На этой фотографии видно, что лапы подъемника выставлены асимметрично — под передней частью автомобиля лапы короче, чем под задней. Такой вариант наилучшим образом подходит для легковых автомобилей — он позволяет водителю легко выйти из автомобиля, поскольку в этом случае опорные колонны подъемника не мешают широко открыть дверцу водителя
Ил. 1.11. Убедившись, что все опорные площадки выставлены надлежащим образом, включают электромеханический привод подъемника и начинают подъем автомобиля
Ил. 1.12. Подняв автомобиль на небольшую (примерно фут — 30 см) высоту, подъемник останавливают, чтобы еще раз проверить, что все опорные площадки контактируют с кузовом или рамой автомобиля в надлежащих местах
38 Глава 1
Подъем автомобиля продолжение
Ил. 1.13. Покачав автомобиль, поднятый на небольшую высоту, проверяют устойчивость его положения на опорных площадках подъемника. Если автомобиль раскачивается, его опускают на землю и повторно выставляют опорные площадки. Если автомобиль устойчиво держится на опорных площадках, его поднимают на необходимую высоту. Обязательно следите за соблюдением правил техники безопасности при подъеме автомобиля и выполнении работ под ним
Ил. 1.14. Как видно на этой фотографии, опорная площадка выставлена таким образом, что контактирует по всей длине с кромкой сварного шва. В этом случае нагрузка распределяется по всей длине опорной площадки, что снижает вероятность деформирования или повреждения сварной кромки кузова
Ил. 1.15. При необходимости увеличить просвет между рычагами подъемника и кузовом можно поднять опорные площадки и выставить их под сварными кромками так, как показано на этой фотографии
Ил. 1.16. После завершения технического обслуживания необходимо немного поднять автомобиль с помощью электромеханического привода подъемника и разблокировать подъемник. Только после этого автомобиль с помощью гидравлического механизма, управляемого специальным рычагом, плавно опускают на землю
Ил. 1.17. Опустив автомобиль на землю, убирают все лапы подъемника и проверяют, чтобы ничто не помешало вывести автомобиль с площадки подъемника
Ил. 1.18. Осторожно выводят автомобиль с площадки подъемника. Обратите внимание на то, что все лапы полностью убраны из-под кузова, чтобы избежать наезда на них колес автомобиля во время его выезда с площадки подъемника
Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ 39
ФОТОРЯД Ремонт резьбового отверстия
Ил. 2.1. Для ремонта сорванной резьбы необходим ремонтный набор, например, такой, как показанный на этой фотографии
Ил. 2.2. Сначала резьбовое отверстие рассверливается сверлом диаметром, указанным в инструкции к набору по ремонту резьбовых отверстий. (В самом ремонтном наборе соответствующее сверло может быть не предусмотрено.)
Ил. 2.3. Следующая операция — в рассверленном отверстии нарезается резьба с помощью метчика, указанного в инструкции к набору по ремонту резьбовых отверстий. При нарезании резьбы следует использовать смазочноохлаждающие жидкости
40 Глава 1
Ремонт резьбового отверстия продолжение
Ил. 2.4. После того, как резьба нарезана, со дна отверстия с помощью ватного тампона тщательно удаляются следы смазочно-охлаждающей жидкости. Это обязательно нужно сделать, чтобы жидкость не создала гидростатическую пробку при вкручивании болта
Ил. 2.5. Надевая ремонтную резьбовую втулку на монтажный инструмент, необходимо следить за тем, чтобы ее хвостовик был правильно отъюстирован на монтажном инструменте — как показано на этой фотографии
Ил. 2.6. Резьбовая ремонтная втулка вкручивается в подготовленное резьбовое отверстие с помощью монтажного инструмента, входящего в ремонтный комплект
Ил. 2.7. После того как монтажный инструмент вынут из отверстия, хвостовик ремонтной резьбовой втулки срубывается с помощью зубила и молотка. Переверните головку цилиндра, чтобы отрубленный хвостовик выпал из отверстия. Ремонт резьбового отверстия на этом закончен
Инструменты, крепеж и техника безопасности при выполнении работ 41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. В качестве крепежа в ходовой части автомобиля широко используются болты, шпильки и гайки. Размеры дюймовой и метрической резьб не совпадают и они не взаимозаменяемы. Маркировка крепежа указывает класс его прочности.
2. При подъеме автомобиля площадь контакта кузова или рамы с опорными площадками подъемника должна быть достаточно большой.
3. Широко используемые в автомобильной технике химические вещества, жидкости и смазки являются опасными веществами — особенно те из них, в состав которых входят компоненты, в названиях которых встречаются слова хлор и фтор. Следует избегать контакта с асбестовым волокном и утилизировать его в соответствии с действующими законодательными нормами и правилами.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислите три меры предосторожности, которые должны быть приняты при выполнении подъема автомобиля.
2. Укажите пять широко используемых в автомобильной технике химических веществ или составов, которые можно считать опасными веществами.
3. Перечислите пять мер предосторожности, которые должны соблюдать все автомеханики при работе с материалами и химикатами, используемыми в автомобильной технике.
4. Опишите, как определить класс прочности крепежной детали, в том числе — в чем заключаются различия в маркировке обычных (несортовых) и метрических болтов.
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. Два автомеханика обсуждают методику подъема автомобилей.
Механик А считает, что при подъеме автомобиля с несущим кузовом опорные площадки подъемника нужно размещать под вырубками в кромках сварного шва днища кузова. Механик Б считает, что при подъеме автомобиля с несущей рамой опорные площадки нужно размещать по ее углам. Кто из них прав?
а. Механик А.
6. Механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
2. Места, в которых следует размещать опорные площадки при подъеме автомобиля с помощью подъемника или домкрата, указываются:
а. В инструкции по техническому обслуживанию автомобиля.
6. В заводской инструкции.
в. В инструкции по эксплуатации автомобиля.
г. Во всех вышеперечисленных инструкциях.
3. Опасными являются все перечисленные ниже вещества, за исключением.
а. Моторное масло.
6. Асбест.
в. Вода.
г. Жидкость для промывки тормозной системы.
4. Узнать, является ли изделие или вещество опасным, можно из.
а. Словаря.
6. Бюллетеня по безопасности материалов и веществ MSDS.
в. Стандартов Американского общества автомобильных инженеров (SAE).
г. Директив Агентства по охране окружающей среды (ЕРА).
5. Наиболее удобной для работы является рабочая зона, находящаяся.
а. На уровне лица.
6. На уровне от щиколотки до колена.
в. На высоте примерно фута над головой.
г. На уровне от пояса до груди.
6. При работе с ручным инструментом всегда. а. Поворачивайте гаечный ключ от себя, а не
к себе.
6. Поворачивайте гаечный ключ к себе, а не от себя.
7. Болт высокой прочности определяется.
а. По символу UNC.
6. По рискам, нанесенным на головку болта.
в. По буквенному коду.
г. По крупной резьбе.
8. Правильное называние крепежной детали с резьбой на обоих концах.
а. Болт.
6. Шпилька.
в. Винт.
г. Штифт.
42 Глава 1
9. Правильное название клещей с переставным шарниром .
а. Слесарные клещи.
6. Трубный ключ.
в. Щипцы с фиксацией.
г. Клещи с раздвижными губками.
10. Правильное название слесарных клещей
а. Щипцы с фиксацией.
б. Комбинированные плоскогубцы.
в. Бокорезы.
г. Клещи с раздвижными губками.
ГЛАВА
Принцип работы и типы двигателей
Цель главы 2 — научить читателя:
1. Понимать принцип работы четырехтактного бензинового двигателя внутреннего сгорания.
2. Знать характеристики, по которым классифицируются автомобильные двигатели.
3. Понимать, как измеряется и рассчитывается мощность двигателя.
4. Понимать, как рассчитывается степень сжатия.
5. Понимать, как определяется рабочий объем двигателя.
В двигателе часть энергии топлива преобразуется в полезную механическую энергию, которая используется для привода автомобиля в движение.
Для создания механической энергии используется тепловая энергия. Химическая энергия топлива превращается в тепловую энергию при сжигании топлива с регулируемой интенсивностью. Этот процесс называется сгоранием. Если сгорание топлива происходит в рабочей камере, в которой тепловая энергия непосредственно преобразуется в механическую энергию, такой двигатель называется двигателем внутреннего сгорания.
ПРИМЕЧАНИЕ
В двигателе внешнего сгорания, примером которого является паровая машина, сгорание топлива происходит вне рабочей камеры двигателя.
Автомобильные двигатели являются двигателями внутреннего сгорания. В них химическая энергия бен
зина преобразуется в тепловую энергию в рабочей камере, которая называется камерой сгорания. Тепловая энергия, выделяющая в процессе сгорания топлива, вызывает повышение температуры рабочего газа в камере сгорания. Нагрев рабочего газа приводит к росту его давления, которое создает механическую силу, действующую на днище поршня или рабочее колесо турбины. Эта механическая сила преобразуется в механическую энергию движения.
ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ РАБОЧИЙ ЦИКЛ
Рабочий цикл большинства автомобильных двигателей состоит из четырех тактов. При запуске двигателя он раскручивается стартером. Четырехтактный рабочий цикл повторяется в каждом цилиндре двигателя. Последовательность тактов показана на рис. 2.1.
• Такт впуска — поршень цилиндра движется вниз, засасывая в цилиндр топливно-воздушную смесь через открытый впускной клапан.
• Такт сжатия — при дальнейшем вращении двигателя поршень принудительно движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь в цилиндре.
• Рабочий такт — когда поршень доходит до верхней рабочей точки (называемой ВМТ, верхняя мертвая точка), искра, создаваемая свечой зажигания, воспламеняет топливно-воздушную смесь. Давление расширяющихся газов заставляет поршень двигаться вниз.
• Такт выпуска — двигатель продолжает вращаться, и поршень снова движется вверх. Отработанный газ вытесняется через открытый выпускной клапан в выпускной коллектор и далее в систему выпуска отработавших газов.
44 Глава 2
Рис. 2.1. Типичный четырехтактный цикл работы бензинового двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием
Двигатель работает в таком циклическом режиме. Для остановки двигателя с помощью выключателя зажигания прерывается подача напряжения на свечи зажигания.
На рис. 2.2 показан блок цилиндров восьмицилиндрового V-образного двигателя. Поршень движется вверх-вниз, т.е. совершает возвратно-поступательное движение, в цилиндре. Четыре больших отверстия —
Рис. 2.2. Блок цилиндров восьмицилиндрового V-образного двигателя. Блок цилиндров — это основа любого двигателя, на которой крепятся все движущиеся части двигателя, необходимые для его работы
это цилиндры двигателя. С коленчатым валом поршень соединен шатуном. Такая кинематическая схема обеспечивает преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. При поджиге в надлежащий момент смеси давление рабочего газа в камере сгорания толкает поршень вниз, заставляя его вращать коленчатый вал.
720-ГРАДУСНЫЙ ЦИКЛ
За один рабочий цикл двигателя коленчатый вал совершает два полных оборота, т.е. поворачивается на 720 1радусов (360°х2=720°). Чем больше цилиндров, тем меньше угол между рабочими тактами в этих цилиндрах. Чтобы найти угол между рабочими тактами цилиндров, необходимо 720 градусов разделить на количество цилиндров.
Угол между рабочими тактами при четырех цилиндрах 72074=180°;
Угол между рабочими тактами при шести цилиндрах 72076=120°;
Угол между рабочими тактами при восьми цилиндрах 72078=90°.
Это означает, что в четырехцилиндровом двигателе рабочий такт приходится на каждые 180° поворота коленчатого вала (каждые пол-оборота). У восьмицилиндрового двигателя ход намного ровнее, потому что рабочие такты происходят вдвое чаще (каждые 90° поворота коленчатого вала).
Рабочий цикл характеризуется числом тактов — ходов поршня, совершаемых за один цикл. Ход поршня — это однонаправленное движение поршня между верхней и нижней точкой цилиндра. За один ход поршня коленчатый вал совершает поворот на 180° (пол-оборота). Цикл — это полная последовательность событий, которая непрерывно повторяется. Большинство автомобильных двигателей работает в четырехтактном цикле.
КЛАССИФИКАЦИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ
Двигатели классифицируется по ряду характеристик: • Число тактов. Большинство автомобильных двигателей работает в четырехтактном цикле.
• Расположение цилиндров. Чем больше цилиндров,тем ровнее ход двигателя, поскольку тем меньше интервал времени между механическими импульсами, создаваемыми во время рабочих тактов. В рядном двигателе все цилиндры расположены в один ряд. Четырех-, пяти- и шестицилиндровые двигатели, как правило, по конструкции — рядные двигатели. У V-образных двигателей, например V-6 или V-8, цилиндры попарно установлены под углом друг к другу в два ряда, напоминая букву V (рис. 2.3).
Принцип работы и типы двигателей 45
Рядные двигатели
6-цилиндровый
ПРИМЕЧАНИЕ
Хотя, может быть, и можно смонтировать один и тот же двигатель в разных моделях автомобилей, как с продольным, так и с поперечным расположением, однако комплектующие в обоих случаях могут оказаться не взаимозаменяемыми. Разными могут быть не только блоки цилиндров и коленчатые валы, но и водяные насосы.
4-цилиндровый 6-цилиндровый
V-образные двигатели
Рис. 2.3. Варианты расположения цилиндров в автомобильном двигателе
• Продольное или поперечное расположение двигателя. Двигатели устанавливаются вдоль продольной оси автомобиля (продольное расположение) или поперек нее (поперечное расположение) (рис. 2.4-2.6). Один и тот же двигатель в разных моделях автомобилей может быть установлен по-разному.
Рис. 2.6. V-образный шестицилиндровый двигатель, установленный в моторном отсеке переднеприводного автомобиля с продольным расположением двигателя
Двигатель
Полуоси заднего моста
Муфта сцепления или гидротрансформатор
Рис. 2.4. Типичная схема компоновки ходовой части заднеприводного автомобиля с передним расположением двигателя
Муфта сцепления или гидротранс-
Коробка передач с расположенным под ней дифференциалом
Коробка передач и дифференциал
Поперечное расположение двигателя
Продольное расположение двигателя
Рис. 2.5. Два варианта расположения двигателя в переднеприводном автомобиле
• Количество и размещение клапанов и распределительных валов. Количество и размещение клапанов и распределительных валов является определяющим фактором в работе двигателя. В ранее выпускавшихся двигателях каждый цилиндр обычно оснащался одним впускным и одним выпускным клапаном. Во многих новых моделях двигателей каждый цилиндр оснащается двумя впускными и двумя выпускными клапанами. Клапаны приводятся в действие распределительным валом механизма газораспределения. Для достижения высокой скорости работы двигателя распределительный вал должен быть верхним (размещаться над клапанами). В некоторых двигателях для привода впускных и выпускных клапанов используются отдельные распределительные валы. При размещении распределительного вала в блоке цилиндров привод клапана осуществляется через толкатель клапана, штангу толкателя клапана и клапанное коромысло (рис. 2.7). Такой тип двигателя называется двигателем с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала. В двигателе с верхним расположением распределительного вала он стоит в головке блока цилиндров над клапанами. Если двигатель оснащен механизмом газораспределения с одним верхним распределительным валом, то для его обозначения
46 Глава 2
Рис. 2.7. Разрез двигателя с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала, на котором видны поршень, клапан, пружина клапана, клапанное коромысло и штанга толкателя клапана
(В ГОЛОВКЕ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ)
Рис. 2.8. Варианты размещения распределительного вала
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
используется аббревиатура SOHC (single overhead camshaft) (рис. 2.8). Двигатель, оснащенный механизмом газораспределения с двумя верхними распределительными валами, обозначается аббревиатурой DOHC (double overhead camshaft) (рис. 2.9).
• Bub топлива. В большинстве двигателей в качестве топлива используется бензин, хотя выпускаются двигатели, работающие на метиловом спирте, природном газе, пропане, дизельном топливе.
Рис. 2.9. Внешний вид V-образного шестицилиндрового двигателя, оснащенного клапанным механизмом с двумя верхними распределительными валами, со снятыми крышками головок блока цилиндров и зубчатым ремнем привода распределительных валов
ПРИМЕЧАНИЕ
В V-образном двигателе цилиндры расположены в два ряда. Таким образом, в двигателе схемы SOHC (с одним верхним распределительным валом) используется два распределительных вала — по одному в каждом ряду цилиндров. В двигателе схемы DOHC (с двумя верхними распределительными валами) используется четыре распределительных вала — по два в каждом ряду цилиндров.
Принцип работы и типы двигателей 47
• Способ охлаждения. В большинстве двигателей используется жидкостное охлаждение, но раньше выпускались двигатели и с воздушным охлаждением.
• Механизм впуска топливно-воздушной смеси. Если топливно-воздушная смесь поступает в цилиндры под нормальным давлением воздуха, такой двигатель называется безнаддувным. Для повышения мощности двигатели оснащаются турбокомпрессором или механическим компрессором для принудительного нагнетания смеси.
Рис. 2.10. Фотография внешнего вида идентификационного номера автомобиля (VIN), который виден через ветровое стекло автомобиля
• Код двигателя по идентификационному номеру автомобиля (VIN). Приступая к техническому обслуживанию двигателя, необходимо прежде всего правильно расшифровать маркировку автомобиля, чтобы не ошибиться при заказе запчастей и заказать именно те, которые подходят к данному двигателю. Во-первых, автомобиль идентифицируется по названию компании-производителя, названию модели и году выпуска модели. Например: Производитель: Chevrolet
Модель: Blazer
Год: 1998.
Точно установить год выпуска автомобиля бывает непросто. Выпуск новой модели, объявленной в продажу на будущий год, может начаться уже в январе предшествующего ему года. Обычно, но не всегда, выпуск моделей нового года начинается в сентябре-октябре текущего года. Вот почему идентификационный номер (VIN), которым маркируются автомобили, столь важен. Пример идентификационного номера показан на рис. 2.10. Начиная с 1981 г. все производители автомобилей маркируют автомобили этим 17-значным номером. Хотя часть из семнадцати позиций номера кодируется каждым производителем по собственному усмотрению, но есть позиции, правила кодирования которых жестко регламентированы. Например:
• Первый знак (буква или цифра) указывает страну происхождения.
1 США К Корея
2 Канада L Тайвань
3 Мексика S Англия
4 США V Франция
6 Австралия W Германия
9 Бразилия Y Швеция
J Япония Z Италия
• Четвертый или пятый знак идентификационного номера обычно означает код модели.
• Восьмой знак номера обычно означает код двигателя (некоторые двигатели не удается идентифицировать по VIN-номеру).
• В десятой позиции номера на всех моделях указывается код года выпуска, в соответствии с таблицей, приведенной ниже
ТАБЛИЦА КОДИРОВКИ ГОДА ВЫПУСКА
А 1980 S 1995
В 1981 Т 1996
С 1982 V 1997
D 1983 W 1998
Е 1984 X 1999
F 1985 Y 2000
G 1986 1 2001
Н 1987 2 2002
J 1988 3 2003
К 1989 4 2004
L 1990 5 2005
М 1991 6 2006
N 1992 7 2007
Р 1993 8 2008
R 1994 9 2009
Г; ---------------->> •-------—; я
г Что такое Юлианское представление даты?
F Изменения в конструкцию и комплектацию двигателя вно- гсятся постоянно. Для технических специалистов информация о том, с какого момента вступило в силу то или иное изменение, сообщается в сервисных бюллетенях, руко- ' водствах по техническому обслуживанию и каталогах комплектующих — как правило, либо в виде граничного номера автомобиля, либо в виде Юлианской даты. Юлианская дата представляет собой просто порядковый номер дня года. Например, первое января в Юлианском представлении — это день 001, а 31 декабря, обычно,—день 365. Юлианское представление даты широко используется в промышленности. Само название связано с Юлием Цезарем, который впервые ввел календарь, в котором продолжительность года составляла 365 дней, а раз в четыре года — 366 дней. Выпускаются календари, в которых указаны Юлианские даты всех дней в году, что упрощает использование этой формы представления даты.
48 Глава 2
КЛАССИФИКАЦИЯ ТИПОВ ДВИГАТЕЛЕЙ
Двигателям внутреннего сгорания присваиваются различные буквенно-цифровые коды, в зависимости от особенностей их конструкции. Помимо четырехтактных бензиновых двигателей внутреннего сгорания в автомобилях применяются также дизельные и роторные двигатели.
Дизельный двигатель
Дизельный двигатель широко применяется в автомобилях повышенной грузоподъемности и стационарных силовых установках, которые работают обычно на постоянной скорости. Дизельный двигатель обладает высоким термическим КПД, поэтому отличается высокой экономичностью. В выхлопных газах дизельного двигателя содержится низкий процент углеводородов и окислов углерода. Такие характеристики делают его хорошей альтернативой поршневому бензиновому двигателю в автомобилях. По конструкции оба двигателя очень похожи. Дизельный двигатель тяжелей и дороже бензинового. У этих двигателей принципиально разные топливные системы и системы зажигания. В дизельном двигателе в камеру сгорания всасывается только воздух. Он сжимается поршнем во время такта сжатия до такой степени, что нагревается при этом до температуры примерно 1000°Ф (540°С). Когда поршень доходит до верхней мертвой точки, в камеру сгорания через топливную форсунку впрыскивается под давлением топливо. Под действием высокотемпературного сжатого воздуха топливо воспламеняется. Давление рабочего газа, образующегося в результате сгорания топлива, толкает поршень вниз, и он совершает рабочий такт. Коленчатый вал продолжает вращаться и заставляет поршень снова двигаться вверх, вытесняя отработавшие газы из камеры сгорания через выпускной клапан. Использование дизельного двигателя в легковых автомобилях сдерживается двумя факторами: высокой стоимостью двигателя и сложностью достижения очень низкой нормы окислов азота в выхлопных газах, регламентированной стандартами (рис. 2.11 и 2.12).
Роторный двигатель
Вторым типом успешно реализованного альтернативного двигателя является роторный двигатель, называемый также по имени его изобретателя двигателем Ванкеля (Wankel). Единственный пример автомобиля с роторным двигателем, выпускаемого длительное время, — Mazda RX-7. Роторный двигатель обладает рядом преимуществ перед поршневым двигателем. Двигатель с вращающейся камерой сгорания работает ровно и обладает высокой удельной мощностью.
Рабочий ход
Рис. 2.11. Рабочим цикл четырехтактного дизельного двигателя
Рис. 2.12. Рабочий цикл двухтактного дизельного двигателя
Поскольку конструкция двигателя обеспечивает большую охлаждающую поверхность камеры сгорания, он работает на низкооктановом бензине.
Принципиальной особенностью роторного двигателя является ротор, имеющий в поперечном сечении треугольную форму, который вращается в рабочей полости корпуса двигателя. Форма рабочей полости в плане представляет собой геометрическую фигуру, называемую двухлепестковой эпитрохоидой. Уплотнения
Принцип работы и типы двигателей 49
Рис. 2.13. Рабочий цикл одной из камер сгорания роторного двигателя внутреннего сгорания (публикуется с любезного разрешения корпорации Curtiss-Wright Corporation)
на углах, или ребрах, ротора постоянно находятся в контакте с поверхностью полости, поэтому ротор должен совершать планетарное движение. Это означает, что центр ротора движется вокруг центра двигателя. На рис. 2.13 показано планетарное движение ротора. При планетарном движении ротора между его гранями и стенками полости образуются расширяющиеся и сжимающиеся камеры. В расширяющуюся камеру через впускной канал засасывается топливно-воздушная смесь. На рис. 2.14 показан впускной канал в корпусе двигателя. Когда расширяющаяся камера достигает максимального объема, впускной канал отсекается от нее проходящим уплотнением ротора. Дальнейшее вращение ротора вызывает уменьшение объема камеры, в процессе которого происходит сжатие смеси. Искра свечи зажигания воспламеняет смесь. Высокое давление газов, образовавшихся при сгорании смеси, создает механический импульс, заставляющий ротор вращаться, расширяя камеру. Когда камера снова достигает максимального объема, одно из уплотнений на конце ротора минует выпускной канал, открывая его и позволяя отработавшим газам, находящимся под высоким давлением, покинуть камеру. Дальнейшее вращение ротора приводит к уменьшению объема камеры, в результате чего из нее выталкиваются остатки отработавших газов. На этом заканчивается рабочий цикл, аналогичный четырехтактному рабочему циклу
Рис. 2.14. Роторный двигатель автомобиля Mazda (вид в разобранном состоянии)
50 Глава 2
поршневого двигателя. Ротор продолжает вращаться и рабочий цикл повторяется — начинается впуск новой порции смеси.
Помимо показанной на рис. 2.13 камеры сгорания, аналогичный рабочий цикл совершают еще две камеры сгорания, образуемые гранями ротора и стенкой рабочей камеры двигателя. В результате за один оборот ротора совершаются три последовательных рабочих цикла.
Энергия ротора заставляет вращаться эксцентриковый вал. Механизм действия этой кинематической схемы аналогичен механизму работы шатуна и коленчатого вала. За один оборот ротора эксцентриковый вал совершает три оборота. Таким образом, эксцентрик неизменно занимает правильную позицию, необходимую для восприятия каждого последующего импульсного момента вращения. Зубчатое колесо внутреннего зацепления, закрепленное на роторе, находится в зацеплении с зубчатым колесом внешнего зацепления, установленным на одном из торцов рабочей камеры двигателя. Назначение этой зубчатой передачи — поддерживать правильную синхронизацию ротора по отношению к эксцентрику и рабочей камере. Эти шестерни не участвуют в передаче крутящего момента (не испытывают нагрузки, создаваемой крутящим моментом).
Впускной и выпускной каналы в одних конструкциях двигателя проходят в стенке рабочей камеры, соприкасающейся с уплотнениями ротора, а в других — в ее торцевых стенках. Выемки в гранях ротора формируют камеры сгорания. Поскольку камера сгорания имеет достаточно большую длину, в некоторых конструкциях для быстрого, полного сгорания смеси используются две свечи зажигания. В этом случае требуются две отдельных системы зажигания (рис. 2.15 и 2.16).
НАПРАВЛЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА ДВИГАТЕЛЯ
По стандарту SAE вращение вала двигателя должно происходить против часовой стрелки (CCW — counterclockwise), если смотреть на двигатель со стороны маховика (по часовой стрелке, если смотреть на двигатель спереди). Сторона двигателя, на которой установлен маховик, — это та сторона, с которой отбирается механическая мощность для привода автомобиля, или сторона отбора мощности. Сторона распределения (сторона привода агрегатов) — это противоположный торец, обычно называемый передней стороной двигателя, на котором монтируются приводы агрегатов двигателя (рис. 2.17).
Рис. 2.15. При снятом роторе видна геометрическая форма рабочей камеры роторного двигателя (так называемая эпитрохоида). Плавность обводов рабочей камеры — свидетельство высокого класса технологии
Рис. 2.16. Ротор со снятым уплотнением ребер
Таким образом, для заднеприводных автомобилей характерно продольное расположение двигателя, когда он обращен стороной отбора мощности назад. Двигатели с поперечным расположением также, как правило, соответствуют по направлению вращения стандарту. У двигателей автомобилей Honda и судовых двигателей направление вращения может не соответствовать стандартному.
ВНУТРЕННИЙ ДИАМЕТР ЦИЛИНДРА
Чем больше внутренний диаметр цилиндра, тем больше площадь поверхности, на которую давят рабочие газы. Давление измеряется в фунтах на квадратных дюйм (psi — pound per square inch). Чем больше площадь, тем больше сила, действующая на поршень, заставляя его вращать коленчатый вал (рис. 2.18).
1 Известны и другие модели автомобильных двигателей с левым вращением коленчатого вала. — Примеч. ред.
Принцип работы и типы двигателей 51
ВЕДУЩИЙ диск
ГЛАВНЫЙ
ТОРЕЦ ДВИГАТЕЛЯ
Внутренний диаметр цилиндра = 4,000 дюйма
Рис. 2.17. На этой фотографии четырехцилиндрового рядного двигателя указаны его сторона отбора мощности и сторона распределения. Стандартным направлением вращения вала является вращение по часовой стрелке, если смотреть на двигатель спереди, т.е. с той стороны, на которой находятся ремни приводов агрегатов двигателя (со стороны распределения)
Ход = 3,000 дюйма
Внутренний диаметр цилиндра
Рис. 2.18. Линейные размеры, по которым определяется рабочий объем цилиндра
ХОД ПОРШНЯ
Расстояние, которое поршень проходит в цилиндре двигателя, называется ходом поршня. Чем оно больше, тем больше топливно-воздушной смеси поступает в цилиндр, и, следовательно, тем выше давление газов, образующихся при сгорании смеси.
УКОРОЧЕННЫЙ ХОД И УДЛИНЕННЫЙ ход
Двигатель, у которого ход поршня меньше внутреннего диаметра цилиндра, называется двигателем с укороченным ходом. Двигатель, у которого, наоборот, ход поршня превышает внутренний диаметр цилиндра, называется двигателем с удлиненным ходом. Если внутренний диаметр цилиндра равен ходу поршня, такой двигатель называется двигателем с уравновешенным ходом.
Рабочие характеристики двигателя зависят от многих факторов, в том числе от соотношения между диаметром цилиндра и ходом поршня. Но существует определенная взаимосвязь между конструктивными и рабочими параметрами, характерная для всех двигателей.
52 Глава 2
Двигатель с укороченным ходом (ход поршня меньше внутреннего диаметра цилиндра)
• Как правило, быстро набирает обороты, достигает более высокой скорости вращения (измеряемой количеством оборотов в минуту — rpm).
• На высоких оборотах отличается высокой приемистостью.
• На низких оборотах характерно снижение крутящего момента (мощности).
• Часто для использования преимущества высоких скоростных характеристик двигатель комплектуется коробкой передач, у которой последняя передача имеет более низкое передаточное число (т.е. более высокий номер).
Двигатель с удлиненным ходом (ход поршня превышает внутренний диаметр цилиндра)
• Как правило, низкоприемистый (медленно набирает обороты) из-за удлиненного хода поршня.
• На низких оборотах обеспечивает высокий крутящий момент.
• По существу, является низкооборотным двигателем.
• Вследствие более низкой скорости работы обладает, как правило, высокой экономичностью и обычно комплектуется коробкой передач, у которой последняя передача имеет более высокое передаточное число.
Двигатель с уравновешенным ходом (внутренний диаметр цилиндра равен ходу поршня)
• Обеспечивает оптимальный баланс между крутящим моментом на низких оборотах и мощностью на высоких оборотах.
• Обеспечивает высокий крутящий момент на низких оборотах и высокую мощность на высоких оборотах.
• Способен работать на пониженной передаче, обеспечивающей экономию топлива, и при этом сохраняет высокую приемистость в городском цикле.
РАБОЧИЙ ОБЪЕМ ДВИГАТЕЛЯ
Показателем мощности двигателя служит его рабочий объем. Рабочий объем двигателя — это объем, заполняемый, или вытесняемый, всеми поршнями, выраженный в кубических дюймах (сокращенно — куб. дюйм) или кубических сантиметрах
ЕГ-----------------------------------------------
г Одинаковый объем совсем не означает одинаковые двигатели
Мощность двигателей, в настоящее время характеризуется, как правило, их рабочим объемом, указываемым в литрах. Однако это не означает, что все двигатели объемом 3,8
литров одинаковы. Посмотрите, например, данные, приведенные в таблице.
Двигатель
Рабочий объем
3.8- LV-6 (шестицилиндровый V-образный двигатель объемом 3,8 литра) производства компании Шевроле (Chevrolet)
3.8- LV-6 (шестицилиндровый V-образный двигатель объемом 3,8 литра, также называемый двигателем 3800 сс) производства компании Бьюик (Buick)
3.8-L V-б (шестицилиндровый V-образный двигатель объемом 3,8 литра) производства компании Форд (Ford)
229 куб. дюймов
231 куб. дюйм
232 куб. дюйма
Если точно пересчитать 3,8 литра (или 3800 куб. см) в кубические дюймы, то этот объем составит 231,9 куб. дюймов. В процессе округления объема двигателя, рассчитанного в кубических дюймах, а затем его перевода, также с округлением, в кубические сантиметры и литры, для совершенно разных двигателей получается один и тот же результат и, в результате, согласно маркировке они имеют одинаковый объем. Во избежание путаницы и ошибок при заказе запчастей, при техническом обслуживании необходимо руководствоваться только VIN-номером автомобиля. На всех автомобилях он должен быть виден через лобовое стекло. Начиная с 1980 г. идентификационный код двигателя (цифра или буква) указывается, как правило, в восьмой (если считать слева направо) позиции VIN-номера. Двигатель 5.0-LV-8 (восьмицилиндровый V-образный двигатель объемом 5 литров) также вызывает путаницу у многих владельцев и автомехаников. Например, в некоторых моделях заднеприводных автомобилей компании General Motors может стоять двигатель 5.0-L V-8 (объемом 305 куб. дюймов) производства компании Шевроле. В тех же моделях может также стоять двигатель 5.0-L V-8 (объемом 307 куб. дюймов) производства компании Олдсмобил (Oldsmobile). Это разные двигатели и запчасти к ним не взаимозаменяемы! Компания Форд также поставляет двигатели 5.0-L V-8 (объемом 302 куб. дюйма). Эти двигатели, в зависимости от года выпуска, отличаются по таким главным характеристикам, как порядок работы цилиндров.
Маломощные, четырехцилиндровые двигатели также могут вызвать путаницу, поскольку многие производители автомобилей устанавливают двигатели, изготовленные как внутри страны, так и на зарубежных предприятиях. Чтобы безошибочно идентифицировать тип двигателя, всегда руководствуйтесь информацией, приведенной в сервисной документации.
Принцип работы и типы двигателей 53
(сокращенно— куб.см). 1000 кубических сантиметров — это один литр, поэтому объем современных двигателей указывается, как правило, в литрах.
1 литр = 1000 куб. см.
1 литр = 61 куб. дюйм
1 куб. дюйм = 16,4 куб. см
Объяснение методики определения и формулы расчета рабочего объема двигателя приведены в главе 11.
РАБОЧИЙ ОБЪЕМ И МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ
Чем больше рабочий объем двигателя, тем более высокую мощность он способен развить. Рабочий объем двигателя ничем не заменишь — это общеизвестная истина.
Хотя большой рабочий объем означает, как правило, большее потребление топлива, но увеличение рабочего объема — это зачастую самый простой способ повышения мощности двигателя.
Объем над поршнем в ВМТ
Рис. 2.19. Размеры, по которым определяется степень сжатия
СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ СМЕСИ
При текущем или капитальном ремонте двигателя такая характеристика как степень сжатия имеет важное значение.
Степень сжатия (CR — compression ratio) представляет собой отношение объема пространства цилиндра над поршнем, когда поршень находится в нижней мертвой точке, к объему пространства цилиндра над поршнем, когда последний находится в верхней мертвой точке (рис. 2.19).
При понижении степени сжатия При повышении степени сжатия
Снижается мощность двигателя Как правило, возрастает мощность
Возрастает расход топлива Снижается расход топлива
Облегчается проворачивание двигателя Затрудняется проворачивание двигателя, особенно при высокой температуре
Возрастает допустимый угол опережения зажигания без риска возникновения детонации Возрастают требования к точности установки угла опережения зажигания для предотвращения детонации
объем пространства цилиндра над поршнем, находящимся в НМТ объем пространства цилиндра над поршнем, находящимся в ВМТ
Пример: какова степень сжатия, если цилиндр двигателя имеет объем 50,3 куб. дюймов, а объем камеры сгорания составляет 6,7 куб. дюймов?
(50,3 + 6,7) куб. дюймов 57,0
6,7 куб. дюймов 6,7
= 8,5:1 (читается как “восемь с половиной к одному”)
Мощность, развиваемая двигателем, измеряется в лошадиных силах (л.с.).
--------------------—,---------------------------.
Какие детали двигателя определяют ход поршня?
Ход поршня — это расстояние между верхней и нижней мертвыми точками поршня. Он определяется радиусом кривошипа коленчатого вала. Радиус кривошипа — это расстояние между осевой линией вращения коленчатого вала и осевой линией шатунной шейки. Радиус кривошипа равен половине хода поршня.
В случае замены коленчатого вала другим, имеющим больший ход, верхняя мертвая точка хода поршней может оказаться над верхней плоскостью (плитой) блока цилиндров. Решить эту проблему можно, установив новые поршни, на которых поршневые пальцы стоят выше. Еще один возможный вариант — заменить шатуны более короткими, чтобы уменьшить максимальную высоту подъема поршней в цилиндрах.
При изменении длины шатуна ход поршня не изменяется, изменяется только положение мертвых точек хода поршня.
54 Глава 2
Рис. 2.20. Схематический чертеж динамометрического испытательного стенда
Одна лошадиная сила — это мощность, необходимая для перемещения груза весом 550 фунтов на один фут за одну секунду или груза весом 33 000 фунтов на один фут за одну минуту (550 фунтов х 60 с = 33 000 фунтов в минуту). Она составляет 550 футо-фунтов в секунду или 33 000 футо-фунтов в минуту.
Фактическая мощность, развиваемая двигателем, измеряется на динамометрическом испытательном стенде (рис. 2.20). На динамометрическом стенде измеряется крутящий момент на коленчатом валу двигателя, работающего под нагрузкой. Нагрузка, приложенная к двигателю, затормаживает его, а система управления поддерживает скорость вращения коленчатого вала постоянной. Динамометрические стенды часто называются тормозными стендами. Мощность двигателя, полученная по результатам измерения динамометрическим методом, называется эффективной (тормозной) мощностью. Фактически динамометрическим методом измеряется крутящий момент на валу двигателя. Крутящий момент — это момент силы, который может вызывать, а может и не вызывать, перемещение. Мощность двигателя рассчитывается по данным измерений, полученным при различных скоростях вращения (измеряемых количеством оборотов в минуту).
Мощность двигателя равняется произведению крутящего момента на скорость вращения, деленному на 5252 (рис. 2.21).
ж, крутящий момент х число оборотов в минуту
Мощность = —-------------------------------7 -
5252
Крутящий момент — это именно то, что “чувствует” водитель при разгоне автомобиля. Маленький двигатель, работающий на высоких оборотах, может иметь такую же мощность, как и большой двигатель, работающий на низких оборотах.
Еще одним показателем, рассчитываемым по результатам испытаний на динамометрическом (тормозном стенде), является удельный расход топлива, (BSFC — brake-specific fuel consumption).
ПРИМЕЧАНИЕ
Как видно из формулы мощности, при одинаковом крутящем моменте, чем выше угловая скорость вращения двигателя, тем выше его мощность. Многие двигатели являются высокооборотными. Чтобы предотвратить возможное разрушение двигателя из-за чрезмерно высокой скорости вращения, большинство производителей ограничивает максимальное число оборотов двигателя, предусматривая автоматическое перекрывание топливных форсунок при превышении установленного предела скорости вращения двигателя. В некоторых случаях, например, если трансмиссия стоит на "нейтрали" или включен стояночный тормоз, этот предел может быть весьма низким, порядка 3000 оборотов в минуту.
Если на высокой скорости двигатель работает с перебоями или глохнет, то это может быть нормальным явлением, если происходит на скорости вращения, близкой к порогу срабатывания ограничителя скорости.
Скорость вращения (оборотов в минуту)
Рис. 2.21. Типичные кривые крутящего момента и мощности. Обратите внимание — значения обеих характеристик совпадают при скорости вращения в 5252 оборотов в минуту (кривые пересекаются точно в этой точке)
Принцип работы и типы двигателей 55
ПРИМЕЧАНИЕ
У большинства двигателей расход топлива в пересчете на одну лошадиную силу мощности составляет примерно 0,5 фунта в час.
Часовой расход топлива __ « (в фунтах)
Удельный расход топлива =-----------------
Тормозная мощность фунты л.с.-час
Удельный расход топлива является мерой количества топлива, уходящего на выработку каждой лошадиной силы мощности двигателя. Чем ниже показатель BSFC, тем экономичней двигатель.
НА ЧТО ТРАТИТСЯ ЭНЕРГИЯ
В бензиновом двигателе с искровым зажиганием только 25% энергии, выделяемой при сгорании топлива, превращается в полезную работу, создавая мощность на валу двигателя. В дизельном двигателе этот показатель может доходить до 35%.1 Остальная часть энергии топлива рассеивается в виде тепла. Примерно половина рассеиваемого тепла уходит с выхлопными газами. Оставшаяся половина отводится из двигателя через систему охлаждения. Таким же путем из двигателя отводится фрикционное тепло (образующееся из-за трения движущихся деталей двигателя).
К сожалению, далеко не вся мощность на валу двигателя, называемая мощностью брутто, поступает на привод автомобиля. На двигателе установлено множество вспомогательных устройств, потребляющих энергию. Это — водяной насос, вентилятор охлаждения, система электропитания и подзарядки аккумулятора,топливный насос, воздушный компрессор, компрессор кондиционера, усилитель рулевого управления, система очистки воздуха. Энергия расходуется также на всасывание топливной смеси в камеру сгорания и выброс выхлопных газов через каталитический дожигатель и глушитель. Когда все устройства-потребители энергии работают на полную мощность, они забирают примерно 25% мощности на валу двигателя. Оставшиеся 75% мощности — это полезная мощность, называемая мощностью нетто, которая расходуется на привод в движение автомобиля. Часть ее теряется в карданной передаче автомобиля.
ВАТТ И ЛОШАДИНАЯ СИЛА
Джеймс Уатт (James Watt, 1736-1819) впервые определил мощность, развиваемую лошадью, путем измерения веса угля, поднятого из шахты. На протяжении вот уже двухсот лет мощность, развиваемая лоша
дью, считается равной 33 000 футо-фунтов в минуту. В Европе используется обычно другая единица измерения мощности — ватт (Вт). Одна лошадиная сила равняется 746 ваттам. Один киловатт (1 000 ватт) равен одной лошадиной силе, умноженной на 1,341.
НАЛОГОВАЯ МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ
Этот показатель был разработан для расчета налогообложения автомобилей по рабочему объему двигателя и количеству цилиндров.
Налоговая мощность = (внутренний диаметр цилиндра)2 х количество цилиндров х 0,4.
Например, для шестицилиндрового двигателя с внутренним диаметром цилиндра 4 дюйма:
Налоговая мощность = (4)2 х 6 х 0,4 = 38,4
Обратите внимание на то, что такой показатель как ход поршня, в расчете не используется. Когда вводилась налоговая мощность, ценовой диапазон, или класс автомобиля определялся, как правило, внутренним диаметром цилиндра и числом цилиндров.
Такой показатель как налоговая мощность продолжает использоваться в ряде штатов и административных районов при расчете налогообложения и выдаче водительских прав. В справочниках, выпускаемых Национальной ассоциацией автомобильных дилеров (NADA — National Automotive Dealers Association), как и раньше, в спецификациях характеристик автомобилей указывается налоговая мощность.
В стандартах Американского общества автомобильных инженеров (SAE) регламентированы условия измерения как номинальной мощности брутто, так и номинальной мощности нетто. По определению SAE, мощность брутто — мощность, развиваемая двигателем при отключении ряда вспомогательных устройств. Мощность нетто — мощность, развиваемая двигателем, стоящим в автомобиле. Ниже в таблице приведена сводка различий между этими показателями.
Мощность брутто (SAE) Мощность нетто (SAE)
Без системы очистки воздуха или воздушного фильтра Без вентилятора охлаждения Без электрогенератора Без глушителей Без системы снижения токсичности выхлопных газов При работающей системе очистки воздуха или воздушном фильтре При работающем вентиляторе охлаждения При работающем электрогенераторе При работающей системе выпуска отработавших газов При полностью работающей системе шумопонижения и снижения токсичности выхлопных газов
1 В последних разработках двигателей эти величины несколько выше. — Примеч. ред.
56 Глава 2
Номинальная мощность нетто по стандарту SAE оказывается примерно на 20% ниже мощности брутто. До 1971 г. большинство производителей автомобилей указывали номинальную мощность брутто (более высокую) в целях рекламы. Начиная с 1972 г. производители, рекламируя автомобили, указывают только номинальную мощность нетто, измеренную по стандарту SAE.
СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ МЕТРИЧЕСКОЙ И ЭФФЕКТИВНОЙ МОЩНОСТЬЮ
Мощность двигателя обычно выражается в ваттах или киловаттах (1 киловатт равен 1000 ватт). Мощность в метрическая лошадиных силах несколько отличается от эффективной мощности в британских лошадиных силах. Незначительная разница связана с различием в определении единицы измерения (метрическая лошадиная сила равняется 736 Вт, в то время как британская лошадиная сила составляет 745,7 Вт) и в методиках измерений. Различие незначительно, — измерения совпадают на 99%.
Если мощность двигателя указана в метрических лошадиных силах, то может стоять маркировка PS (pferdestarke (нем.) — лошадиная сила) или CV (cheval vapeur (франц.) — лошадиная сила).
Чтобы перевести мощность, выраженную в метрических лошадиных силах, в эффективную мощность, выраженную в британских лошадиных силах, ее нужно умножить на коэффициент 0,986. Например:
150 метрических л.с. х 0,986 = 147,9 л.с. (брит.)
Чтобы перевести мощность, выраженную в киловаттах, в мощность нетто по стандарту SAE,, ее нужно умножить на коэффициент 1,341. Например:
150 кВт х 1,341 = 201,15 л.с. (нетто, SAE)
СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ МОЩНОСТЬЮ ПО СТАНДАРТУ DIN И МОЩНОСТЬЮ ПО СТАНДАРТУ SAE
Германские стандарты DIN (Deutsche Industrie Norm) практически аналогичны стандартам SAE. Между стандартом DIN и стандартом SAE есть небольшие различия по условиям измерения мощности нетто. Стандарт DIN регламентирует только полезную (нетто) мощность. Чтобы перевести мощность, выраженную в лошадиных силах по стандарту DIN, в мощность нетто по стандарту SAE, ее нужно умножить на коэффициент 0,963, учитывающий различия в условиях испытаний. Например:
150 л.с.(DIN) х 0,963 = 144,45 л.с. (нетто, SAE)
Простой и быстрый способ оценки КПД двигателя
Хороший, эффективный двигатель способен развивать
более высокую мощность при меньшем рабочем объеме. Общее эмпирическое правило таково— если двигатель развивает одну лошадиную силу в расчете на один кубический дюйм рабочего объема, то это хороший двигатель. Многие из современных двигателей способны на это, например:
Двигатель Ford 4.6L V-8 (281 куб. дюйм) развивает 305 л.с.
Двигатель Chevrolet 3.4L V-6 (207 куб. дюймов) — 210 л.с.
Двигатель Chrysler 3.5L V-6 (214 куб. дюймов) — 214 л.с.
Двигатель Acura 3.2L V-б (197 куб. дюймов) — 210 л.с.
Если двигатель развивает 100 л.с. в расчете на один литр рабочего объема, то он обладает очень высокой удельной мощностью. Такого показателя добиться сложней. Серийные двигатели, обладающие такой высокой удельной мощностью, это обычно двигатели с компрессорным наддувом или турбонаддувом. Например:
Четырехцилиндровый двигатель Toyota 2.0L (с турбонаддувом) развивает 200 л.с.
Четырехцилиндровый двигатель Honda S2000 2.0L — 240 л.с. (на скорости 8300 оборотов в минуту!).
СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ МОЩНОСТЬЮ ПО СТАНДАРТУ JIS И МОЩНОСТЬЮ ПО СТАНДАРТУ SAE
JIS (Japan Industry Standard) — Японский руководящий орган стандартизации. Начиная с 1985 г. все мощностные характеристики по стандарту JIS и стандарту SAE совпадают, т.к. условия испытаний, регламентируемые стандартами JIS, были приведены в соответствие со стандартами SAE. Чтобы перевести полезную (нетто) мощность по стандарту JIS, действовавшему до 1985 г., в полезную мощность по стандарту SAE, необходимо умножить ее на 0,984. Иными словами, начиная с 1 апреля 1985 г., 1 л.с. (нетто, JIS) = 1 л.с. (нетто, SAE), а до этой даты 1 л.с. (нетто, JIS) х 0,984 = 1 л.с. (нетто, SAE).
ЗАВИСИМОСТЬ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ОТ ВЫСОТЫ НАД УРОВНЕМ МОРЯ
С ростом высоты над уровнем моря плотность воздуха падает, и, соответственно, заметно падает мощность, развиваемая обычным двигателем. Согласно переводным коэффициентам, установленным SAE, мощность двигателя, не оснащенного системой компрессорного наддува или турбонаддува, снижается
Принцип работы и типы двигателей 57
примерно на 3% на каждую тысячу футов (300 м) подъема над уровнем моря. Таким образом, если на уровне моря двигатель развивает эффективную мощность 150 л.с., то на вершине пика Пайка (Pikes Peak) в Колорадо, на высоте 14 110 футов (4 300 м), она упадет примерно на 15%. Мощность двигателей с компрессорным наддувом или турбонаддувом не так сильно зависит от высоты, как мощность обычных двигателей, которые всасывают воздух при атмосферном давлении.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Четырехтактный рабочий цикл двигателя состоит из следующих тактов: впуск рабочей смеси, сжатие рабочей смеси, рабочий ход, выпуск отработавших газов.
2. Двигатели классифицируются по числу и расположению цилиндров и по числу и расположению клапанов и распределительных валов, а также по виду используемого топлива, способу охлаждения и давлению, под которым производится впуск рабочей смеси.
3. Направление вращения вала у большинства двигателей — по часовой стрелке, если смотреть со стороны распределения (где находятся вспомогательные агрегаты) двигателя. По стандарту SAE направление вращения вала двигателя должно происходить против часовой стрелки, если смотреть на двигатель со стороны отбора мощности (со стороны маховика).
4. Показателем мощности двигателя служит его рабочий объем — объем, заполняемый, или вытесняемый, всеми поршнями.
5. Мощность двигателя выражается в лошадиных силах и рассчитывается по измеренному значению крутящего момента, развиваемого двигателем.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислите такты четырехтактного рабочего цикла.
2. Объясните принцип работы роторного двигателя.
3. Что в действительности измеряется при испытаниях двигателя на динамометрическом стенде?
4. Дайте определение объемного кпд двигателя.
5. В чем разница между мощностью нетто и мощностью брутто по стандарту SAE?
6. Какова будет мощность двигателя на высоте 6000 футов над уровнем моря, если при нормальном атмосферном давлении он развивает 100 л.с.?
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. Во всех верхнеклапанных двигателях. а. Распределительный вал размещен над клапанами, б. Клапаны размещены в головке блока цилиндров, в. Используется двухтактный рабочий цикл.
г. Распределительный вал служит для закрывания клапанов.
2. Сколько распределительных валов установлено в двигателе SOCH V-8?
а. Один.
6. Два.
в. Три.
г. Четыре.
3. По какой из приведенных ниже формул рассчитывается эффективная (тормозная) мощность?
а. Крутящий момент х число оборотов в минуту.
6. 2л х ход поршня.
в. (Крутящий момент х число оборотов в минуту)/ 5252.
г. Ход поршня х внутренний диаметр цилиндра х х 3300.
4. Крутящий момент измеряется в.
а. Фунто-футах.
б. Футо-фунтах.
в. Футо-фунтах в минуту.
г. Фунто-футах в секунду.
5. Мощность измеряется в.
а. Фунто-футах.
б. Футо-фунтах.
в. Футо-фунтах в минуту.
г. Фунто-футах в секунду.
6. Мощность безнаддувного автомобильного двигателя падает примерно на процентов на
каждую тысячу футов подъема над уровнем моря, а. 1%.
6. 3%.
в. 5%.
г. 6%.
7. За один рабочий цикл, совершаемый поршнем любого цилиндра четырехтактного автомобильного двигателя, коленчатый вал совершает поворот на градусов.
а. 90 градусов
б. 180 градусов.
в. 360 градусов.
г. 720 градусов.
58 Глава 2
8. Сколько оборотов в четырехтактном двигателе совершает коленчатый вал за один такт рабочего цикла?
а. Четверть оборота.
6. Пол-оборота.
в. Один оборот.
г. Два оборота.
9. Как называется вращающее усилие?
а. Мощность.
б. Крутящий момент.
в. Давление сгорания.
г. Планетарное движение.
10. Какая часть энергии, выделяемой при сгорании топливно-воздушной смеси, превращается в полезную мощность на валу двигателя?
а. Примерно от 15% до 18%.
6. Примерно 25%.
в. Примерно 50%.
г. Примерно от 75% до 80%.
ГЛАВА
Принцип работы и методы диагностики системы смазки двигателя
Цель главы 3 — научить читателя:
1. Разбираться в классификации моторных масел.
2. Разбираться в механизме работы масляного насоса и системы смазки двигателя.
3. Знать периодичность и порядок замены масла и масляного фильтра.
4. Уметь проверить масляный насос на утечку.
ЛЛоторное масло— это своего рода "кровь" без которой ни один двигатель не способен работать. Моторное масло выполняет следующие функции:
1. Смазка всех движущихся частей с целью защиты их от износа.
2. Охлаждение двигателя.
3. Смазка поршневых колец.
4. Очистка двигателя от загрязнений и "связывание" их во взвешенном состоянии до момента слива отработанного масла из двигателя.
5. Нейтрализация кислот, образующихся в процессе сгорания топлива.
6. Снижение потерь на трение.
7. Защита от коррозии.
ПРИНЦИП РАБОТЫ СМАЗКИ
Смазка между двумя движущимися поверхностями создается тонкой пленкой масла, которая разделяет их и несет механическую нагрузку. Если нанести на плоскую поверхность слой масла и двигать по ней тя
желый брусок, то усилие, требующееся для перемещения бруска, окажется в этом случае ниже, чем в случае сухой поверхности. Причиной этого является то, что между поверхностью и движущимся по ней бруском создается клинообразная пленка смазки, как показано на рис. 3.1.
Сила, необходимая для перемещения бруска по поверхности, зависит от его веса, скорости его перемещения и вязкости масла. Вязкость характеризует густоту масла или его сопротивляемость растеканию. Описанный нами принцип определяет суть гидродинамической смазки. Префикс гидро- указывает на то, что используется жидкая смазка, а слово динамическая указывает на то, что речь идет о движущихся поверхностях. Эффект гидродинамической смазки возникает, как только между двумя движущимися друг относительно друга поверхностями возникает клинообразная пленка смазки (рис. 3.2). Когда пленка смазки становится настолько тонкой, что микронеровности поверхностей соприкасаются друг с другом, такая смазка называется граничной смазкой.
Система нагнетания непрерывно подает под давлением масло на слабонагруженный участок масляного зазора в подшипнике скольжения.
Движение бруска
Рис. 3.1. Под движущимся бруском формируется клинообразная пленка смазки
60 Глава 3
Подача масла
Клинообразная пленка смазки
Рис. 3.2. Клинообразная пленка смазки окружает вал по периметру опорной шейки
Эффект гидродинамической смазки возникает при вращении вала двигателя в подшипнике, создавая клинообразную гидродинамическую пленку по периметру в зазоре подшипника. Она поддерживает вал и снижает до минимума сопротивление вращению, если вязкость масла соответствует требуемой.
Наибольший износ вала происходит во время пуска двигателя. Он прекращается, как только появляется устойчивая пленка гидродинамической смазки.
СИСТЕМЫ СМАЗКИ ДВИГАТЕЛЕЙ
Основная функция системы смазки двигателя — обеспечивать непрерывное нагнетание масла в подшипники. Давление в системе смазки должно быть достаточно высоким для того, чтобы непрерывно нагнетать в подшипники поток смазки, достаточный для их охлаждения. Давление в системе смазки двигателя находится обычно в пределах от 10 до 60 фунтов/кв. дюйм (от 200 до 400 кПа) (из расчета 10 фунтов/кв. дюйм на каждую тысячу оборотов в минуту двигателя). В то же время между поверхностями, которые движутся с высокой относительной скоростью, гидродинамическая пленка находится под давлением, которое может превышать 1000 фунтов/кв. дюйм (6900 кПа). Очевидно, что при относительно низком давлении в системе смазки двигателя такие высокие рабочие нагрузки в подшипниках было бы просто невозможно поддерживать, если бы не эффект гидродинамической смазки (рис. 3.3).
ХАРАКТЕРИСТИКИ МОТОРНОГО
МАСЛА
Наиболее важной характеристикой моторного масла является его густота или вязкость. Как уже говори-
Рис. 3.3. Система смазки типичного V-образного двигателя. Масло из поддона картера (маслоотстойника) засасывается масляным насосом и через масляный фильтр нагнетается под давлением в маслопроводные каналы
лось, вязкость характеризует сопротивляемость масла растеканию. По мере охлаждения масло становится гуще. По мере нагрева оно становится жиже. Таким образом вязкость масла зависит от его температуры. При низкой температуре масло не должно становиться слишком густым, чтобы не препятствовать пуску двигатель. Самая низкая температура, при которой масло еще сохраняет текучесть, называется точкой застывания. Показателем степени изменения вязкости масла в диапазоне от минимальной до максимальной температуры является индекс вязкости (VI — viscosity index). Чем выше индекс вязкости масла, тем меньше растет его текучесть при повышении температуры.
КЛАССИФИКАЦИЯ МАСЕЛ ПО СТАНДАРТУ SAE
На упаковке моторных масел, предлагаемых в продаже, указывается класс масла по стандарту SAE (Society of Automotive Engineers — Американское общество автомобильных инженеров), который показывает, какому диапазону вязкости соответствует масло. Масла, тестируемые при температуре 212°Ф (100°С), маркируются только числом, за которым не стоит никаких букв. Например SAE 30 означает, что масло испытано только при температуре 212°Ф (100°С). Вязкость этого масла при высокой температуре находится в диапазоне, соответствующем классу SAE 30. Масла, тестируемые при температуре 0°Ф (-18°С), маркируются числом с буквой W в конце, означающей winter — зимнее, и указывающей на то, что масло испытано при температуре 0°Ф — например, SAE 20W. Маркировка SAE 5W-30 всесезонного масла, означает,
Принцип работы и методы диагностики системы смазки двигателя 61
что при температуре 0°Ф (-18°С) вязкость масла соответствует классу SAE 5W, а при температуре 212°Ф (100°С) — классу SAE 30.
Большинство производителей автомобилей рекомендуют использовать следующие универсальные (всесезонные) масла:
. SAE 5W-30
. SAE 10W-30
Более вязкое масло обладает и более высоким гидродинамическим сопротивлением и большей густотой, чем менее вязкое масло. Густое масло совсем не обязательно хорошее масло, а жидкое масло — совсем не обязательно плохое. При выборе моторного масла, обладающего вязкостью в рекомендованном диапазоне, обычно руководствуются следующими соображениями:
• Более жидкое
1. Облегчает запуск холодного двигателя.
2. Обеспечивает снижение расхода горючего.
• Более густое
1. Обеспечивает более надежную защиту двигателя при высоких температурах.
2. Увеличивает расход горючего.
КЛАССИФИКАЦИЯ API
Американский нефтяной институт (American Petroleum Institute — API) в сотрудничестве с производителями автомобилей и нефтяными компаниями ввел классификацию моторных масел по эксплуатационным характеристикам. Масла классифицируются по результатам испытаний в серийных автомобильных двигателях. Канистры с маслом маркируются классификационным знаком API. Категория масла по классификации API (по эксплуатационным характеристикам) и класс вязкости масла по классификации SAE — это единственная доступная информация, позволяющая оценить пригодность того или иного масла к использованию в двигателе. На рис. 3.4 приведен образец стандартной маркировки API, наносимой на канистры с маслом.
Категории масел, предназначенных для бензиновых двигателей
В обозначении категории масел для бензиновых двигателей буква S означает service — эксплуатацион-ное, но также можно считать, что она означает spark (искра), т.е. что масло предназначено для использования в двигателях с искровым зажиганием — spark ignition engine. Система классификации предусматривает возможность внесения изменений и дополнений, так
Рис. 3.4. Маркировочная эмблема API моторного масла категории SJ, класса SAE 10W-30. Маркировка "ENERGY CONSERVING" (энергосберегающее) означает, что данное масло, по сравнению с эталонным маслом, обеспечивает снижение расхода топлива на 1,1% — для масла класса SAE 5W-30, и на 0,5% — для масла класса SAE 10W-30
что при необходимости в нее могут быть внесены новые, улучшенные категории масел (буква 1 исключена во избежание путаницы с цифрой 1).
SA Чистое минеральное масло (без присадок), непригодно для использования в двигателях
SB Масло с антифрикционными
и антиоксидантными присадками, не обладающее очищающими свойствами
SC Устаревшее (1964 г.)
SD Устаревшее (1968 г.)
SE Устаревшее (1972 г.)
SF Устаревшее (1980 г.)
SG Устаревшее (1988 г.)
SH Масло самой высокой категории с 1993 г.
по 1997 г.
SJ Масло самой высокой категории, введенной с 1997 г.
ПРИМЕЧАНИЕ
В старых моделях автомобилей взамен ранее использовавшихся, но вышедших из употребления категорий масел, могут использоваться новые моторные масла более высокой категории. В восстановленных антикварных автомобилях также можно использовать новые, улучшенные масла, подобрав их вязкость по классификации SAE для диапазона температур, в котором будет эксплуатироваться двигатель. Новые масла во всех отношениях превосходят старые масла, обеспечивая лучшую защиту двигателя.
62 Глава 3
ОБМЕ
-----— о г
Три вещи, которые нужно знать
При замене масла следует знать три вещи:
1. Рекомендованную SAE вязкость (густоту) для диапазона
температур, в котором будет эксплуатироваться двигатель до следующей замены масла.
2. Категорию масла по классификации API, рекомендованную к использованию производителем двигателя или автомобиля.
3. Рекомендованный интервал между заменами масла (продолжительность по времени или пробег).
Категории масел, предназначенных для дизельных двигателей
Обозначение категории масел для дизельных двигателей начинается с буквы С, которая означает commercial — техническое, но также можно считать, что она означает compression ignition (компрессионное воспламенение) указывая на то, что масло предназначено для использования в двигателях с воспламенением за счет сжатия, т.е. дизельных двигателях.
г--------------------------------------------з
Почему рекомендуется использовать масло класса SAE 10W-30, а не SAE 10W-40?
Моторные масла выпускаются различных классов вязкое- , ти. Производители автомобилей обычно рекомендуют использовать масло SAE 5W-30 и/или SAE 10W-30. Компания General Motors Corporation категорически запрещает использовать масло SAE 10W-40 во всех двигателях ее производства.
Масла приобретают различные классы вязкости за счет введения в их состав присадки, повышающей индекс вязкости. Эта присадка представляет собой полимер, вызывающий повышение густоты исходного масла при повышении температуры. Например, масло класса 10W-30 при низкой температуре обладает вязкостью, соответствующей классу SAE10W. А полимерные присадки добавляются в масло для того, чтобы довести его вязкость при высокой температуре до уровня, соответствующего классу SAE 30. Эти полимерные присадки вступают в реакцию при нагреве, вызывая снижение текучести масла при высокой температуре. Чем выше содержание присадки, понижающей температурную зависимость вязкости, тем шире температурный диапазон масла по вязкости. В загущенных маслах процентное содержание присадки-термостабилизатора вязкости составляет:
СА Устаревшая
СВ Устаревшая
СС Устаревшая
CD Самая низкая категория рабочих масел для дизельных двигателей
СЕ Для определенных типов форсированных дизельных двигателей с компрессорным наддувом или турбонаддувом.
CF Для дизельных двигателей с непрямым впрыском топлива, установленных на внедорожных транспортных средствах
CF-2 Рабочее масло для двухтактных дизельных двигателей
CF-4 Рабочее масло для четырехтактных высокоскоростных дизельных двигателей
CG-4 Рабочее масло для четырехтактных высокоскоростных дизельных двигателей, работающих в тяжелых условиях эксплуатации
SAE 5W-30 7%-8% присадки
SAE 10W-30 6%-8% присадки
SAE 10W-40 12%-15% присадки
Хотя масло 10W-40 и обладает повышенной устойчивостью к высокотемпературному разжижению по сравнению с маслом 10W-30, повышенное содержание присадки-тер-мостабилизатора вязкости вызывает обострение ряда проблем. В процессе работы двигателя масло становится все гуще. Это связано со следующими факторами:
• Окисление — соединяясь с кислородом, масло становится гуще.
• Разрушение полимерных присадок— после 1000-2000 миль пробега полимеры-присадки рвутся (разрушаются) в процессе работы двигателя, в результате масло разжижается.
При повышенном окислении возрастает густота масла и в нем появляется смолистый осадок.
КЛАССИФИКАЦИЯ МАСЕЛ ПО СТАНДАРТУ ILSAC
Международный комитет по стандартизации и сертификации смазочных материалов (ILSAC — International Lubricant Standartization and Approval Committee) разработал систему классификации масел, объединившую классификацию SAE по вязкости с классификацией IPA по эксплуатационным качествам
масел. Если масло соответствует стандартам, на передней стенке канистры ставится знак соответствия — “вспышка звезды”. Владельцы автомобилей и автомеханики знают, что при наличии такой маркировки масло пригодно для использования практически в любом бензиновом двигателе (рис. 3.5). Первоначальная классификация GF-1 (gasoline fueled— для бензиновых моторов) была заменена в 1997 г. дополненной, GF-2, и в 2000 г. — GF-3.
Принцип работы и методы диагностики системы смазки двигателя 63
Рис. 3.5. "Вспышка звезды"— знак соответствия стандарту Международного комитета по стандартизации и сертификации смазочных материалов (ILSAC). Если он стоит на канистре, масло можно использовать практически в любом бензиновом двигателе
ЕВРОПЕЙСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ МАСЕЛ
Европейская ассоциация производителей автомобилей (Association des Constructeurs European d’Automobiles — ACEA) представляет, по существу, практически весь Западно-Европейский автомобильный рынок. Для испытаний масел эта организация использует двигатели, отличные от тех, которые используются SAE и API, и требования, которым должны соответствовать масла по стандарту АСЕА, отличаются от требований API, хотя в целом не расходятся с большинством из них. Стандарты АСЕА регламентируют минимально допустимые величины вязкости, по которым классифицируются масла, и устанавливают определенные требования к испаряемости масел, которые отсутствуют в стандартах API.
ЯПОНСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ МАСЕЛ
Японская организация по стандартизации автотранспортных средств (Japanese Automobile Standards Organization — JASO) также устанавливает стандарты на моторные масла. Испытания масел проводятся в маломощных японских двигателях, а их паспортные характеристики обусловливают более жесткие требования к износу клапанного механизма, чем заложенные в стандартах других стран на моторные масла.
ПРИСАДКИ К МОТОРНЫМ МАСЛАМ
Присадки добавляются в моторное масло для того чтобы:
1. восстановить определенные качества, утраченные в процессе перегонки нефти;
2. усилить определенные качества, присущие маслу изначально;
3. придать маслу новые качества, которыми оно не обладает.
Для масел из нефти, добываемой с разных месторождений, присадки требуются в разном количестве и различном составе. Присадки классифицируются обычно в соответствии с теми качествами, которые они придают маслу.
• Антиоксиданты уменьшают высокотемпературные загрязнения. Они предотвращают образование смоляного нагара на деталях, снижают коррозию подшипников и замедляют до минимума процесс образования фракций.
• Антикоррозионные присадки замедляют процесс кислотообразования, вызывающий коррозию подшипников.
• Детергенты и антикоагулянты препятствуют образованию грязевых комков в масле при низких температурах и удерживают частицы загрязнений в масле в дисперсном состоянии. Частицы загрязнений удерживаются в масле в виде взвеси, что позволяет удалить их из двигателя при замене масла.
• Противозадирные и противоизносные присадки формируют химическую пленку, которая предотвращает опасность сухого трения между поверхностями деталей при возникновении режима граничной смазки.
• Присадки-термостабилизаторы вязкости используются для снижения температурной зависимости вязкости масла.
ОБМЕ
Если двигатель сжигает масло, то причиной этого 1 может быть то, что оно грязное
Автомеханикам дано известно, что некоторые автовла-J дельцы вовсе не заменяют моторное масло. Зачастую они | полагают, что, добавляя раз в неделю кварту нового масла взамен израсходованного двигателем, они тем самым заменяют масло. Но грязное, окисленное моторное масло может привести к пригоранию поршневых колец, в результате чего нарушится плотность их контакта со стенками цилиндра. Следовательно, если заменить масло и масляный фильтр, то чистое масло может очистить поршневые кольца от нагара, особенно при продолжительной непрерывной поездке, когда масло успевает разогреться до нормальной рабочей температуры. Чтобы "исправить" двигатель, который работает нормально, но при этом "съедает" масло, может оказаться достаточным всего лишь заменить масло и масляный фильтр.
64 Глава 3
• Присадки, снижающие температуру застывания масла, покрывают кристаллы парафинов, выпадающие из масла при застывании, не позволяя им слипаться. При этом масло сохраняет текучесть при более низких температурах.
Существует множество других видов присадок, которые могут добавляться в масло для повышения его рабочих характеристик. К ним относятся антикоррозионные присадки, деактиваторы металлов, гидрофобизаторы, эмульгаторы, красители, цвето-стабилизаторы, дезодоранты и ингибиторы пенооб-разования.
Производители масел тщательно проверяют совместимость используемых присадок. Для достижения суммарного эффекта по каждой из требуемых характеристик используется множество взаимодополняющих друг друга химических веществ. Сбалансированные присадки называются присадочными комплексами.
МОТОРНЫЕ МАСЛА, ПОВЫШАЮЩИЕ ЭКОНОМИЧНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ
Для того чтобы моторное масло было признано повышающим экономичность (energy conserving — энергосберегающее) двигателя, оно должно соответствовать техническим требования стандарта ASTM (American Society of Testing Materials — Американское общество по испытанию материалов) моторных испытаний масла на индекс вязкости. Маркировка ENERGY CONSERVING будет стоять на канистрах только в том случае, если масло прошло испытания и обеспечило, по сравнению с эталонным маслом, экономию топлива не менее 1,1% — для масла класса SAE 5W-30, и не менее 0,5% — для масла класса SAE 10W-30.
ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ МАСЕЛ РАЗЛИЧНЫХ ТОРГОВЫХ МАРОК
Многие автомеханики и автовладельцы предпочитают масло определенной торговой марки. Выбор зачастую делается под влиянием маркетинга и рекламы, а также по советам друзей, родственников и механиков. Если масло выбранной торговой марки не оправдывает ожиданий, может возникнуть желание отказаться от него и выбрать другую торговую марку. Например, некоторые автовладельцы при использовании масла определенной торговой марки испытывают меньше проблем, чем в случае использования масел других торговых марок, хотя по вязкости они — одного и того же класса SAE.
Большинство специалистов согласно с тем, что регулярная, в соответствии с указаниями изготовителя,
замена масла является самой важной процедурой технического обслуживания двигателя. Рекомендуется также регулярно проверять уровень масла и при необходимости доливать его. Согласно стандарту SAE J-357 моторные масла любых торговых марок должны быть взаимозаменяемыми. Таким образом можно использовать масло любой торговой марки, если по классу вязкости и категории API оно соответствует требованиям, установленным изготовителем автомобиля. Хотя многие предпочитают определенную торговую марку масла, можете быть уверены в том, что согласно стандартам API и SAE можно использовать моторное масло любой хорошо известной торговой марки.
СИНТЕТИЧЕСКОЕ МАСЛО
Синтетические моторные масла уже давно используются в военной, промышленной и гражданской технике. Термин синтетическое означает, что моторное масло получено не из природного вещества, например, путем переработки сырой нефти, а создано в ходе определенного технологического процесса. Синтетическое масло производится из множества различных исходных компонентов в ходе многоступенчатых технологических процессов. В качестве исходных компонентов производства синтетических моторных масел используются обычно следующие вещества:
• Синтетические углеводороды (поли-альфа-оле-фины, например, Mobil 1).
• Органические эфиры (получаемые путем смешивания спирта с кислотой, например, Castrol Syntec).
• Полигликоли, например полиалкалингликолевое масло (PAG), используемое в системах кондиционирования воздуха R-134a.
Из любого из этих исходных компонентов или их совместимой комбинации можно получить множество различных фирменных синтетических масел. Некоторые типы синтетических масел не допускают замены другими типами масел. Некоторые синтетические масла представляют собой смеси с натуральными моторными маслами, полученными из природных углеводородов, но такие масла обязательно маркируются обозначением blend — смесь.
Главное преимущество синтетических моторных масел заключается в том, что они сохраняют текучесть при очень низких температурах.
Это качество синтетических масел способствует их широкому использованию в холодных климатических зонах, где важно облегчить пуск холодного двигателя.
Главный недостаток синтетических масел — высокая цена. Они могут стоить в четыре-пять раз дороже моторных масел, производимых из нефти.
Принцип работы и методы диагностики системы смазки двигателя 65
ТЕМПЕРАТУРА МАСЛА
Как слишком низкие, так и слишком высокие температуры пагубны для любого двигателя. При слишком низкой температуре масло может загустеть настолько, что окажется не способным течь по системе смазки и проникать во все точки смазки. При слишком высокой температуре масло может стать слишком жидким и прочность масляной пленки окажется недостаточной для предотвращения контакта металлических поверхностей и их износа. Рабочую температуру масла в двигателе можно оценить по следующей формуле:
Рабочая температура масла (°Ф) = температура наружного воздуха (°Ф) + 120°Ф
Например,
90°Ф (температура наружного воздуха) + 120°Ф = = 210°Ф (рабочая температура масла)
При тяжелом разгоне (или большой нагрузке на двигатель, например, при букировке трейлера), температура масла быстро возрастает. Температура масла не должна превышать 300°Ф (150°С).
ПЕРИОДИЧНОСТЬ ЗАМЕНЫ МАСЛА
Все производители двигателей и автомобилей указывают максимальный интервал между заменами масла. Замену масла рекомендуется производить при достижении установленного предела пробега автомобиля или фактического времени его эксплуатации (или количества часов работы двигателя), в зависимости от того, какое из этих событий произойдет раньше.
Большинством производителей автомобилей рекомендуемый интервал между заменами масла устанавливается в пределах от 7500 миль до 12 000 миль (от 12 000 км до 19 000 км) или каждые шесть месяцев. Если же условия эксплуатации автомобиля подпадают хотя бы под один из пунктов, перечисленных ниже, то рекомендуемый интервал между заменами масла сокращается, дабы избежать проблем, до величины от 2000 миль до 3000 миль (от 3000 км до 5000 км) или каждые три месяца. Важно запомнить, что рекомендованные изготовителями интервалы — это максимальные интервалы и в случае, если автомобиль эксплуатируется в условиях, соответствующих хотя бы одному из перечисленных ниже пунктов, их следует существенно сократить.
1. Эксплуатация в условиях запыленности.
2. Эксплуатация с прицепом (трейлером).
3. Эксплуатация в режиме коротких пробегов, особенно в холодную погоду (производители по-разному определяют понятие “короткий пробег”, но обычно это означает пробег от 4 миль до 15 миль
(от 6 км до 24 км) между пуском и выключением двигателя).
4. Эксплуатация при температурах ниже точки замерзания (32°Ф, 0°С).
5. Продолжительная эксплуатация в режиме холостого хода (это нормальный режим эксплуатации полицейских машин и такси).
ОБМЕН ОПЫТ
Придерживайтесь времен года
Ти
Автовладельцы часто забывают, когда в последний раз производили замену масла. Особенно это касается тех, ' кто пользуется или отвечает за несколько автомобилей. | Удачный способ не пропустить момент, когда нужно заменять масло — заменять его с наступлением каждого нового времени года.
Осень (21 сентября)
Зима (21 декабря)
Весна (21 марта)
Лето (21 июня)
Память о том, что масло необходимо заменять в эти сроки, помогает запланировать необходимые на это расходы в бюджете и время.
Поскольку в холодное время года автомобили, как правило, эксплуатируются в режиме коротких пробегов, автомеханики и специалисты по автомобильной технике рекомендуют заменять масло через каждые 2000-3000 миль пробега или каждые 2-3 месяца, в зависимости от того, какое из этих событий произойдет раньше.
ПРОЦЕДУРА ЗАМЕНЫ МАСЛА
Масло сливается быстрее из теплого, а не холодного двигателя. Кроме того, количество загрязнений, находящихся в суспензии масла, максимально, скорее всего, сразу же после того, как двигатель хорошо поработает. Поставьте под сливное отверстие поддон для слива масла и осторожно открутите пробку, избегая попадания на кожу горячего масла.
ВНИМАНИЕ
Отработанное моторное масло относится к веществам, потенциально опасным для здоровья. Обязательно защитите руки резиновыми перчатками. При попадании отработанного моторного масла на кожу тщательно промойте ее водой с мылом.
Пусть масло стекает самотеком, чтобы вместе с ним из двигателя ушли примеси. Необязательно ждать, пока из маслосборника стечет все масло до последней капли, потому что какая-то часть отработанного мае-
66 Глава 3
ла все равно останется в маслопроводах двигателя и масляном насосе. Пока масло сливается, проверьте уплотнительную прокладку пробки сливного отверстия и, при необходимости, замените ее.
ПРИМЕЧАНИЕ
Компания Honda рекомендует заменять прокладку пробки сливного отверстия во многих из выпускаемых ею моделей автомобилей при каждой замене масла. Используемая в этих автомобилях алюминиевая уплотнительная прокладка не обеспечивает герметичности при повторном закручивании пробки. Строго соблюдайте указания производителя автомобиля.
а)
Хитрый прокол ”
Демонтаж масляного фильтра, установленного вверх дном, может оказаться настоящей проблемой. Когда вы начинаете откручивать фильтр такой конструкции, из-под уплотнительной прокладки сразу же начинает вытекать масло. Чтобы избежать этого, проколите шилом отверстие в верхней стенке фильтра, как показано на рис. 3.6. Это небольшое отверстие откроет воздуху доступ в фильтр, позволяя таким образом маслу беспрепятственно стечь из фильтра в двигатель. Сделав прокол в фильтре, прежде чем снимать его, подождите несколько минут, чтобы масло успело стечь в двигатель.
б)
Рис. 3.6. В верхней стенке стоящего вертикально масляного фильтра прокалывается сквозное отверстие (а). После того как шило вынуто из отверстия, через него открывается доступ воздуху, который выдавливает из фильтра масло, помогая ему стечь из фильтра обратно в двигатель (6)
Когда масло перестанет течь струей и станет стекать по каплям, установите на место пробку сливного отверстия и затяните ее. Замените масляный фильтр, если это предусмотрено процедурой замены масла. Влейте в двигатель необходимое количество нового масла надлежащего класса и категории. Запустите двигатель и дайте ему поработать на холостом ходу, чтобы давление масла в системе возросло до рабочего. После этого проверьте двигатель, в особенности масляный фильтр, на отсутствие утечек масла.
МАСЛЯНЫЕ ФИЛЬТРЫ
Масло в двигателе выкачивается масляным насосом из поддона картера и прогоняется через масляный фильтр в маслопроводы системы смазки. Масляные фильтры бывают внешними и внутренними, как, например, фильтр, показанный на рис. 3.7. Фильтрующий элемент масляного фильтра изготавливается из плотно спрессованного текстильного волокна или пористой бумаги. Фильтр задерживает крупные частицы. Микроскопические примеси проходят сквозь поры фильтра. Они настолько малы, что способны течь в масляной пленке, не застревая между смазываемыми поверхностями, поэтому не наносят повреждений.
Рис. 3.7. Чтобы открыть доступ к бумажному элементу масляного фильтра в этом 3,5-литровом шестицилиндровом V-образном двигателе компании General Motors, оснащенном механизмом газораспределения с двумя верхними распределительными валами, необходимо открутить эту круглую пластмассовую крышку
Принцип работы и методы диагностики системы смазки двигателя 67
В системе смазки предусмотрен перепуск (байпас) — канал с аварийным клапаном в обход масляного фильтра. Он располагается или в двигателе или в самом фильтре. Перепускной канал обеспечивает смазку двигателя в случае, если фильтр засорится настолько, что перестанет пропускать масло — смазка, пусть даже грязным маслом, это лучше, чем полное отсутствие смазки. Перепускной канал облегчает также путь маслу, когда оно холодное и вязкое. Производители автомобилей рекомендуют, как правило, заменять масляный фильтр при каждой замене масла. Правильно выбирайте фильтр, — если в двигателе не предусмотрен перепускной канал, обязательно используйте фильтр с внутренним перепускным клапаном (рис. 3.8).
ЧАВО
г—----------—---Ч-п--- .Щ яр !> -* HWR ------
---1
Зачем заменять масло, если фильтр задерживает все примеси?
' Многие уверены, что фильтры удаляют из масла все примеси. Масляные фильтры, как правило, з_адерживают частицы размерами от 10 до 20 микрон. Микрон (микрометр — мкм) равен одной миллионной метра или 0,000039 дюйма. Большинство частиц загрязнений и сажи, которые делают масло черным, имеют размер меньше микрона. Проще говоря, на участке размером с булавочную головку поместится примерно 3 миллиона таких частиц сажи. Чтобы визуально представить себе, насколько это крошечный размер — микрон, сравните его с человеческим волосом, его диаметр — 60 микрон. Предмет размером меньше 40 микрон невидим для наших глаз.
Присадки-антикоагулянты, добавляемые в моторные масла, препятствуют слипанию посторонних частиц в комки. И эти же присадки мешают отфильтровать или удалить другими способами загрязнения из масла. Если поставить фильтр, удаляющий из масла микронные частицы, то его пропускная способность будет настолько низкой, что не обеспечит необходимый расход масла для смазки двигателя. Компании, занимающиеся регенерацией масел, используют специальные химикаты для разложения присадок-антикоагулянтов, чтобы обеспечить слипание частиц загрязнений в комки, которые можно отфильтровать или удалить иными способами из масла.
ЗАМЕНА МАСЛА В ДВИГАТЕЛЕ С ТУРБОНАДДУВОМ
Самые тяжелые условия работы масла — смазка чрезвычайно горячих подшипников турбокомпрессора. По окончании поездки имеет смысл не сразу выключать двигатель, а дать ему поработать с минуту на холостом ходу, чтобы турбокомпрессор успел сбросить скорость до остановки двигателя. Это гарантирует, что масло из двигателя будет поступать в турбокомпрессор до тех пор, пока его скорость не упадет.
Рис. 3.8. Типичный перепускной клапан масляного фильтра
^Автомобиль, проданный меньше года назад, возвратился к дилеру на ремонт. Выписывая наряд на ремонт, служащий автосервиса обратил внимание на то, что по счетчику пробег автомобиля составляет 88 000 км, и, следовательно, автомобиль уже не подлежит гарантийному ремонту. Но владелец все равно настаивал на том, чтобы его автомобиль отремонтировали. Служащий спросил, как ему удалось за такое короткое время наездить так много. Владелец
' ответил, что он торгует на всей территории "к востоку от ' Миссисипи"
Поскольку машина выглядела как новенькая, техник поинтересовался у торговца, как часто он заменял масло в своем автомобиле. Тот улыбнулся и гордо ответил: "Каждую пятницу".
Автомобили, используемые в коммерческих целях, за неделю зачастую наезжают больше 2000 миль. Как насчет того, чтобы заменять в них масло каждую неделю, а не после рекомендованного пробега?
Но в таком двигателе, как и в любом другом, максимальный износ происходит при запуске, особенно сразу же после замены масла, поскольку при этом масло стекает из многих рабочих полостей мотора. Некоторые техники, перед тем как установить новый масляный фильтр, заполняют его новым маслом,
68 Глава 3
чтобы, насколько это возможно, ускорить поступление масла в систему смазки.
Многие производители автомобилей рекомендуют также перед запуском двигателя с турбонаддувом “прокачать” его, — проворачивать при отключенном зажигании, чтобы масляный насос смог накачать масло в подшипники турбокомпрессора до запуска двигателя.
В автомобилях старых моделей для этого нужно просто отсоединить провод катушки зажигания от крышки распределителя зажигания и посадить его на «массу» чтобы не вывести из строя катушку зажигания. После разрыва таким образом цепи зажигания просто проворачивайте двигатель в течение примерно 15 секунд. Некоторые производители рекомендуют повторить это 15-секундное проворачивание двигателя через 30 секунд, чтобы дать стартеру остыть.
Современные модели автомобилей оснащены, как правило, электронными системами впрыска топлива и бесконтактными системами зажигания, в которых распределитель зажигания отсутствует. В этих автомобилях обычно приходится повозиться, чтобы отключить систему зажигания или топливную систему и не дать, таким образом, завестись двигателю.
Вот простой прием, который подходит для многих автомобилей, оснащенных системой впрыска топлива. Если при проворачивании двигателя с помощью стартера удерживать педаль газа нажатой до упора, бортовой компьютер получает сигнал о том, что дроссельная заслонка открыта до упора, и снижает количество горючего, впрыскиваемого в двигатель. Такой режим работы часто называют режимом переполнения (захлебывания) двигателя и в этом режиме бортовой компьютер снижает впрыск топлива до такой степени, что двигатель не заводится.
Поэтому для того чтобы “прокачать” большинство современных двигателей с турбонаддувом нужно просто нажать до упора педаль газа и с помощью стартера проворачивать двигатель в течение 15 секунд. Чтобы запустить двигатель нужно отпустить педаль газа.
МАСЛЯНЫЕ НАСОСЫ
Все серийные автомобильные двигатели оснащаются системой смазки под давлением. Давление масла в системе поддерживается масляным насосом.
В большинстве двигателей, оснащенных распределителем зажигания, ведомая шестерная привода распределителя находится в зацеплении с ведущей шестерней, установленной на распределительном валу, как показано на рис. 3.9. Масляный насос приводится в движение посредством промежуточного вала, зачастую шестигранной формы, соединенного с кон-
СЕТКА ВСАСЫВАЮЩЕГО
ПАТРУБКА МАСЛЯНОГО НАСОСА
Рис. 3.9. В большинстве двигателей привод масляного насоса осуществляется от шестерни привода распределителя зажигания через промежуточный вал
цом вала привода распределителя зажигания. В одних двигателях для привода распределителя зажигания и масляного насоса используется короткий вал, шестерня которого находится в зацеплении с шестерней распределительного вала. В этом случае масляный насос вращается со скоростью вдвое меньшей скорости вращения коленчатого вала. В других двигателях привод масляного насоса осуществляется непосредственно от коленчатого вала, через механизм, аналогичный механизму привода насоса автоматической трансмиссии — в этом случае скорость вращения масляного насоса совпадает со скоростью вращения коленчатого вала. Пример масляного насоса с приводом от коленчатого вала показан на рис. 3.10-3.12.
В автомобильных двигателях используются, как правило, насосы двух типов — шестеренные и роторные (рис. 3.13). Все масляные насосы являются
Рис. 3.10. Масляный насос, монтируемый на передней крышке двигателя. Он приводится во вращение коленчатым валом
Принцип работы и методы диагностики системы смазки двигателя 69
Рис. 3.11. Масляный насос шестеренно-роторного типа с приводом от коленчатого вала
Рис. 3.12. Разрез масляного насоса, установленного в восьмицилиндровом V-образном двигателе автомобиля модели Northstar компании General Motors. Болт крепления гасителя крутильных колебаний должен быть затянут с требуемым моментом затяжки, потому что именно за счет силы прижима, создаваемого этим болтом, обеспечивается работоспособность масляного насоса
насосами вытеснительного типа — при каждом обороте насос нагнетает одинаковый объем масла. Таким образом, все масло, поступившее в насос, вытесняется из него. Шестеренный насос состоит из двух прямозубых цилиндрических зубчатых колес, вращающихся в плотно подогнанном к ним корпусе. Одно из зубчатых колес соединено с приводом, а другое свободно вращается. Зубья колес, выходя из зацепления, расходятся, захватывая масло, поступающее через впускной канал
насоса. Масло гонится по внешнему кругу зубчатой передачи — в пространстве между стенками корпуса и зубьями колес, как показано на рис. 3.14. Когда зубья снова входят в зацепление, захваченное ими масло выдавливается в выпускной канал насоса — таким образом создается давление в системе смазки. Масляный насос роторного типа состоит из специального зубчатого колеса с зубьями лепестковой формы, которое находится в зацеплении с внутренней поверхностью ротора с выемками лепестковой формы. Центральное зубчатое колесо соединено с приводом, а охватывающий его ротор вращается свободно. Когда лепестки расходятся, пространство между ними заполняется маслом — точно так же как в шестеренном насосе. При вращении насоса масло переносится по кругу между лепестками. Когда лепестки сближаются, масло вытесняется из пространства между ними под давлением, таким же образом, как в шестеренном насосе. Параметры насоса подбираются таким образом, чтобы он поддерживал в масляной магистрали прогретого двигателя, работающего на холостом ходу, давление
Рис. 3.13. Масляный насос роторного типа (трахоидной конструкции) (слева) и шестеренного типа (справа)
> Впускное отверстие
Выпускное отверстие
Корпус насоса
Рис. 3.14. В масляном насосе шестеренного типа масло прокачивается по внешнему кругу зубчатой передачи. Это — пример насоса вытеснительного типа, все масло, поступающее в такой насос, вытесняется из него
70 Глава 3
не ниже 10 фунтов/кв. дюйм (70 кПа). При повышении скорости вращения двигателя давление будет возрастать примерно на 10 фунтов/кв. дюйм на каждую тысячу оборотов в минуту, поскольку скорость вращения насоса с приводом от двигателя также растет.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ДАВЛЕНИЯ МАСЛА
В двигателях с системой смазки под давлением максимальное давление в системе ограничивается с помощью клапана сброса давления. Этот клапан (иногда называемый редукционным клапаном) располагается на выпуске насоса. Клапан сброса ограничивает максимальное давление в системе, сливая масло обратно во впускной канал насоса (рис. 3.15). Максимальное давление масла определяется упругостью пружины клапана сброса. При отсутствии клапана сброса давление масла будет неограниченно расти по мере роста скорости вращения двигателя. Максимальное давление устанавливается обычно на уровне минимально допустимого давления, обеспечивающего надежную смазку всех узлов двигателя. Для смазки двигателя требуется от трех до шести галлонов масла в минуту (1 галлон (амер.) равен = 3,78 л). Масляный насос подбирается так, чтобы его производительность была достаточной для обеспечения необходимого давления на низких оборотах двигателя, но при этом не чрезмерно большой, во избежание возникновения кавитации
Рис 3.15. Пружинные клапаны сброса давления — поршневой и шаровой
на высоких оборотах. Кавитация возникает в том случае, когда скорость выкачивания масла насосом становится больше пропускной способности всасывающего патрубка. Когда насосу не хватает масла, он засасывает воздух и в потоке масла появляются воздушные пробки или пустоты. Когда насос начинает засасывать воздух или пары, он переходит в режим кавитации.
ПРИМЕЧАНИЕ
Назначение штампованной крышки, надетой сверху на сито всасывающего патрубка масляного насоса, — предотвращение кавитации. Масло удерживается под крышкой, что помогает предотвратить опасность всасывания насосом воздуха, особенно при резких торможениях и разгонах автомобиля.
Выйдя из насоса, масло подается к движущимся узлам по просверленным маслопроводам (рис. 3.16). После того как масло попадает на детали, подлежащие смазке, давление становится уже не нужным. Благодаря эффекту гидродинамической смазки между поверхностями деталей возникает и стабильно сохраняется пленка смазки. На создание избыточного давления масла расходуется дополнительная мощность, а качество смазки — ничуть ни лучше, чем при минимально необходимом давлении.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ДАВЛЕНИЕ МАСЛА В СИСТЕМЕ СМАЗКИ
Масло в системе смазки будет находиться под давлением только в том случае, если производительность масляного насоса будет превышать расход масла через все “утечки” в двигателе. Утечка масла происходит через зазоры в конечных точках системы смазки. Конечными точками являются зазоры в подшипниках, клапанные коромысла, разбрызгивающие отверстия в шатунах и т.п. Это — специально предусмотренные зазоры в двигателе, необходимые для его нормальной работы. По мере износа деталей двигателя зазоры увеличиваются и в результате утечки масла возрастают. Производительность масляного насоса должна быть достаточно большой, чтобы обеспечивать подачу масла в систему смазки с запасом, покрывающим его расход через эти утечки. Производительность масляного насоса определяется его размерами, скоростью вращения и состоянием. Когда двигатель работает на холостом ходу, насос вращается медленно и развивает низкую производительность. Если расход масла через утечки превышает производительность масляного насоса, давление масла в системе смазки оказывается недостаточным. С повышением скорости работы двигателя производительность масляного насоса растет и возрастающее давление в системе смазки приводит
Принцип работы и методы диагностики системы смазки двигателя 71
Г идравлические регуляторы теплового Кулачки Опорные шейки зазора клапанных
распределительного распределительного вала механизмов
Рис. 3.16. Поток масла поступает в двигатель через всасывающий патрубок масляного насоса и, в конце концов, стекает обратно, в поддон картера
к росту расхода масла через утечки. В результате давление масла возрастает до тех пор, пока не достигнет регулируемого максимального значения.
Вязкость моторного масла влияет и на производительность масляного насоса и на его расход через утечки. Жидкое масло (обладающее очень низкой вязкостью) легко проскальзывает мимо зубьев насоса и легко вытекает через зазоры. Горячее масло обладает пониженной вязкостью, поэтому давление масла в прогретом двигателе часто оказывается низким. Холодное
масло обладает более высокой вязкостью (густотой), чем горячее. В результате давление масла, в холодном двигателе, даже на холостом ходу оказывается выше. Высокое давление масла в холодном двигателе приводит к тому , что клапан сброса давления в этом случае должен открываться больше, чтобы сбросить излишек масла сверх необходимого для разогретого двигателя. Чем больше давление масла в системе, тем сильнее сжимается пружина редукционного клапана и тем больше становится открывающийся просвет клапана.
72 Глава 3
Использование в двигателе масла более высокой вязкости приводит к тому, что давление масла в системе охлаждения достигает установленного порога срабатывания клапана сброса на более низкой скорости вращения двигателя.
ПРОВЕРКА СОСТОЯНИЯ МАСЛЯНОГО НАСОСА
Для проверки состояния масляного насоса с него снимается крышка. Зубчатые колеса и корпус проверяются на отсутствие задиров. Если рабочие поверхности корпуса и зубчатых колес сильно изношены, насос подлежит замене. При незначительном износе необходимо измерить зазоры в насосе — зазор между зубчатыми колесами и стенками корпуса, зазор между встречными зубьями обоих зубчатых колес и зазор между боковыми поверхностями зубчатых колес и крышкой насоса. Обычно эти измерения делаются с помощью калиберного щупа. Зазор между боковыми поверхностями зубчатых колес и крышкой насоса может быть измерен с помощью пластичной калибровочной ленты. В случае обнаружения чрезмерных зазоров или царапин насос необходимо заменить (рис. 3.17-3.18).
Рис. 3.17. Масляный насос со следами сильного износа, скорее всего, из-за сильно загрязненного моторного масла
У большинства двигателей масляный насос подлежит замене при выполнении любого ремонта, особенно в случае, если ремонт связан с нарушением смазки двигателя.
ПРИМЕЧАНИЕ
Масляный насос — это "сток отбросов" всего двигателя. Между зубчатыми колесами и корпусом масляного насоса зачастую "протискиваются" все отходы работы двигателя.
а)
6)
Рис. 3.18. При осмотре масляного насоса выявлен сильный износ его крышки (а). На одном из зубьев шестерен обнаружено постороннее включение — этот насос годится только на металлолом (6)
На рис. 3.19 и 3.20 показано, как проверяются зазоры в масляном насосе. При проверке степени износа масляного насоса всегда пользуйтесь спецификациями технических характеристик производителя. Зазоры в масляном насосе имеют, как правило, следующие величины:
• торцевой зазор (между боковыми поверхностями зубчатых колес и крышкой насоса): 0,0015 дюймов (0,04 мм);
• боковой зазор (ротор): 0,012 дюймов (0,30 мм);
• зазор между вершинами лепестков и стенкой ротора: 0,010 дюймов (0,25 мм);
• осевой зазор (люфт зубчатых колес): 0,004 дюймов (0,1 мм);
Необходимо тщательно проверить износ всех деталей. Проверьте клапан сброса на отсутствие задиров и состояние пружины. При установке масляного
Принцип работы и методы диагностики системы смазки двигателя 73
Рис. 3.19. Проверка зазора между зубом и корпусом масляного насоса
насоса необходимо нанести на поверхности всех уплотнений монтажную смазку — это облегчит забор масла из маслоотстойника при первом пуске масляного насоса1.
МАСЛОПРОВОДЫ В БЛОКЕ ДВИГАТЕЛЯ
Пройдя через масляный фильтр, масло через отверстие, просверленное в блоке двигателя, поступает в главную масляную магистраль или продольный коллектор. Масляная магистраль представляет собой длинный канал, идущий вдоль всего двигателя — от его переднего торца до заднего. В рядных двигателях масляная магистраль — одна; в V-образных двигателях их может быть и две, и три. На рис. 3.21 показан чертеж V-образного двигателя, в котором имеется одна главная масляная магистраль и две масляных магистрали гидравлических толкателей клапанов. По каналам, просверленным в перемычках блока, масло подается из главной масляной магистрали к подшипникам коленчатого вала и распределительных валов. В некоторых типах двигателей масло подается сначала к подшипникам распределительных валов, а затем к коренным подшипникам.
Чтобы подшипник получал достаточно смазки необходимо, чтобы смазочные отверстия в подшипниках совпадали по размеру с маслопроводными кана-
Рис. 3.20. Измерение зазора между боковой поверхностью зубчатого колеса и крышкой масляного насоса
лами в опорах подшипников. При продолжительной эксплуатации подшипники изнашиваются, что приводит к увеличению зазора. Избыточный зазор приводит к тому, что растет утечка через боковые стороны подшипника. В результате для смазки подшипников, расположенных дальше по ходу системы смазки, масла становится недостаточно или вовсе не остается. Это — главная причина выхода подшипников из строя. После замены подшипника, вышедшего из строя из-за недостаточной смазки, новый подшипник снова может выйти из строя, если не заменить одновременно все изношенные подшипники, имеющие недопустимо большие зазоры.
СМАЗКА КЛАПАННОГО МЕХАНИЗМА
Из масляной магистрали по маслопроводным каналам масло подается к толкателям клапанов. Если используются гидравлические толкатели, давление масла в магистрали поддерживает их в заполненном состоянии. В некоторых типах двигателей масло из толкателя клапана поднимается по полой штанге и смазывает концы штанги, шарнир клапанного коромысла и верхушку стержня клапана. В друшх конструкциях двигателей маслопроводный канал идет от главной масляной магистрали или опоры распределительного вала к плите блока двигателя, где стыкуется через прокладку с отверстием в головке блока цилиндров Через это отверстие масло подается на ось клапанного коромысла. В некоторых конструкциях двигателей масло к клапанному механизму поступает через увеличенное болтовое О1верстие в стойке оси клапанного коромысла, проходя в зазоре между
1 При сборке масляного насоса, для облегчения засасывания масла при первом пуске, рекомендуется смазать зубья шестерен и внутренние поверхности корпуса консистентной смазкой. — Примеч. ред.
74 Глава 3
СМАЗКА ВАЛА ПРИВОДА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ЗАЖИГАНИЯ
СМАЗКА ЦЕПИ ПРИВОДА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО
Рис. 3.21. Система смазки типичного V-образного двигателя. В двигателе имеется одна главная масляная магистраль, идущая прямо над распределительным валом, и две масляных магистрали толкателей клапанов (публикуется с любезного разрешения отделения Chevrolet Motor Division корпорации GMC)
Рис. 3.22. Ось клапанного коромысла смазывается маслом, поступающим через зазор между болтовым отверстием в стойке оси клапанного коромысла и крепежным болтом
Смазочный канал
Штанга толкателя клапанного коромысла
Рис. 3.23. Шарнир клапанного коромысла смазывается через нижнее отверстие в полой оси клапанного коромысла. В других вариантах конструкции клапанного коромысла смазка подается через полую штангу толкателя клапанного коромысла
Принцип работы и методы диагностики системы смазки двигателя 75
болтовым отверстием и крепежным болтом. Чертеж этого варианта конструкции показан на рис. 3.22. Через отверстия в нижней части полой оси клапанного коромысла осуществляется смазка шарнира коромысла. Механические нагрузки, действующие на клапанное коромысло со стороны узла клапана, прижимают его к смазочному отверстию в оси, как показано на рис. 3.23. Тем самым предотвращается избыточная утечка масла через шарнир клапанного коромысла. Часто смазка конца штанги толкателя и верхушки стержня клапана осуществляется через отверстия, просверленные в литом клапанном коромысле. Узлу клапанного коромысла требуется только поверхностная смазка, поэтому пропускная способность маслопроводных каналов, идущих к клапанному коромыслу, снижается до минимума путем сужения отверстий или дозированной подачи масла. Если смазка узла клапанного коромысла осуществляется через штангу толкателя, то в конструкции толкателя клапанного коромысла предусматривается дроссельный или дозирующий диск. Часто для дозирования подачи масла к осям клапанных коромысел используются отверстия в шейках распределительного вала, которые размещаются на одной линии с маслопроводными каналами.
Масло, просачивающееся из клапанных механизмов, возвращается в масляный поддон через дренажные отверстия. Эти отверстия часто расставляются так, чтобы масло сливалось на распределительный вал или ведущие шестерни распределительного вала, смазывая их.
В некоторых конструкциях двигателей принимаются специальные меры, обеспечивающие принуди-
тельное направление потока масла на ведущие шестерни и цепь привода распределительного вала. Это может быть отверстие или канавка на поверхности разъема подшипника, разбрызгивающая масло на нагруженный участок механизма привода распределительного вала.
МАСЛЯНЫЕ ПОДДОНЫ
Ускорения, торможения или резкие повороты автомобиля вызывают взбалтывание масла в масляном поддоне. Для того чтобы всасывающий патрубок при любых условиях оставался погруженным в масло, принимаются меры по гашению волн масла — поверхность масляного поддона делается фасонной и в поддоне устанавливаются маслоотражатели. Вращающийся коленчатый вал действует как своего рода вентилятор, увлекая за собой воздух, находящийся в картере. Этот воздушный вихрь взбалтывает масло, насыщая его пузырьками воздуха, что вызывает вспенивание масла. Масляная пена смазывает поверхности не так, как жидкое масло, поэтому вспенивание масла может стать причиной выхода из строя подшипников. Для предотвращения вспенивания масла в двигателях иногда устанавливается специальный вихрегасящий или вихретормозящий желоб. Он может быть выполнен в виде отдельного узла, как показанный на рис. 3.24, или быть конструктивной частью поддона картера. Тормозящие желоба создают полезный побочный эффект, ограничивая объем воздуха, вовлекаемого вращающимся коленчатым валом в вихревое движение, и снижая тем самым потери мощности двигателя на высоких оборотах.
Рис. 3.24. Вихретормозящий желоб крепится между коленчатым валом и поддоном картера
76 Глава 3
МАСЛЯНЫЕ РАДИАТОРЫ
В форсированных двигателях и двигателях с турбонаддувом необходимо поддерживать температуру масла в строго определенных пределах. На рис. 3.25 приведен пример масляного радиатора серийного двигателя большой мощности. Увеличение объема масляного поддона также способствует регулированию температуры масла. Охлаждающая жидкость, пропускаемая через масляный радиатор, нагревает масло в холодном двигателе и охлаждает его, когда двигатель горячий. Масло в двигателе должно иметь температуру выше 212°Ф (100°С) чтобы из него выпаривалась остаточная вода, но его температура не должна превосходить границу в диапазоне от 280°Ф до 300°Ф (от 138°С до 148°С).
Рис. 3.25. Типичный масляный теплообменник двигателя.
Масло охлаждается охлаждающей жидкостью, пропускаемой через теплообменник. К теплообменнику крепится масляный фильтр
ЧАВО 7Н
Какой расход масла считается допустимым?
По поводу допустимого расхода масла существует множество разных мнений. Автовладельцы хотели бы вовсе не доливать масла в двигатель в период между его заме- ’ нами, даже если заменяют его не чаще чем через 7500 миль (12 000 км)! За счет повышения качества обработки и усовершенствования конструкции поршневых колец удалось добиться заметного ограничения расхода масла. Стационарные двигатели и многие двигатели, используе- . мые в промышленном оборудовании, работают на неподвижных платформах, следовательно, у них нет такого параметра как пробег, но и они расходуют масло.
Универсальное правило оценки "допустимого" расхода масла состоит в том, что расход масла не должен превышать 0,002-0,004 фунта в час в расчете на одну лошадиную силу. Для оценки используйте следующую формулу: ____________1,82 х расход масла в квартах________ мощность двигателя, в л.с. х к-во часов работы двигателя “
= фунт/(л.с. х час)
1 кварта (амер.) = 0,95 л.
Таким образом, расход масла зависит от продолжительности работы двигателя. Хотя для двигателей автомобилей, используемых для ежедневных поездок, эта формула может оказаться неподходящей, но она может быть полезной для оценки расхода масла в судоходных двигателях или двигателях промышленного оборудования. В целом, если расход масла, в расчете на одну лошадиную силу, превышает одну кварту (0,95 л) на 600 миль (1000 км) пробега, то для автомобильного двигателя такой расход считается чрезмерным.
ПРИМЕЧАНИЕ
Главной причиной высокого расхода масла и одной из причин многих утечек является неисправная или засоренная система вентиляции картера. Прежде чем затевать дорогостоящий ремонт, проверьте состояние системы вентиляции картера.
Проверяйте воздушный фильтр!
При обнаружении в воздушном фильтре следов масла проверьте состояние клапана и шлангов системы вентиляции картера (PCV — positive cranckase ventilation).
СИСТЕМА ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ КАРТЕРА
Во всех двигателях газы, прорывающиеся через поршневые кольца, удаляются системой принудительной вентиляции картера (positive cranckase ventilation — PCV). Эта система откачивает испарения из картера во впускной коллектор. Во время такта впуска они засасываются в цилиндры двигателя и сжигаются в камере сгорания. В некоторых конструкциях двигателей картерные газы пропускаются через фильтр воздухозаборника.
Принцип работы и методы диагностики системы смазки двигателя 77
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Вязкость характеризует густоту масла или его сопротивляемость растеканию.
2. Давление в системе смазки двигателя, создаваемое масляным насосом, обычно находится в пределах от 10 до 60 фунтов/кв. дюйм (от 200 до 400 кПа) (из расчета 10 фунтов/кв. дюйм на каждую тысячу оборотов в минуту).
3. Гидродинамическая пленка между опорными поверхностями подшипников находится под давлением, которое, как правило, превышает 1000 фунтов/кв. дюйм (6900 кПа).
4. Большинство производителей автомобилей рекомендуют использовать масла класса SAE 5W-30 или SAE 10W-30.
5. Большинство производителей автомобилей рекомендуют заменять масло через каждые 7500 миль (12 000 км) пробега или каждые шесть месяцев, в зависимости от того, какое из этих событий произойдет раньше. Большинство специалистов рекомендуют заменять масло через каждые 3000 миль (5000 км) пробега или каждые три месяца, чтобы максимально продлить ресурс двигателя.
6. Привод масляного насоса осуществляется или непосредственно от коленчатого вала или от распределительного вала через промежуточную шестерню или вал.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. За счет чего формируется клинообразная пленка смазки?
2. Объясните суть эффекта гидродинамической смазки.
3. Что означает маркировка “Energy Conserving”?
4. Объясните, почему холодное и густое масло поступает в двигатель в обход масляного фильтра.
5. Объясните, как внутренние утечки в двигателе влияют на давление в системе смазки.
6. Объясните принцип действия перепускного (байпасного) клапана, установленного в масляном фильтре или в держателе масляного фильтра.
7. Опишите, каким путем течет масло от масляного насоса через масляный фильтр и коренные подшипники двигателя к механизму газораспределения.
8. Объясните назначение вихретормозящего желоба.
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. Стандартное давление, создаваемое масляным насосом в системе смазки двигателя, составляет
а. От 3 до 7 фунтов/кв. дюйм.
6. От 10 до 60 фунтов/кв. дюйм.
в. От 100 до 150 фунтов/кв. дюйм.
г. От 180 до 210 фунтов/кв. дюйм.
2. Интервалы между заменами масла, рекомендуемые большинством производителей автомобилей, представляют собой.
а. Максимально допустимые интервалы по величине пробега или времени эксплуатации.
6. Минимально допустимые интервалы по величине пробега или времени эксплуатации.
в. Только пробег автомобиля между заменами масла.
г. Обычно только время эксплуатации автомобиля между заменами масла.
3. Моторное масло класса SAE 10W-30 представляет собой.
а. Масло класса SAE 10 с присадками, повышающими его высокотемпературную вязкость.
б. Масло класса SAE 20 с присадками, повышающими его высокотемпературную вязкость.
в. Масло класса SAE 30 с присадками, повышающими его высокотемпературную вязкость.
г. Масло класса SAE 30 с присадками-детергентами (моющими).
4. В процессе эксплуатации в двигателе масло
а. Становится жиже в результате химического разложения в процессе старения.
б. Становится гуще вследствие окисления, загрязнения частицами продуктов износа узлов двигателя и побочными продуктами сгорания топлива.
в. Становится гуще вследствие колебаний температуры.
г. Становится жиже вследствие окисления, загрязнения частицами продуктов износа узлов двигателя и побочными продуктами сгорания топлива.
5. Механик А считает, что в двигателе на протяжении всего ресурса необходимо использовать моторное масло одной и той же торговой марки.
Механик Б считает, что можно использовать любое масло, которое по своим характеристикам соответствует требуемым по стандартам SAE и API,
78 Глава 3
поскольку все моторные масла взаимозаменяемы. Кто из них прав?
а. Только механик А.
6. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
6. Механик А говорит, что некоторые производители автомобилей рекомендуют для конкретных типов двигателей моторные масла определенных категорий по стандарту API. Механик Б говорит, что в двигателе должно использоваться масло определенной категории по стандарту API и определенного класса вязкости по стандарту SAE. Кто из них прав?
а. Только механик А.
б. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
7. Два механика беседуют о масляных фильтрах. Механик А считает, что для того чтобы масло оставалось чистым, достаточно всего лишь регулярно заменять фильтр. Механик Б считает, что масляные фильтры не в состоянии задержать примеси, которые меньше тех, что еще различимы человеческим глазом. Кто из них прав?
а. Только механик А.
6. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
8. К смазке двигателя с турбонаддувом предъявляются особенно жесткие требования, а именно
а. Должны строго соблюдаться указанные интервалы между заменами масла.
6. Должно использоваться масло только указанного класса по стандарту SAE и указанной категории по стандарту API.
в. Двигатель с турбонаддувом перед запуском необходимо “прокачать”, проворачивая его стартером при отключенном зажигании.
г. Верно все сказанное выше.
9. Какова производительность типичного масляного насоса?
а. От 3 до 6 галлонов в минуту.
6. От 6 до 10 галлонов в минуту.
в. От 10 до 60 галлонов в минуту.
г. От 50 до 100 галлонов в минуту.
10. Какие узлы и детали последними получают масло и первыми страдают от отсутствия масла или недостаточного давления в типичных системах смазки серийных двигателей?
а. Коренные подшипники.
6. Шатунные подшипники.
в. Механизмы клапанов.
г. Масляные фильтры.
ГЛАВА
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска
Цель главы 4 — научить читателя:
1. Знать правила техники безопасности при работе с аккумуляторной батареей.
2. Знать методику проверки работоспособности аккумуляторной батареи.
3. Уметь правильно заряжать аккумуляторную батарею.
4. Понимать принцип работы системы электроснабжения и электрического пуска.
5. Знать методики проверки системы электрического пуска двигателя.
6. Разбираться в особенностях проверки работоспособности различных автомобильных генераторов.
Для того чтобы завести двигатель, необходимо принудительно вращать его. Система электроснабжения и электрического пуска предназначена для вырабатывания необходимой электроэнергии и передачи ее от аккумуляторной батареи стартеру, который проворачивает двигатель.
Аккумуляторная батарея служит источником электропитания для всех потребителей электроэнергии, имеющихся в автомобиле. Аккумуляторная батарея является одним из самых важных узлов автомобиля.
В любом автомобиле электрические узлы потребляют при работе ток от аккумуляторной батареи. Система электроснабжения предназначена для постоянного поддержания аккумуляторной батареи в полностью заряженном состоянии. Устройство, вырабатывающее электроэнергию, согласно стандарту SAE называется генератором.
Во всех электрогенераторах для преобразования механической энергии в электрическую используется явление электромагнитной индукции. Принцип электромагнитной индукции заключается в том, что при перемещении проводника в магнитном поле в нем возникает электрический ток.
НАЗНАЧЕНИЕ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ
Главное назначение автомобильной аккумуляторной батареи — служить источником электрической энергии, необходимой для пуска двигателя, и резервным источником питания в случае, если энергии, вырабатываемой генератором, оказывается недостаточно для электроснабжения автомобиля. Аккумуляторная батарея служит также стабилизатором напряжения системы электроснабжения в целом. Аккумуляторная батарея действует как стабилизатор напряжения, поскольку она выполняет роль накопителя электроэнергии, отдающего во время пуска двигателя за короткое время большой (многоамперный) ток, и пополняемого постепенно генератором автомобиля в процессе подзарядки. Прежде чем проверять систему электроснабжения и электрического пуска, необходимо убедиться в том, что аккумуляторная батарея находится в хорошем (работоспособном) состоянии.
КАК РАБОТАЕТ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ
В полностью заряженной кислотно-свинцовой аккумуляторной батарее положительный электрод, выполненный из диоксида (пероксида) свинца, и отрицательный электрод, выполненный из чистого (губ
80 Глава 4
чатого) свинца, погружены в раствор серной кислоты (электролит). В каждой ячейке аккумуляторной батареи разность потенциалов (напряжение) между электродом из пероксида свинца и электродом из чистого свинца, погруженными в электролит, составляет приблизительно 2,1 В (рис. 4.1)
Рис. 4.1. На этой фотографии вскрытой аккумуляторной батареи видно соединение ячеек аккумуляторной батареи друг с другом через перегородку
В процессе разряда
Диоксид свинца (PbOJ, из которого состоит положительный электрод, вступает в реакцию с ионами SO4 из электролита. Высвободившийся в результате этой реакции кислород О, соединяется с водородом электролита, образуя НЭО. Вещество, из которого состоит отрицательный электрод, также вступает в реакцию с ионами SO4 из электролита, в результате чего образуется сульфат свинца (PbSOJ (рис. 4.2).
В полностью разряженном состоянии
В полностью разряженной аккумуляторной батарее оба электрода — и отрицательный, и положи-
ЭЛЕКТРОД (РЬ02) ЭЛЕКТРОД (РЬ)
Рис. 4.2. Химическая реакция, происходящая в полностью заряженной аккумуляторной батарее в процессе разряда
тельный — превратились полностью в PbSO4 (сульфата свинца), а электролит превратился в воду (Н2О). Обычно невозможно полностью, на 100%, разрядить аккумуляторную батарею, но если она полностью разряжается, то пластины и электролит становятся полностью неработоспособными.
ВНИМАНИЕ
Когда аккумуляторная батарея разряжена, возникает опасность ее замерзания, поскольку в этом состоянии электролит представляет собой практически воду.
В процессе заряда
В процессе заряда аккумуляторной батареи происходит восстановление исходных материалов электродов из сульфата свинца. Положительный электрод восстанавливается, превращаясь в пероксид свинца (РЬО2), а отрицательный — в чистый свинец (РЬ). Выделяющиеся в процессе восстановления ионы SO4 возвращаются в электролит, восстанавливая его в раствор серной кислоты исходной концентрации (рис. 4.3).
ПЛОТНОСТЬ ЭЛЕКТРОЛИТА
Концентрация серной кислоты в электролите характеризуется плотностью электролита. Плотность любой жидкости определяется как отношение ее удельного веса к удельному весу воды. Иными словами, чем удельный вес вещества (жидкости) больше, тем выше ее плотность. Эталоном плотности выбрана дистиллированная вода, плотность которой принята равной 1,000 при температуре 80°Ф (27°С). Плотность
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска 81
Рис. 4.3. Химическая реакция, происходящая в полностью разряженной аккумуляторной батарее в процессе зарядки
ПОЛНОСТЬЮ ЗАРЯЖЕНА
ПЛОТНОСТЬ ЭЛЕКТРОЛИТА
НИЖЕ 1 230-1,250
чистой серной кислоты составляет 1,835. Нормальная концентрация водного раствора серной кислоты (раствора, состоящего на 64% из воды и на 36% из серной кислоты, называемого электролитом) характеризуется плотностью электролита в пределах от 1,260 до 1,280 при температуре 80°Ф (27°С). Чем выше плотность электролита в аккумуляторной батарее, тем выше степень ее заряженности (рис. 4.4).
Индикаторы степени заряженности аккумулятора
Некоторые типы аккумуляторных батарей оснащены встроенным индикатором степени заряженности. Такой индикатор представляет собой просто небольшой ареометр шарикового типа, вмонтированный в одну из ячеек аккумуляторной батареи. В этом ареометре используется пластмассовый шарик, который всплывает в электролите нормальной плотности (когда аккумулятор заряжен примерно на 65%). Когда шарик всплывает, он появляется в окошке ареометра, изменяя его цвет (рис. 4.5 и рис. 4.6). Поскольку ареометр контролирует плотность электролита только в одной из ячеек аккумуляторной батареи (а в 12-вольтовой аккумуляторной батарее их — шесть), и поскольку шарик ареометра может легко застрять в одном положении, полагаться на его показания, как на достоверную информацию о степени заряженности аккумуляторной батареи, не следует.
НЕДОПУСТИМО РАЗРЯЖЕНА!
Рис. 4.5. Типичный индикатор степени заряженности аккумуляторной батареи. При низкой плотности электролита (разряженная аккумуляторная батарея) шарик-поплавок тонет, соскальзывая с отражательной призмы. При достаточной степени заряженности аккумуляторной батареи шарик всплывает, и его цвет (обычно зеленый) приводит к изменению света, отражаемого призмой в сторону окошка индикатора, — оно темнеет
РАЗРЯЖАЕТСЯ
КИСЛОТА
ВОДА
Рис. 4.4. В процессе разряда аккумуляторной батареи плотность электролита снижается
82 Глава 4
Рис. 4.6. Аккумуляторная батарея с частично удаленным корпусом, в котором виден вмонтированный индикатор степени заряженности аккумулятора. Если уровень электролита опускается ниже дна призмы, окошко индикатора становится прозрачным (светлым). Производители аккумуляторных батарей предупреждают о том, что в случае снижения уровня электролита в герметизированной аккумуляторной батарее, такая аккумуляторная батарея подлежит немедленной замене. Попытка зарядить аккумуляторную батарею, имеющую недостаточный уровень электролита, может привести к скоплению в ней газов и закончиться взрывом аккумуляторной батареи
Связь между плотностью электролита, степенью заряженности и напряжением аккумуляторной батареи
Ниже в таблице приведены значения плотности электролита и соответствующие им значения степени заряженности и напряжения аккумуляторной батареи при температуре 80°Ф (27°С).
Плотность электролита Степень заряженности аккумуляторной батареи Напряжение аккумуляторной батареи (В)
1,265 Полностью заряжена Не ниже 12,6
1,225 Заряжена на 75% 12,4
1,190 Заряжена на 50% 12,2
1,155 Заряжена на 25% 12,0
Ниже 1,120 Разряжена 11,9 и ниже
Крепление аккумуляторной батареи в автомобиле
Аккумуляторная батарея, во избежание ее повреждения, должна быть обязательно надежно закреплена в автомобиле. Под действием нормальной вибрации автомобиля активная масса может осыпаться с пластин аккумуляторной батареи. Зажимы и кронштейны крепления аккумуляторной батареи обеспечивают ос
лабление ее вибрации, которая может стать причиной значительного снижения емкости и ресурса любой аккумуляторной батареи.
ПАСПОРТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ
Паспортной характеристикой аккумуляторных батарей является величина тока, который они способны обеспечить при определенных условиях нагрузки.
Пусковой разрядный ток при низкой температуре
Автомобильная аккумуляторная батарея должна обеспечивать запас электрической энергии, необходимой для пуска двигателя при низкой температуре и при этом поддерживать достаточно высокое напряжение для нормальной работы системы зажигания при пуске двигателя.
Мощность аккумуляторной батареи при низкой температуре характеризуется величиной пускового тока в амперах, который способна обеспечить аккумуляторная батарея при температуре 0°Ф (-18°С) в течение 30 секунд, при сохранении напряжения каждой ячейки аккумуляторной батареи на уровне не ниже 1,2 В. Это означает, что у 12-вольтовой аккумуляторной батареи напряжение должно быть не ниже 7,2 В, а у 6-вольтовой — не ниже 3,6 В. Оценка номинальной пусковой мощности аккумуляторной батареи при низкой температуре называется номинальным пусковым током при низкой температуре, или ССА-током (ССА — cold-cranking amperes). При одинаковой цене аккумуляторная батарея тем лучше, чем выше ее ССА-ток.
Пусковой разрядный ток
СА-ток (СА — cranking amperes) аккумуляторной батареи — это параметр, отличный от CCA-тока, но именно СА-ток аккумуляторной батареи часто указывается на ее маркировке и приводится в рекламных материалах. СА-ток аккумуляторной батареи — это величина пускового тока в амперах, который способна обеспечить аккумуляторная батарея при температуре 32°Ф (0°С). СА-ток аккумуляторной батареи оказывается выше, чем ССА-ток, измеряемый в более жестких условиях (рис. 4.7).
Резервная емкость
Номинальная резервная емкость аккумуляторной батареи означает время, в минутах, в течение которого аккумуляторная батарея обеспечивает разрядный ток 25 А при сохранении напряжения одной ячейки аккумуляторной батареи на уровне не ниже 1,75 В (10,5 В для 12-вольтовой аккумуляторной батареи).
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска 83
Рис. 4.7. СА-ток этой аккумуляторной батареи составляет 1000 А. Это означает, что данная аккумуляторная батарея при температуре 32°Ф (0°С) способна обеспечить пусковой ток величиной в 1000 А в течение 30 секунд, при сохранении напряжения одной ячейки аккумулятора на уровне не ниже 1,2 В (7,2 в для 12-вольтовой аккумуляторной батареи)
Этот параметр показывает фактически время, в течение которого аккумуляторная батарея способна, в случае выхода из строя системы электроснабжения, обеспечивать работу электрооборудования автомобиля в движении.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ
Правила техники безопасности
Аккумуляторные батареи заполнены серной кислотой и в процессе нормального цикла заряда-разряда в них выделяются взрывоопасные газы (водород и кислород). Во избежание травмирования персонала или повреждения автомобиля неукоснительно соблюдайте следующие правила техники безопасности:
1. Перед тем как приступать к работе с любыми электрическими компонентами автомобиля, отсоедините кабель питания от минусовой клеммы аккумулятора. При отсоединенном минусовом кабеле питания все электрические цепи в автомобиле будут разомкнуты, что обеспечит предотвращение случайного замыкания любого электрического компонента на массу. Электрическая искра создает потенциальную опасность травмирования и возникновения возгорания.
2. Любые работы, связанные с аккумуляторной батареей, должны выполняться в защитных очках.
3. Для защиты от попадания серной кислоты, которой заполнена аккумуляторная батарея, на кожу используйте защитную одежду.
4. Не нарушайте указанных в процедурах технического обслуживания правил техники безопасности при обращении с оборудованием, используемым для технического обслуживания и испытания аккумуляторных батарей.
5. Категорически запрещается курить или использовать открытый огонь в непосредственной близости от аккумуляторной батареи.
Текущее обслуживание аккумуляторной батареи
Текущее техническое обслуживание аккумуляторной батареи заключается в проверке чистоты корпуса аккумуляторной батареи и, при необходимости, добавлении в нее чистой воды. Все производители аккумуляторных батарей рекомендуют использовать для этой цели дистиллированную воду, но в случае ее отсутствия можно использовать чистую питьевую воду с низким содержанием солей. Поскольку вода — это единственный расходуемый компонент аккумуляторной батареи, доливать в аккумуляторную батарею кислоту не допускается. Часть воды из электролита улетучивается в процессе заряда и разряда аккумуляторной батареи, но кислота, содержащаяся в электролите, остается в аккумуляторной батарее. Не переполняйте аккумуляторную батарею электролитом, потому что в таком случае нормальный барботаж (газообразование), возникающий в электролите в процессе работы аккумуляторной батареи, приведет к утечке электролита, вызывающей коррозию клемм аккумуляторной батареи, ее кронштейнов крепления и поддона. Аккумуляторные батареи следует заполнять электролитом до уровня примерно на полтора дюйма (3,8 см) ниже верха заливной горловины.
Контакты кабелей питания, подключаемых к аккумуляторной батарее, и клеммы самой аккумуляторной батареи необходимо осмотреть и очистить во избежание падения напряжения на них. Одной из распространенных причин того, что двигатель не заводится, является ослабление или коррозия контактов кабелей питания, подсоединенных к клеммам аккумуляторной батареи (рис. 4.8-4.10).
Измерение ЭДС аккумуляторной батареи
Измерение электродвижущей силы (ЭДС) аккумуляторной батареи с помощью вольтметра является простым способом определения степени ее заряжен-ности. ЭДС аккумуляторной батареи не является показателем, который гарантирует работоспособность аккумуляторной батареи, но этот параметр полнее характеризует состояние аккумуляторной батареи, чем просто ее осмотр. Аккумуляторная батарея, которая по внешнему виду вполне работоспособна, на самом деле может оказаться не такой хорошей, как кажется.
84 Глава 4
Рис. 4.8. Сильно корродированная клемма аккумуляторной батареи
Рис. 4.9. Было обнаружено, что этот кабель питания, подсоединенный к аккумуляторной батарее, сильно корродирован под изоляцией. Хотя коррозия насквозь разъела изоляцию, но оставалась незамеченной до тех пор, пока кабель не был тщательно осмотрен. Этот кабель подлежит замене
Эта проверка называется измерением напряжения в режиме холостого хода (проверкой ЭДС) аккумуляторной батареи потому, что измерение проводится на клеммах аккумуляторной батареи без подключенной к ней нагрузки, при нулевом токе потребления.
1. Если проверка производится сразу же по окончании зарядки аккумуляторной батареи или в автомобиле по окончании поездки, перед измерением необходимо освободить аккумуляторную батарею от ЭДС поляризации. ЭДС поляризации — это повышенное, по сравнению с нормальным, напряжение, которое возникает только на поверхности аккумуляторных пластин. ЭДС поляризации быстро исчезает, когда аккумуляторная работает под нагрузкой, поэтому она не дает точной оценки степени заряженности аккумуляторной батареи.
Рис. 4.10. Тщательно проверьте все клеммы аккумуляторной батареи на наличие признаков коррозии. В этом автомобиле два кабеля питания присоединены к плюсовой клемме аккумуляторной батареи с помощью длинного болта. Это — распространенная причина коррозии, которая вызывает нарушение электрического пуска двигателя
2. Для освобождения аккумуляторной батареи от ЭДС поляризации включите фары в режим дальнего света на одну минуту, а затем, выключите их и подождите пару минут.
3. При выключенном двигателе и всем остальном электрооборудовании, при закрытых дверях (чтобы был выключен свет в салоне), подключите вольтметр к клеммам аккумуляторной батареи. Красный, плюсовой, провод вольтметра подсоедините к плюсовой клемме аккумуляторной батареи, а черный, минусовой, провод — к ее минусовой клемме.
ПРИМЕЧАНИЕ
Если вольтметр выдает отрицательное показание, то, либо аккумуляторная батарея заряжена в обратной полярности (и тогда подлежит замене), либо вольтметр подключен к аккумуляторной батарее в обратной полярности.
4. Зафиксируйте показание вольтметра и сравните его с таблицей степени заряженности аккумуляторной батареи. Приведенная ниже таблица подходит для оценки степени заряженности аккумуляторной батареи по величине ЭДС при комнатной температуре — от 70°Ф до 80°Ф (от 21 °C до 27°С) (рис. 4.11).
ЭДС аккумуляторной батареи (В) Степень заряженности
12,6 В и выше Заряжена на 100%
12,4 Заряжена на 75%
12,2 Заряжена на 50%
12,0 Заряжена на 25%
11,9 и ниже Разряжена
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска 85
а)
6)
Рис. 4.11. Вольтметр показывает напряжение аккумуляторной батареи через одну минуту после включения фар (а). После выключения фар напряжение, измеренное на аккумуляторной батарее, быстро восстановилось до 12,6 В (6)
Измерение напряжения аккумуляторной батареи под нагрузкой
Одним из наиболее точных способов определения работоспособности аккумуляторной батареи является измерение напряжения аккумуляторной батареи под нагрузкой. В большинстве тестеров пусковых и зарядных характеристик автомобильных аккумуляторных батарей в качестве нагрузки аккумуляторной батареи используется угольный реостат. Параметры нагрузки определяются номинальной емкостью проверяемой аккумуляторной батареи. Номинальная емкость аккумуляторной батареи характеризуется величиной пускового тока, который способна обеспечить аккумуляторная батарея при температуре 0°Ф (-18°С) в течение 30 секунд. Ранее использовалась характеристика номинальной емкости аккумуляторных батарей в ампер-часах. Измерение напряжения аккумуляторной батареи под нагрузкой производится при величине разрядного тока, равной половине номинального ССА-тока аккумуляторной батареи или утроенной номинальной емкости аккумуляторной батареи в ампер-часах, но не менее 250 ампер. Измерение напряжения аккумуляторной батареи под нагрузкой производится после проверки степени ее заряженности по встроенному ареометру или путем измерения ЭДС аккумуляторной батареи. Аккумуляторная батарея должна быть заряжена не менее чем на 75%. К аккумуляторной батарее подключают соответствующую нагрузку и по истечении 15 секунд работы аккумуляторной батареи под нагрузкой фиксируют показания вольтметра при подключенной нагрузке. Если аккумуляторная батарея — хорошая, то показание вольтметра должны оставаться выше 9,6 В. Многие производители аккумуляторных батарей рекомендуют проводить измерение дважды: первые 15 секунд работы аккумуляторной батареи под нагрузкой используются для освобождения от ЭДС поляризации, а вторые 15 секунд— для получения более достоверной оценки состояния аккумуляторной батареи. Между первым и вторым циклом работы под нагрузкой необходимо сделать выдержку в 30 секунд, чтобы дать аккумуляторной батарее время на восстановление (рис. 4.12 и рис. 4.13).
ПРИМЕЧАНИЕ
Некоторые тестеры для определения степени заряженности и работоспособности аккумуляторной батареи измеряют емкость аккумуляторной батареи. Соблюдайте процедуру проверки, установленную производителем испытательного оборудования.
Если аккумуляторная батарея не прошла испытания под нагрузкой, подзарядите ее и повторите проверку. В случае если вторая проверка закончилась неудачно, аккумуляторная батарея подлежит замене.
86 Глава 4
Рис. 4.12. Тестер пусковых и зарядных характеристик автомобильных аккумуляторных батарей, выпущенный компанией Bear Automotive, автоматически включает проверяемую аккумуляторную батарею в режим работы под нагрузкой в течение 15 секунд — для удаления ЭДС поляризации, затем отключает нагрузку на 30 секунд для восстановления аккумуляторной батареи и снова подключает нагрузку на 15 секунд. На дисплей тестера выводится информация о состоянии аккумуляторной батареи
жиме зарядки. Пояснения, касающиеся стандартного режима зарядки аккумуляторной батареи, приведены на рис. 4.14. Необходимо помнить о том, что для зарядки полностью разряженной аккумуляторной батареи может потребоваться часов восемь, а то и более. Первоначально необходимо в течение 30 минут поддерживать зарядный ток на уровне около 35 А — для того, чтобы облегчить начало процесса зарядки аккумуляторной батареи. В режиме ускоренной зарядки аккумуляторной батареи происходит ее усиленный нагрев и возрастает опасность коробления аккумуляторных пластин. В режиме ускоренной зарядки происходит также усиленное газообразование (выделение водорода и кислорода), что создает опасность для здоровья и опасность возгорания. Температура аккумуляторной батареи не должна выходить за пределы 125°Ф (52°С, аккумуляторная батарея — горячая на ощупь). Зарядку аккумуляторных батарей рекомендуется, как правило, производить зарядным током, равным 1% паспортного значения ССА-тока.
Режим ускоренной зарядки максимум 15 А Стандартный режим зарядки максимум 5 А
Рис. 4.13. Тестер VAT-40 (вольтамперметр, модель 40) компании Sun Electric, подключенный к аккумуляторной батарее для испытаний под нагрузкой. Оператор с помощью регулятора тока нагрузки устанавливает по показанию амперметра величину тока разряда, равную половине номинального CCA-тока аккумуляторной батареи. Аккумуляторная батарея работает под нагрузкой в течение 15 секунд и по окончании этого интервала времени напряжение аккумуляторной батареи, измеренное при подключенной нагрузке, должно быть не ниже 9,6 В
Зарядка аккумуляторной батареи
Если аккумуляторная батарея сильно разряжена, ее необходимо подзарядить. Зарядку аккумуляторной батареи, во избежание ее повреждения вследствие перегрева, лучше всего производить в стандартном ре-
Гэто может произойти с каждым! >
Г Владелец автомобиля Toyota отключил аккумуляторную ба-1 ! тарею. После подключения новой аккумуляторной батаре-V ей владелец заметил, что на приборной панели загорелась | ч желтая лампочка сигнализации "подушка безопасности" J а радиоприемник заблокировался. Владелец приобрел по-л | держанный автомобиль у дилера и не знал секретного четырехзначного кода, необходимого для разблокирования радиоприемника. Вынужденный искать способ решения1' | этой проблемы, он наугад попробовал ввести три разныхi четырехзначных числа в надежде, что одно из них подойдет. Однако после трех неудачных попыток радиоприем- J ник полностью отключился.
Расстроенный владелец обратился к дилеру. Устранение возникшей проблемы обошлось более чем в триста долларов. Для сброса сигнализации "подушка безопасности* потребовался специальный прибор. Радиоприемник пришлось вынуть из автомобиля и отослать в другой штат, в авторизованный сервисный центр, а по возвращении заново установить в автомобиле.
Поэтому, прежде чем отключать аккумуляторную батарею, обязательно согласуйте это с владельцем автомобиля — вы должны убедиться в том, что владельцу известен секретный код включения закодированного радиоприемника, который одновременно используется в системе охраны автомобиля. Может потребоваться использование устройства резервного питания памяти радиоприемника при отключенной аккумуляторной батарее (рис. 4.15).
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска 87
Рис. 4.14. Это устройство для зарядки аккумуляторных батарей отрегулировано на зарядку аккумуляторной батареи номинальным зарядным током 10 А. Зарядка аккумуляторной батареи в стандартном режиме, как на приведенной фотографии, не так сильно действует на аккумуляторную батарею, как режим ускоренной зарядки, в котором не исключается перегрев аккумуляторной батареи и коробление аккумуляторных пластин
Рис. 4.15. Вот удачная мысль. Техник сделал источник резервного питания памяти из старого аккумуляторного фонарика и кабеля с переходником к гнезду прикуривателя. Он просто подсоединил провода к выводам аккумулятора имевшегося у него аккумуляторного фонарика. Аккумулятор фонарика использовать удобней, чем обычную 9-вольтовую батарейку — на случай, если кому-то придет в голову открыть дверь автомобиля в то время, когда источник резервного питания памяти будет включен в цепь. 9-вольтовая батарейка, имеющая небольшую емкость, в этом случае быстро бы разрядилась, в то время как емкость аккумулятора фонарика достаточно велика и ее хватит на то, чтобы даже при включении освещения салона обеспечить необходимое
ПУСК ДВИГАТЕЛЯ ОТ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ, СТОЯЩЕЙ В ДРУГОМ АВТОМОБИЛЕ
Для электрического пуска двигателя с неработоспособной аккумуляторной батареей от аккумуляторной батареи, стоящей в другом автомобиле, соедините электрические цепи автомобилей надежными медными кабельными перемычками по схеме, приведенной на рис. 4.16. Последним всегда необходимо подключать кабель к блоку цилиндров или кронштейну двигателя автомобиля с неработающей аккумуляторной батареей — точку подключения кабеля необходимо выбрать как можно дальше от аккумуляторной батареи. Обычно при подключении последнего кабеля в точке контакта проскакивает электрическая искра, которая может вызвать взрыв газов, окружающих аккумуляторную батарею. Во многих новых моделях автомобилей предусмотрены специальные контакты на корпус, установленные подальше от аккумуляторной батареи,— специально на случай пуска двигателя от внешней аккумуляторной батареи. Точное расположение этих контактов должно быть указано в руководстве пользователя или руководстве по техническому обслуживанию автомобиля.
ЧАВ
Правда ли, что аккумуляторные батареи нельзя ставить на бетонный пол? « ? т
В. - t 4 $ . - ЛёЛЙ
^Неиспользуемые аккумуляторные батареи должны хра-
ниться в прохладном, сухом месте. Многим техникам ^известно предупреждение о том, что аккумуляторные
батареи нельзя хранить и ставить на бетонном полу. По * -мнению специалистов по аккумуляторным батареям, не-ч одинаковая температура сверху и внизу аккумуляторной батареи приводит к тому, что между верхней (более теплой) и нижней (более холодной) частью аккумуляторной батареи возникает разность напряжений. Неравномерная температура аккумуляторной батареи вызывает ее саморазряд. Действительно, на подводных лодках с целью предотвращения саморазряда аккумуляторных батарей неравномерность их температуры выравнивается с помощью специальной системы термостабилизации, которая обеспечивает циркуляцию морской воды в пространстве, окружающем аккумуляторные батареи.
Поэтому не ставьте и не храните аккумуляторные батареи на полу, держите их в таком месте, где обеспечивается равномерная температура по всему объему аккумуляторной батареи, и защищайте аккумуляторную батарею от воздействия чрезмерно высоких или низких температур. Опасности непосредственного разряда аккумуляторной батареи через бетонный пол не существует, потому что корпус аккумуляторной батареи является очень хорошим электрическим изолятором.
питание памяти
88 Глава 4
ДВИГАТЕЛЯ
Рис. 4.16. Схема подключения кабельных перемычек при пуске двигателя от аккумуляторной батареи, стоящей в другом автомобиле. Обратите внимание на то, что в последнюю очередь производится подключение кабельной перемычки к блоку цилиндров или кронштейну крепления заводимого двигателя. Подсоединение необходимо производить как можно дальше от аккумулятора во избежание возникновения искры, так как это может привести к повреждению автомобиля с неисправным аккумулятором или нанести травмы тому, кто выполняет запуск двигателя от внешнего аккумулятора
СИСТЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ
В систему электрического пуска двигателя входят механические и электрические узлы, которые обеспечивают проворачивание двигателя при его пуске. В начале прошлого века двигатель проворачивали вручную, с помощью заводной рукоятки. В состав современных схем электрического пуска двигателя входят следующие компоненты:
Стартер. Стартер — это, обычно, электродвигатель мощностью от 0,5 до 2,6 л.с. (от 0,4 кВт до 2,0 кВт) (рис. 4.17).
Рис. 4.17. Пример типичного стартера с тяговым реле
Аккумуляторная батарея. Аккумуляторная батарея должна иметь необходимую емкость и быть заряженной, по крайней мере, на 75%, чтобы обеспечить ток и напряжение, необходимые для нормальной работы стартера.
Тяговое реле. Стартер потребляет большой пусковой ток, и в системе должны быть предусмотрены средства включения и выключения стартера. Для непосредственного включения и выключения стартера потребовался бы очень мощный выключатель. Вместо этого используется слаботочный переключатель (за-мок/выключатель зажигания), который управляет специальным реле, коммутирующим большой пусковой ток.
Механизм привода двигателя. Механический привод двигателя от стартера осуществляется с помощью небольшой шестерни, установленной на валу стартера, которая вводится в зацепление с зубчатым венцом, стоящим на маховике двигателя, и обеспечивает передачу крутящего момента со стартера на коленчатый вал двигателя, заставляя его вращаться.
Замок/выключатель зажигания. Замок/выключа-тель зажигания и блокировочные выключатели управляют работой стартера.
Блокировочный выключатель стартера (ПРИ ВКЛЮЧЕННОМ СЦЕПЛЕНИИ). Этот выключатель блокирует включение стартера в случае, если переключатель скоростей не находится в положении парковки или на нейтрали, или педаль сцепления — отпущена (рис. 4.18).
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска 89
БЛОКИРОВОЧНЫЙ
ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ СТАРТЕРА ПРИ ВКЛЮЧЕННОМ СЦЕПЛЕНИИ
РЫЧАГ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ВЕДУЩЕЙ ШЕСТЕРНИ СТАРТЕРА
ПЛУНЖЕР
УДЕРЖИВАЮЩАЯ ОБМОТКА ТЯГОВОГО РЕЛЕ
о
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ
3 М
ВТЯГИВАЮЩАЯ ОБМОТКА ТЯГОВОГО РЕЛЕ
КЛЮЧ ЗАЖИГАНИЯ
К ПЛЮСОВОЙ КЛЕММЕ АККУМУЛЯТОРА
КОНТАКТНЫЙ ДИСК
ВЕДУЩАЯ ШЕСТЕРНЯ СТАРТЕРА
освещение салона
При диагностике причины нарушения нормального пуска двигателя откройте дверь автомобиля и проследите за тем, как изменяется яркость лампочек освещения салона.
Яркость свечения лампы освещения зависит от напряжения ее питания.
При нормальной работе стартера яркость освещение салона слегка уменьшается.
Если яркость освещения не изменяется, то причиной нарушения, обычно, является обрыв в цепи управления системой пуска.
Если освещение почти или полностью гаснет, то причиной нарушения, скорее всего, является короткое замыкание или пробой на массу обмоток возбуждения стартера или неисправность аккумуляторной батареи.
Рис. 4.18. Типичная схема электрического пуска двигателя. Обратите внимание на то, что в первый момент при повороте ключа зажигания в положение "пуск" напряжение подается одновременно и на втягивающую обмотку и на удерживающую обмотку тягового реле. Как только контактный диск электромагнита замыкает клеммы В и М, через обмотку стартера начинает течь ток от аккумуляторной батареи
Не стучите по стартеру! :
В прошлом нередко можно было наблюдать, как техник' стучал по стартеру, пытаясь выяснить, почему он не работает. Часто под действием ударной нагрузки происходило выравнивание или смещение токосъемных щеток, ротора и вкладышей подшипников. Во многих случаях после удара по стартеру его работоспособность — пусть даже и ненадолго — восстанавливалась.
Но в конструкции большинства современных стартеров используются постоянные магниты, которые отличаются хрупкостью и при ударе по стартеру могут расколоться. Разбитый магнит распадается на несколько слабых магнитов. В ряде первых конструкций стартеров с постоянными магнитами, магниты приклеивались к корпусу статора. При сильном ударе по стартеру эти магниты разлетались на куски, которые, попав на ротор или в гнезда подшипников, приводили стартер в полную негодность.
ВЫЯВЛЕНИЕ И УСТРАНЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПУСКА
Нормальная работа системы электрического пуска зависит от состояния аккумуляторной батареи, кабелей
и соединителей, а также работоспособности самого стартера. 11оскольку нарушение нормальной работы системы может быть вызвано выходом из строя любого компонента схемы пуска, для быстрого выявления и устранения причины нарушения работы системы необходимо проверить работоспособность каждого элемента ее схемы.
90 Глава 4
ВНИМАНИЕ
Производители стартеров утверждают, что самой распространенной причиной повреждения стартера является низкое напряжение аккумуляторной батареи. При снижении напряжения аккумуляторной батареи для поддержания необходимой мощности ток через стартер должен возрасти. Потребляемая электрическая мощность равна произведению тока на напряжение, поэтому снижение напряжения автоматически вызывает рост тока через стартер.
----------------------- ------------- _
Слишком горячий!
Если кабель или контакт оказывается горячим на ощупь, это связано с его сопротивлением. Сопротивление преобразует электрическую энергию в тепловую. Поэтому, если у вас не оказалось под рукой вольтметра, потрогайте кабели и контакты во время электрического пуска двигателя. Если какой-нибудь кабель или контакт окажется горячим на ощупь, его необходимо почистить или заменить.
ПРОВЕРКА ТОКА ПОТРЕБЛЕНИЯ СТАРТЕРА
Перед проверкой тока потребления стартера убедитесь в том, что аккумуляторная батарея имеет достаточный заряд (не менее 75%) и в состоянии обеспечить необходимый пусковой ток.
Проверка тока потребления стартера производится в случае нарушения нормальной работы стартера (медленное вращение при пуске двигателя) или при текущем техническом обслуживании системы электроснабжения автомобиля. В некоторых руководствах по техническому обслуживанию указывается номинальный ток потребления стартера при его работе в составе автомобиля. Однако в большинстве руководств по техническому обслуживанию указываются только технические требования к стартеру при испытании его на стенде, без нагрузки. Если точные технические характеристики стартера неизвестны, то приведенные ниже данные можно использовать в качестве общих технических требований к стартерам при их проверке в составе автомобиля.
4-цилиндровые двигатели 150-185 А
6-цилиндровые двигатели 160-200 А
8-цилиндровые двигатели 185-250 А
Повышенный ток потребления стартера может быть вызван одной из следующих причин:
1. Низкое напряжение аккумуляторной батареи (разряженная или неисправная аккумуляторная батарея).
2. Заедание ротора стартера вследствие износа подшипников.
3. Слишком густое (имеющее слишком высокую вязкость) масло для данных климатических условий.
4ABi
Неисправный или разряженный аккумулятор 9,8 В при пусковом токе 213 А
Мощность = 213 х 9,8 = = 2090 Вт
г___—---------------------------------------
Почему при неисправном или разряженном аккумуляторе ток, потребляемый стартером, * возрастает?
Для проворачивания двигателя стартеру необходима ori-I ределенная мощность от аккумулятора. Что такое мощность? Мощность (Р) — это произведение силы тока (/) на 1 напряжение (Е) (Р = I х Е). Мощность, потребляемая стар-тером при запуске двигателя, остается неизменной даже при пониженном напряжении аккумуляторной батареи.
. Например:
Исправный, заряженный аккумулятор
11,0 В при пусковом токе 190 А
Мощность = 190 х 11,0 = = 2090 Вт . J » ? ; i
Обратите внимание на то, что мощность, потребляемая стартером при запуске двигателя, остается неизменной
• (2090 Вт). Но напряжение исправной заряженной аккумуляторной батареи остается на уровне 11 В при пусковом токе, необходимом для нормальной работы стартера (190 А). Напряжение неисправной или разряженной аккумуляторной батареи снижается при увеличении разрядного тока. Мощность, потребляемая стартером при запуске двигателя, остается неизменной. Чем ниже напряжение аккумулятора, тем выше должен быть ток разряда, чтобы мощность оставалась неизменной. Обратите внимание — ток разряда при запуске двигателя составляет 190 А для нормального заряженного аккумулятора, и 213 А— для неисправного или разряженного аккумулятора. Поэтому, чтобы результаты измерений были точными, для измерения тока потребления стартера необходимо использовать заведомо исправную аккумуляторную батарею, заряженную, как минимум, на 75%.
4. Короткое замыкание или пробой на массу обмоток стартера или кабелей.
5. Тугое вращение или заклинивание двигателя.
Смотрите также таблицу процедуры диагностики стартера, приведенную на рис. 4.19.
ПРОВЕРКА НА СТЕНДЕ
Перед установкой в автомобиль каждый стартер должен быть проверен. Обычно для этого стартер закрепляют на стенде во избежание его самопроизвольного перемещения во время испытания и подключают толстыми (как минимум, калибра 4-AWG — 20 мм2), кабелями к заведомо работоспособной аккумуляторной батарее. Частота оборотов стартера должна соответствовать значению, указанному в технических требованиях при токе потребления, не превышающем указанный ток потребления в режиме вращения без нагрузки.
СТАРТЕР ВРАЩАЕТСЯ?
ДА-МЕДЛЕННО
ДА - НОРМАЛЬНО
ТОЛЬКО “ЩЕЛКАЕТ'
ПРИЧИНА-РАЗРЯЖЕНА АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ, ВЫСОКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ КАБЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЛИ НЕИСПРАВНОСТЬ СТАРТЕРА
1. ПОЩУПАЙТЕ КАБЕЛИ, ПОДСОЕДИНЕННЫЕ К АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕ, И ИХ КОНТАКТЫ. ЕСЛИ ПОСЛЕ ПОПЫТКИ ЗАПУСКА ДВИГАТЕЛЯ ОНИ ГОРЯЧИЕ - ЗАМЕНИТЕ КАБЕЛИ ПИТАНИЯ, ОЧИСТИТЕ КОНТАКТ(Ы). ПОПРОБУЙТЕ ЗАПУСТИТЬ ДВИГАТЕЛЬ ЕЩЕ РАЗ.
2. РАЗРЯЖЕН АККУМУЛЯТОР - ПРОВЕРЬТЕ АККУМУЛЯТОР, ПОДЗАРЯДИТЕ ЕГО И СНОВА ПОПРОБУЙТЕ ЗАПУСТИТЬ ДВИГАТЕЛЬ.
3. ОТКЛЮЧИТЕ ЗАЖИГАНИЕ -ОТСОЕДИНИТЕ ВЫВОД КАТУШКИ ЗАЖИГАНИЯ ОТ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ЗАЖИГАНИЯ И ЗАЗЕМЛИТЕ ЕГО. В СИСТЕМЕ ЗАЖИГАНИЯ ТИПА HEI КОМПАНИИ GM - ОТКЛЮЧИТЕ ПИТАНИЕ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ.
ПРОБЛЕМА НЕ СВЯЗАНА С СИСТЕМОЙ ПУСКА. ПРОВЕРЬТЕ СИСТЕМУ ЗАЖИГАНИЯ И ТОПЛИВНУЮ СИСТЕМУ
НЕТ-НЕ СЛЫШНО СРАБАТЫВАНИЯ ТЯГОВОГО РЕЛЕ (НЕТ "ЩЕЛЧКА”)
ЯРКОСТЬ СВЕЧЕНИЯ ФАР НЕ МЕНЯЕТСЯ
СВЕЧЕНИЕ ФАР СНИЖАЕТСЯ ИЛИ ПОЛНОСТЬЮ ПРОПАДАЕТ
ПРИЧИНА -РАЗРЯЖЕННАЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ ИЛИ НЕДОСТАТОЧНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ПИТАНИЯ СТАРТЕРА
ТЕПЕРЬ СТАРТЕР ВРАЩАЕТСЯ НОРМАЛЬНО?
НЕТ
ДА
ПРОВЕРЬТЕ ТОК
ПОТРЕБЛЕНИЯ СТАРТЕРА
ЕСЛИ СТАРТЕР ПОТРЕБЛЯЕТ СЛИШКОМ БОЛЬШОЙ ТОК, ПРОВЕРЬТЕ, МОЖНО ЛИ ПРОВЕРНУТЬ ДВИГАТЕЛЬ ВРУЧНУЮ - С ПОМОЩЬЮ ГАЕЧНОГО КЛЮЧА, НАДЕТОГО НА КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ ДВИГАТЕЛЯ
ДВИГАТЕЛЬ ВРАЩАЕТСЯ ВРУЧНУЮ СВОБОДНО
ЗАМЕНИТЕ ИЛИ
ОТРЕМОНТИРУЙТЕ СТАРТЕР И ТЯГОВОЕ РЕЛЕ
ПРОБЛЕМА, ВЕРОЯТНО, СВЯЗАНА С НЕИСПРАВНОСТЬЮ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ПРОВЕРЬТЕ НАПРЯЖЕНИЕ НА КЛЕММЕ S (START) ТЯГОВОГО РЕЛЕ ПРИ ПОВОРОТЕ КЛЮЧА ЗАЖИГАНИЯ В ПОЛОЖЕНИЕ “ПУСК”
НАПРЯЖЕНИЕ ОТСУТСТВУЕТ
СОЕДИНИТЕ НАПРЯМУЮ ПЕРЕМЫЧКОЙ ПЛЮСОВУЮ КЛЕММУ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ С КЛЕММОЙ S (STARTER) ТЯГОВОГО РЕЛЕ СТАРТЕРА
ПРИЧИНА - РАННЕЕ ЗАЖИГАНИЕ. ПРОВЕРЬТЕ ПРИВОД МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ ЗАЖИГАНИЯ (ЕСЛИ АВТОМОБИЛЬ ОСНАЩЕН ИМ), ВОЗМОЖНО, ЛОПНУЛ РОТОР ИЛИ ТРЕСНУЛА ИЛИ ПРОБИТА КРЫШКА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ЗАЖИГАНИЯ
ДВИГАТЕЛЬ ВРАЩАЕТСЯ ВРУЧНУЮ ТУГО
Рис. 4.19. Процедура диагностики стартера
ЗАРЯДИТЕ ИЛИ ЗАМЕНИТЕ АККУМУЛЯТОРНУЮ БАТАРЕЮ И ПОТОРНО ПРОВЕРЬТЕ РАБОТУ СТАРТЕРА
ОЧИСТИТЕ КОНТАКТЫ КАБЕЛЕЙ, ПОДСОЕДИНЕННЫХ К АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕ И СТАРТЕРУ, ПРОВЕРЬТЕ КОНТАКТЫ НА МАССУ, ЗАРЯДИТЕ АККУМУЛЯТОРНУЮ БАТАРЕЮ
НАПРЯЖЕНИЕ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ
ЗАМЕНИТЕ ИЛИ
ОТРЕМОНТИРУЙТЕ СТАРТЕР
И ТЯГОВОЕ РЕЛЕ
ДВИГАТЕЛЬ ВРАЩАЕТСЯ
УСТРАНИТЕ ОБРЫВ
В ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ
НАЙДИТЕ И УСТРАНИТЕ МЕХАНИЧЕСКУЮ ПРИЧИНУ ЗАКЛИНИВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ
ДВИГАТЕЛЬ НЕ ВРАЩАЕТСЯ
ЗАМЕНИТЕ ИЛИ ОТРЕМОНТИРУЙТЕ СТАРТЕР И ТЯГОВОЕ РЕЛЕ
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска
92 Глава 4
ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Принцип работы генератора переменного тока
Ротор генератора переменного тока (иногда называемого альтернатором) приводится во вращение двигателем через ременную передачу. За счет электромагнитной индукции магнитное поле ротора возбуждает ток в обмотках статора (рис. 4.20 и 4.21).
ВРАЩАЮЩЕЕСЯ
ЦЕПЬ НАГРУЗКИ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Рис. 4.20. Силовые линии вращающегося магнитного поля, пронизывающие замкнутый проводящий контур, возбуждают в нем электрический ток
г3 '
Регулятор
Шарикоподшипник
Шарикоподшипник
Щетки токосъемника
Обмотка возбуждения Обмотки статора
Наружный вентилятор
Ротор
Внутренний вентилятор
Шкив привода генератора
Статор
Контактные кольца токосъемника
Задняя (ближняя к контактным кольцам токосъемника) крышка корпуса генератора
Генераторы переменного тока рассчитаны, как правило, на то, чтобы при частоте вращения двигателя 2000 оборотов в минуту генерировать электроэнергию напряжением в пределах от 13,5 В до 15 В. Обязательно сверьтесь с паспортными техническими характеристиками генератора, указанными производителем. Например, генераторы в большинстве автомобилей компании General Motors, по данным изготовителя обеспечивают зарядное напряжение 14,7±0,5 В (т.е. в диапазоне от 14,2 В до 15,2 В).
Измерение напряжения, генерируемого системой электроснабжения, должно производиться при аккумуляторной батарее, заряженной не менее чем на 75%. При разряженности (или неисправности) аккумуляторной батареи напряжение зарядки аккумулятора может оказаться ниже установленного паспортного значения. Измерение напряжения зарядки аккумуляторной батареи производится по следующей методике. 1. К аккумуляторной батарее подключают, с соблюдением полярности, вольтметр.
2. Устанавливают вольтметр в режим измерения напряжения постоянного тока.
3. Заводят двигатель и доводят скорость его вращения до повышенных оборотов холостого хода (примерно 2000 оборотов в минуту).
Передняя (ближняя к шкиву привода) крышка корпуса генератора
Рис. 4.21. Устройство типичного генератора переменного тока (альтернатора)
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска 93
Рис. 4.22. Цифровой мультиметр необходимо установить в режим измерения напряжения постоянного тока и подключить его красный провод к плюсовой клемме, а черный провод — к минусовой клемме аккумуляторной батареи
4. Фиксируют показание вольтметра и сравнивают его с паспортным значением (рис. 4.22). Если измеренное напряжение оказывается ниже паспортного, прежде чем заменять генератор, заряжают аккумуляторную батарею и снова проверяют напряжение в зарядной цепи.
СОВЕТ
Если показания вольтметра сначала нарастают, а затем, по мере повышения частоты оборотов двигателя, снижаются, причиной этого является ослабление натяжения или проскальзывание приводного ремня генератора.
ОБМЕН
г--------—---------------------
Проверьте исправность предохранителя
| с помощью индикаторной лампочки-пробника I
2 У большинства генераторов предусмотрен разъемный ' соединитель с предохранителем в кабеле, соединяющем клемму на задней, ближней к контактным кольцам токосъемника, крышке генератора с плюсовой клеммой аккумуляторной батареи. При неисправности этого соединения (перегорании предохранителя) система зарядки аккумулятора становится неработоспособной. Не один раз случалось так, что генератор снимали, а затем снова ставили на свое место, только потому, что своевременно не обратили внимания не этот перегоревший предохранитель. Быстрый и простой способ проверки исправности предохранителя— коснитесь щупом индикаторной лампочки-пробника, второй конец которого соединен на массу, выходной клеммы генератора. Если лампочка светится, то предохранитель цел. Эта проверка позволяет убедиться в том, что цепь между генератором и аккумуляторной батареей не разорвана.
а)
6)
Рис. 4.23. Простой и удобный измерительный кабель можно сделать из двужильного кабеля, вилки гнезда прикуривателя и двух однополюсных штекеров ("бананов"), которые подходят к гнездам СОМ и V большинства цифровых измерительных приборов (а). Подключив таким кабелем измерительный прибор к гнезду прикуривателя, можно легко измерить напряжение в зарядной цепи аккумуляторной батареи (6)
через разъем прикуривателя (рис. 4.23). Для этого необходимо изготовить кабельный переходник. Возьмите двухпроводной кабель и присоедините к нему с одной стороны вилку гнезда прикуривателя, а с другой стороны — два од
нополюсных штекера с продольными пружинящими контактами (так называемые "бананы"). Эти штекеры подходят к гнезду СОМ (общий) и измерительному гнезду напряжения большинства измерительных приборов.
94 Глава 4
Контроль переменного напряжения на выходе генератора
На выходе исправного генератора переменного тока переменное напряжение должно отсутствовать. Выпрямительные диоды, установленные в генераторе переменного тока, должны выпрямлять переменное напряжение, вырабатываемое генератором, преобразуя его в постоянное напряжение. Контроль переменного напряжения выполняется по следующей методике:
Шаг 1. Цифровой измерительный прибор устанавливают в режим измерения напряжения переменного тока.
Шаг 2. Заводят двигатель и доводят скорость его вращения до 2000 оборотов в минуту.
Шаг 3. Подключают вольтметр к клеммам аккумулятора.
Шаг 4. Включают фары, чтобы обеспечить нагрузку генератора.
ПРИМЕЧАНИЕ
Для получения более точных показаний вольтметр подключают к выходным клеммам генератора.
Результаты измерений интерпретируются следующим образом: если выпрямительные диоды исправны, амплитуда переменного напряжения, измеренная вольтметром, должна составлять менее 0,4 В. Если она превышает 0,5 В, это означает, что выпрямительные диоды неисправны.
ПРИМЕЧАНИЕ
Эта методика непригодна для диагностики неисправных диодов.
Проверка мощности, вырабатываемой генератором
Система электроснабжения может быть способна обеспечить необходимое напряжение, но в то же время неспособна обеспечить требуемую мощность. Если возникают сомнения относительно мощности, вырабатываемой системой электроснабжения, прежде всего необходимо проверить натяжение приводного ремня генератора. При выключенном двигателе попытайтесь рукой повернуть вентилятор генератора. Если это удается, замените или отрегулируйте натяжение приводного ремня. На рис. 4.24 и 4.25 показано, как подключается испытательное оборудование для проверки выходной мощности генератора.
Проверка выходной мощности генератора выполняется по следующей методике:
Шаг 1. Подсоедините кабели испытательного оборудования для измерения мощности генератора в пусковом и зарядном режиме работы в соответствии с инструкцией производителя.
Шаг 2. Поверните ключ зажигания (двигатель не работает) и зафиксируйте показание амперметра. Это измерение дает величину тока, потребляемого системой зажигания — она должна находиться в пределах от 2 А до 8 А.
Рис. 4.24. Типичная схема подключения испытательного оборудования при измерении тока в пусковом и зарядном режиме
ЗЕЛЕНЫЕ КЛЕЩИ ТОКОИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ИНДУКТИВНОГО ДАТЧИКА
ЧЕРНЫЙ
ЗАЖИМ
ПРОВОДА БОЛЬШОГО
СЕЧЕНИЯ ОТ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
МИНУСОВЫЙ
ПРОВОД НАГРУЗКИ
К СТАРТЕРУ
КРАСНЫЙ ЗАЖИМ
ПЛЮСОВОЙ
ПРОВОД НАГРУЗКИ
12-ВОЛ ЬТОВАЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска 95
Рис. 4.25. Клещи токоизмерительного индуктивного датчика должны охватывать все кабели, идущие от клеммы аккумулятора. Какие именно это будут кабели — плюсовые или минусовые, не имеет значения, потому что из аккумуляторной батареи вытекает и втекает в нее равный по величине ток
Рис. 4.26. Номинальный выходной ток у большинства генераторов компании GM выштампован на передней крышке — на ее стороне, обращенной к шкиву привода генератора, или сверху, под небольшой бобышкой с резьбовым монтажным отверстием
Шаг 3. Заведите двигатель и доведите скорость вращения до 2000 оборотов в минуту (повышенные обороты холостого хода). Медленно вращайте регулятор нагрузки до получения максимального показания амперметра. Зафиксируйте это показание.
Шаг 4. Сложите показания амперметра, полученные в шаге 2 и шаге 3. Результат не должен отличаться более чем на 10% (или 15 А) от номинального выходного тока генератора.
Если измеренный ток отличается от номинального выходного тока генератора более чем на 10%, повторите испытание, отключив регулятор напряжения и по
дав полный ток возбуждения через обмотку возбуждения ротора генератора.
ПРИМЕЧАНИЕ
Регулируя величину нагрузки, приложенной к аккумуляторной батарее, при проведении испытания генератора на величину выходного тока с помощью испытательного оборудования, оснащенного угольным реостатом, соблюдайте осторожность — не допускайте снижения напряжения аккумуляторной батареи ниже 12 В. Максимальный выходной ток у большинства генераторов достигается при напряжении выше 13 В.
96 Глава 4
ФОТОРЯД Замана ремня привода агрегатов двигателя
Ил. 3.1. Специальный инструмент, пригодный для демонтажа и замены приводных ремней агрегатов двигателя большинства моделей автомобилей
Ил. 3.2. Инструмент прикрепляют к натяжителю ремня. Длинная ручка инструмента обеспечивает необходимый рычаг для отвода натяжителя от ремня
Ил. 3.3. Отведя натяжитель ремня с помощью инструмента, освобождают ремень
Ил. 3.4. После освобождения от натяжителя ремень легко снимается
Ил. 3.5. При установке нового поликлинового ремня привода необходимо удерживать инструмент, не отпуская его, пока ремень прокладывается по всем приводным шкивам. Как правило, под капотом автомобиля имеется табличка, на которой показана правильная прокладка ремня привода агрегатов двигателя
Ил. 3.6. После того, как ремень проложен по приводным шкивам, отпускают натяжитель ремня и снимают с него инструмент. Заводят двигатель и проверяют правильность установки ремня привода агрегатов
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска 97
ФОТОРЯД Измерение ЭДС аккумуляторной батареи и ее напряжения в режиме пуска двигателя и режиме подзаряда
Ил. 4.2. Подсоединяют зажим красного измерительного провода мультиметра к плюсовой клемме аккумуляторной батареи, а зажим черного провода — к ее минусовой клемме
Ил. 4.1. Подготавливают цифровой мультиметр к измерению напряжения: штекер красного измерительного провода вставляют в гнездо "VQ" (красного цвета), а штекер черного измерительного провода — в гнездо "СОМ" как показано на этой фотографии
Ил. 4.3. Переключают мультиметр в режим измерения напряжения постоянного тока
Ил. 4.4. Включают фары автомобиля примерно на одну минуту, чтобы освободить аккумуляторную батарею от ЭДС поляризации
Ил. 4.5. Включив фары, наблюдают за показаниями вольтметра. Если аккумуляторная батарея хорошая и полностью заряженная, то вольтметр покажет сначала небольшое снижение напряжения, как видно на этой фотографии (12,44 В). Если аккумулятор разряжен, в момент включения фар вольтметр покажет резкое снижение напряжения
Ил. 4.6. Примерно через минуту после включения или после того, как показания вольтметра перестанут изменяться, выключите фары
98 Глава 4
Измерение ЭДС аккумуляторной батареи и ее напряжения в режиме пуска двигателя и режиме подзаряда продолжение
Ил. 4.7. После выключения фар напряжение должно возрасти. Зафиксируйте измеренное напряжение после того, как показания вольтметра перестанут изменяться. Если измеренное значение напряжения превышает 12,6 В, это свидетельствует о том, что 12-вольтовая аккумуляторная батарея полностью заряжена
Ил. 4.8. Чтобы двигатель не завелся при выполнении проверки напряжения аккумуляторной батареи в режиме пускового тока разряда, отключите электропитание топливных форсунок
Ил. 4.9. Прокручивайте двигатель стартером
Ил. 4.10. Зафиксируйте показание вольтметра при работающем стартере. Если напряжение аккумуляторной батареи в этом режиме работы не опускается ниже 9,6 В, это свидетельствует о том, что цепь зарядки в порядке
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска 99
Измерение ЭДС аккумуляторной батареи и ее напряжения в режиме пуска двигателя и режиме подзаряда. продолжение
Ил. 4.11. Восстановите подключение топливных форсунок к системе электроснабжения
Ил. 4.12. Заведите двигатель и доведите его частоту вращения до 2000 оборотов в минуту (повышенные обороты холостого хода)
Ил. 4.13. Зафиксируйте показание вольтметра. Напряжение в зарядной цепи должно находиться в пределах от 13,5 В до 15,0В
Ил. 4.14. Выключите двигатель и отсоедините вольтметр от аккумулятора. Проверка завершена
100 Глава 4
ФОТОРЯД Испытание аккумуляторной батареи под нагрузкой
Ил. 5.1. Тестер VAT-40 компании Sun Electric — типичное испытательное оборудование, используемое для проверки работоспособности аккумуляторной батареи под нагрузкой. В этом тестере в качестве нагрузки используется угольный реостат
Ил. 5.2. Проверку начинают с подсоединения большого красного зажима кабеля, идущего от тестера, к плюсовой клемме аккумуляторной батареи, а большого черного зажима — к ее минусовой клемме
Ил. 5.3. Надевают клещи токоизмерительного индуктивного датчика на красный кабель, идущий от тестера.
В соответствии с инструкцией Sun Electric стрелка на токосъемных клещах должна стоять по направлению к аккумуляторной батарее
Ил. 5.4. Вращением регулировочной ручки подстройки нуля устанавливают стрелку стрелочного индикатора амперметра на ноль
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска 101
Испытание аккумуляторной батареи под нагрузкой продолжение
Ил. 5.5. Выясняют паспортное значение пускового тока при низкой температуре (CCA-тока) для проверяемой аккумуляторной батареи. Оно обычно указывается на этикетке, наклеенной на корпус аккумуляторной батареи
Ил. 5.6. С помощью регулятора нагрузки устанавливают по показанию стрелочного индикатора амперметра величину тока, равную половине паспортного значения CCA-тока аккумуляторной батареи. Выдерживают аккумуляторную батарею в этом режиме разряда в течение 15 секунд. Не отключая нагрузки, фиксируют показание вольтметра в конце 15-секундного интервала. Напряжение аккумуляторной батареи должно оставаться на уровне не ниже 9,6 В. Большинство производителей автомобилей рекомендуют повторить проверку еще раз, отключив нагрузку на несколько минут, чтобы дать аккумуляторной батарее время на восстановление. Первая проверка под нагрузкой служит для того, чтобы освободить аккумуляторную батарею от ЭДС-поляризации
102 Глава 4
ФОТОРЯД Измерение тока потребления стартера
Ил. 6.1. Для измерения тока потребления стартера при пуске двигателя в данном примере используется тестер VAT-40 компании Sun Electric
Ил. 6.2. Подсоедините большой красный зажим кабеля, идущего от тестера, к плюсовой клемме аккумуляторной батареи, а большой черный зажим — к ее минусовой клемме. Наденьте клещи токоизмерительного индуктивного датчика, подсоединенные к амперметру, на кабель питания, подсоединенный к плюсовой или минусовой клемме аккумуляторной батареи, охватив ими все провода, подсоединенные к клемме
Ил. 6.3. Переключите прибор VAT-40 в режим "STARTING" (пуск)
Ил. 6.4. Отключите систему зажигания или топливную систему автомобиля, чтобы двигатель при проворачивании стартером не завелся. В этом автомобиле компании Chrysler для отключения системы подачи топлива вынимается предохранитель "computer"
Ил. 6.5. Проворачивая двигатель стартером, следите за показаниями амперметра
Ил. 6.6. В данном примере стрелочный индикатор тестера VAT-40 показывает, что в проверяемом автомобиле, оснащенном шестицилиндровым V-образным двигателем, стартер потребляет 120 А. Не обращайте внимания на первоначальное, более высокое показание амперметра. С этим стартером все в порядке, поскольку допустимый ток потребления стартера для большинства шестицилиндровых двигателей не должен превышать 200 А
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска 103
Ф0ТОРЯД Измерение выходного тока генератора
Ил. 7.1. Тестер VAT-40 (вольтамперметр, модель 40) компании Sun Electric — типичное испытательное оборудование, используемое для измерения выходного тока генератора
Ил. 7.2. Подсоедините большой черный зажим кабеля, идущего от VAT-40, к минусовой клемме аккумуляторной батареи, а большой красный зажим — к ее плюсовой клемме
Ил. 7.3. Наденьте клещи токоизмерительного индуктивного датчика на кабель питания, подсоединенный к плюсовой или минусовой клемме аккумуляторной батарей, — на тот из них, к которому удобней всего подключиться. Проверьте, чтобы клещи охватили все провода, подсоединенные к клемме аккумуляторной батареи. В случае, показанном на этой фотографии, клещи надеты на кабель, соединенный с минусовой клеммой аккумулятора, потому что охватить клещами все кабели, идущие от плюсовой клеммы аккумуляторной батареи, оказалось невозможно
Ил. 7.4. Переключите прибор VAT-40 в режим "CHARGING" (подзарядка)
Ил. 7.5. Заведите двигатель. Показание амперметра на этой фотографии (отсчитывается по верхней шкале) составляет примерно 15 А — это величина выходного тока, вырабатываемого генератором, при работе двигателя после пуска на холостом ходу. Но это не максимальный выходной ток генератора. Для того чтобы измерить максимальный выходной ток, необходимо подключить к аккумуляторной батарее нагрузку и увеличить частоту вращения двигателя
104 Глава 4
Измерение выходного тока генератора продолжение
Ил. 7.6. Для того чтобы измерить максимальный выходной ток генератора, увеличьте скорость вращения двигателя до 2000 оборотов в минуту
Ил. 7.7. Поддерживая скорость вращения двигателя на уровне 2000 оборотов в минуту, медленно вращайте регулятор нагрузки до получения максимального показания амперметра
JUST — • .
UST ж LOAD LIGHT
INT 16V
Ил. 7.8. Измеренное значение выходного тока должно находиться в пределах 10% от номинального выходного тока генератора. Для данного автомобиля номинальный выходной ток составляет 90 А, а измеренное значение — 92 А. Если измеренное значение выходит за установленные пределы, остановите двигатель и затем поворотом ключа зажигания включите систему электроснабжения (при выключенном двигателе) и зафиксируйте показание амперметра.
Это — величина тока, потребляемого системой зажигания и остальными электрическими устройствами, такими как электрический вентилятор, при работе двигателя. Этот ток необходимо добавить к величине тока, измеренной ранее, — их сумма и даст фактическую величину выходного тока, вырабатываемого генератором
Ил. 7.9. Регулируя величину нагрузки, приложенной к аккумуляторной батарее при проведении испытания генератора на величину выходного тока, не допускайте снижения напряжения аккумуляторной батареи ниже 12 В. Максимальный выходной ток в системе электроснабжения в большинстве случаев достигается при напряжении выше 13 В, как видно на этой фотографии, сделанной во время проведения таких испытаний
Принцип работы и диагностика системы электроснабжения и электрического пуска 105
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. В процессе разряда аккумуляторной батареи ионы SO4 из электролита переходят в материал электродов. В процессе зарядки аккумуляторной батареи ионы SO4 возвращаются из материала электродов обратно в электролит.
2. Паспортными характеристиками аккумуляторной батареи являются пусковой ток при низкой температуре (CCA-ток), пусковой ток при нормальной температуре (СА-ток) и резервная емкость.
3. Аккумуляторные батареи надежно крепятся в автомобиле прижимными кронштейнами во избежание повреждений вследствие вибрации.
4. Степень заряженности аккумуляторной батареи можно определить, измерив ее ЭДС. При испытании аккумуляторной батареи под нагрузкой ток разряда устанавливается равным половине номинального пускового тока при низкой температуре (CCA-тока). Хорошая аккумуляторная батарея должна обеспечить при этом токе напряжение не менее 9,6 В в течение всего 15-секундного интервала испытания.
5. Для нормальной работы стартера аккумуляторная батарея должна быть заряжена не менее чем на 75%, а кабели питания, подсоединенные к ней, должны иметь надлежащую толщину (калибр) и падение напряжения на них не должно превышать 0,2 В.
6. Проверка падения напряжения на кабелях питания заключается в том, что заводят двигатель и измеряют напряжение между плюсовой клеммой аккумуляторной батареи и клеммой В стартера, и между минусовой клеммой батареи и клеммой на массу автомобиля.
7. Для проверки соответствия токовой нагрузки стартера техническим требованиям необходимо измерить пусковой ток.
8. Номинальное зарядное напряжение (на скорости вращения двигателя в районе 2000 оборотов в минуту) находится в пределах от 13,5 В до 15,0 В.
9. Для проверки мощности генератора к аккумуляторной батарее подключается регулируемая нагрузка (предназначенный для этой цели угольный реостат из состава испытательного оборудования) и измеряется максимальный выходной ток, вырабатываемый генератором.
10. Если переменное напряжение на клеммах аккумуляторной батареи превышает 0,5 В, причиной этого является неисправность диода или статора генератора.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислите компоненты, входящие в состав зарядной цепи.
2. Объясните, почему разряженная аккумуляторная батарея может замерзнуть.
3. Объясните, что означают три паспортных характеристики аккумуляторной батареи.
4. Расскажите, как степень заряженности аккумуляторной батареи связана с результатами измерения ее ЭДС.
5. Опишите методику проверки работоспособности аккумуляторной батареи под нагрузкой.
6. Объясните, как производится измерение выходного тока, вырабатываемого генератором.
7. Объясните, с помощью какой проверки можно установить, что диод или статор генератора — неисправны.
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. В полностью разряженной аккумуляторной батарее положительный и отрицательный электроды превращаются в , а электролит превращается в.
a. H,SO4;Pb.
б. PbSO4; Н2О.
в. PbO2; H2SO4.
г. PbSOzH^SO,.
2. У полностью заряженной аккумуляторной батареи должно быть.
а. ЭДС не ниже 12,6 В.
б. Плотность электролита не ниже 1,265.
в. ЭДС 12 В.
г. Верны ответы а и б.
3. После освобождения аккумуляторной батареи от ЭДС поляризации ее ЭДС составила 12,4 В. Какова степень заряженности аккумуляторной батареи?
а. 100%.
б. 75%.
в. 50%.
г. 25%.
4. Резервная емкость аккумуляторной батареи означает .
а. Время, в часах, в течение которого аккумуляторная батарея обеспечивает разрядный ток 25 А при сохранении напряжения аккумуляторной батареи на уровне не ниже 10,5 В.
106 Глава 4
б. Время, в минутах, в течение которого аккумуляторная батарея обеспечивает разрядный ток 25 А при сохранении напряжения аккумуляторной батареи на уровне не ниже 10,5 В.
в. Время, в минутах, в течение которого аккумуляторная батарея обеспечивает разрядный ток 20 А при сохранении напряжения аккумуляторной батареи на уровне не ниже 9,6 В.
г. Время, в минутах, в течение которого аккумуляторная батарея обеспечивает разрядный ток 10 А при сохранении напряжения аккумуляторной батареи на уровне не ниже 9,6 В.
5. Для проверки работоспособности 12-вольтовой аккумуляторной батареи (ее нагрузочной способности) она испытывается под большим разрядным током. Техник А считает, что качественная аккумуляторная батарея должна обеспечить при этом токе напряжение не менее 9,6 В в течение всего 15-секундного интервала испытания. Техник Б считает, что следует установить ток разряда аккумуляторной батареи вдвое превышающим номинальный CCA-ток. Кто из них прав?
а. Только техник А.
б. Только техник Б.
в. Оба техника.
г. Ни один из них.
6. При зарядке необслуживаемой (свинцово-кальци-евой) аккумуляторной батареи.
а. Начальный номинальный ток зарядки в первые 30 минут должен быть установлен на уровне 35 А.
б. Аккумуляторная батарея может не подзаряжаться в течение многих часов, оставаясь при этом в хорошем (работоспособном) состоянии.
в. Температура аккумуляторной батареи не должна превышать 125°Ф (52°С, батарея — горячая на ощупь).
г. Все ответы, приведенные выше, правильны.
7. При пуске двигателя от аккумулятора, стоящего в другом автомобиле,.
а. Последнее подсоединение кабельной перемычки должно выполняться к плюсовой клемме неработоспособной аккумуляторной батареи.
б. Последнее подсоединение кабельной перемычки должно выполняться к массе автомобиля с неработоспособной аккумуляторной батареей.
в. В обоих автомобилях генератор должен быть отсоединен.
г. Верны ответы бив.
8. Низкая скорость вращения стартера может быть вызвана многими причинами, за исключением следующих .
а. Низкая степень заряженности аккумуляторной батареи.
б. Корродированные или грязные контакты кабелей питания, подсоединенных к аккумуляторной батарее.
в. Механические неисправности двигателя.
г. Разомкнутый выключатель блокировки при включенном сцеплении.
9. Ток, потребляемый стартером, превышает значение, установленное в технических требованиях. Техник А считает, что возможно, причиной этого является разряженная аккумуляторная батарея. Техник Б полагает, что, возможно, стартер неисправен. Кто из них прав?
а. Только техник А.
б. Только техник Б.
в. Оба техника.
г. Ни один из них.
10. Допустимое напряжение в цепи зарядки 12-вольто-вого аккумулятора находится в пределах
а. От 13,5 В до 15,0 В.
б. От 12,6 В до 15,6 В.
в. От 12 В до 14 В.
г. От 14,9 В до 16,1 В.
ГЛАВА
Принцип работы и диагностика системы зажигания
Цель главы 5 — научить читателя:
1. Уметь выполнять проверку наличия искры с помощью искрового тестера.
2. Понимать принцип работы магнитоэлектрического датчика, датчика Холла, датчика углового положения коленчатого вала, оптического датчика распределителя зажигания, которые используются для синхронизации системы зажигания.
3. Объяснить, как проводится диагностика в случае, когда двигатель не заводится.
4. Объяснить, почему для того, чтобы двигатель работал как можно лучше, так важно правильно установить угол опережения зажигания.
вторичной (высоковольтной) обмотке катушки зажигания высоковольтный импульс. В системах зажигания классической схемы замыкание и размыкание контакта катушки зажигания на “массу” осуществляется механическим прерывателем. В электронных системах зажигания это делает электронный модуль по сигналу магнитоэлектрического датчика, или триггера.
ПРИМЕЧАНИЕ
Для систем зажигания, в которых используется механический прерыватель Американским обществом автомобильных инженеров (SAE) установлено обозначение DI (distributor ignition — классическое зажигание с механическим прерывателем зажигания). Для систем зажигания, в которых механический прерыватель отсутствует, Американским обществом автомобильных инженеров установлено обозначение El (electronic ignition — электронное зажигание).
В состав системы зажигания входят узлы и соединительные провода, необходимые для формирования и подачи высокого напряжения на свечи зажигания в заданной последовательности.
ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ
В состав системы зажигания входят узлы и провода, необходимые для формирования высокого напряжения (до 40 000 В и выше). Во всех системах зажигания на плюсовой вывод катушки зажигания подается напряжение бортовой сети, а ее минусовой вывод через коммутатор подключается на “массу” автомобиля. Когда минусовой вывод катушки зажигания подключен на “массу”, через первичную, низковольтную обмотку катушки зажигания течет ток, возбуждающий магнитное поле. При разрыве цепи магнитное поле исчезает, индуцируя во
Катушки зажигания
Катушка зажигания — это “сердце” любой системы зажигания. В этой катушке создается высоковольтный импульс за счет электромагнитной индукции. Многие конструкции катушек зажигания состоят из двух отдельных, но электрически соединенных друг с другом, медных обмоток. Другие представляют собой классические трансформаторы — в них первичная и вторичная обмотки полностью изолированы друг от друга (рис. 5.1).
Сердечник (магнитопровод) катушки зажигания набирается из пластин трансформаторного железа (тонких листов магнитомягкого железа). Сердечник увеличивает индуктивную связь между катушками. На наборном сердечнике намотана обмотка, состоящая приблизительно из 20 000 витков тонкого провода (калибра, примерно, 42-AWG). Эта обмотка
108 Глава 5
ГНЕЗДО
ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ВЫВОДА ВТОРИЧНОЙ ОБМОТКИ
ПЕРВИЧНАЯ
ОБМОТКА
КОРПУС
kS
ВТОРИЧНАЯ
ОБМОТКА
ПЕРВИЧНАЯ И ВТОРИЧНАЯ ОБМОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ СОЕДИНЕНЫ ДРУГ С ДРУГОМ
НАБОРНЫЙ СЕРДЕЧНИК ИЗ
ПЛАСТИН ТРАНСФОРМАТОРНОГО
ЖЕЛЕЗА
Рис. 5.1. Конструкция катушки зажигания с масляным охлаждением. Обратите внимание на то, что первичная и вторичная обмотки электрически соединены друг с другом. Полярность выводов катушки определяется направлением ее намотки
называется вторичной (повышающей) обмоткой катушки зажигания. Поверх нее намотана обмотка, состоящая приблизительно из 150 витков толстого провода (калибра, примерно, 21-AWG). Эта обмотка называется первичной обмоткой катушки зажигания. Во многих конструкциях катушек зажигания эти обмотки окружены тонким металлическим экраном, изолированы электроизоляционной бумагой и помещены в металлический корпус. Корпус катушки зажигания обычно заполняется трансформаторным маслом с целью лучшего охлаждения. В HEI-системах зажигания компании GM (high-energy ignition — система зажигания с искрой повышенной мощности) используются так называемые Е-катушки, которые по конструкции представляют собой катушку зажигания, намотанную на наборном железном сердечнике Е-образной формы и залитую эпоксидной смолой. Охлаждение Е-катушки — воздушное (рис. 5.2 и 5.3).
Как в катушке зажигания создается напряжение 40 киловольт
Напряжение на плюсовой контакт первичной обмотки катушки зажигания поступает с плюсовой клеммы аккумуляторной батареи через замкнутые контакты замка зажигания. Минусовой контакт первичной обмотки замывается на “массу” через электронный модуль управления зажиганием.
Когда эта цепь замкнута, через первичную обмотку катушки зажигания течет ток величиной, примерно, от 3 А до 8 А. Этот ток создает в катушке
КОНТАКТ высоковольтного ВЫВОДА ВТОРИЧНОЙ ОБМОТКИ
НАБОРНЫЙ СЕРДЕЧНИК ИЗ ПЛАСТИН
ТРАНСФОРМАТОРНОГО ЖЕЛЕЗА
КОНТАКТЫ ПЕРВИЧНОЙ
ОБМОТКИ КАТУШКИ ЗАЖИГАНИЯ
КРОНШТЕЙН КРЕПЛЕНИЯ КАТУШКИ ЗАЖИГАНИЯ
Рис. 5.2. Пример Е-катушки зажигания с эпоксидной заливкой и воздушным охлаждением
ПЕРВИЧНАЯ ОБМОТКА
НАБОРНЫЙ ЖЕЛЕЗНЫЙ СЕРДЕЧНИК
ВТОРИЧНАЯ ОБМОТКА
Рис. 5.3. Разрез катушки зажигания, используемой в электронной системе зажигания General Motors Type II. Обратите внимание на то, что в этой катушке вторичная обмотка намотана поверх первичной
зажигания мощное магнитное поле. Когда контакт первичной обмотки катушки зажигания на “массу” разрывается, магнитное поле резко убывает, наводя во вторичной обмотке катушки высоковольтный импульс — напряжением от 20 000 В до 40 000 В и током
Принцип работы и диагностика системы зажигания 109
НАПРЯЖЕНИЕ НЕ МЕНЕЕ 25 кВ, ТОК 20-80 мА
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПРОВОД ОТ КАТУШКИ
ЗАЖИГАНИЯ К РАСПРЕДЕЛИТЕЛЮ ЗАЖИГАНИЯ
С КЛЕММЫ В+ ЗАМКА/ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ ЗАЖИГАНИЯ
РОТОР
КРЫШКА
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ
ЗАЖИГАНИЯ /
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ПРОВОДА СВЕЧЕЙ ЗАЖИГАНИЯ
МОДУЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ЗАЖИГАНИЕМ
МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК
ПЕРВИЧНАЯ / ОБМОТКА Х
ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ 200 ВИТКОВ БОЛЕЕ ТОЛСТОГО ПРОВОДА (ПРИМЕРНО КАЛИБРА 21- AWG, диаметр — 0,7-0,8 мм)
КАТУШКА ЗАЖИГАНИЯ
ТОК 5-8 А
КЛЮЧЕВОЙ ТРАНЗИСТОР (ЭЛЕМЕНТ СХЕМЫ МОДУЛЯ)
ТЯГОВОЕ РЕЛЕ
ВТОРИЧНАЯ ОБМОТКА ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ 20 000 ВИТКОВ ТОНКОГО ПРОВОДА (ПРИМЕРНО КАЛИБРА 42-AWG, диаметр — 0,06-0,07 мм)
СТАРТЕР -
О
ДОБАВОЧНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ (ЕСЛИ
ПРЕДУСМОТРЕНО СХЕМОЙ)
О
OFF
RUN
START
О
ACC
О
ЗАМОК/ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ
ЗАЖИГАНИЯ
с
12-ВОЛЬТОВАЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ
Рис. 5.4. Схема типичной системы зажигания с электронным прерывателем, в которой используется добавочное сопротивление и механический распределитель зажигания. С целью защиты катушки зажигания от перегрева на пониженных оборотах двигателя во многих электронных системах зажигания вместо добавочного сопротивления используются специальные электронные схемы, которые работают в составе электронного модуля управления зажиганием
небольшой (от 20 мА до 80 мА) силы. Этот высоковольтный импульс через контакты распределителя зажигания поступает по высоковольтным проводам на свечи зажигания. Чтобы проскочила искра, катушка зажигания должна “зарядиться” от низковольтной первичной сети и снова разрядиться. Схема, управляющая током первичной обмотки катушки зажигания — подключающая ее к источнику питания и отключающая ее от него, называется первичной цепью системы зажигания. Схема, обеспечивающая формирование и распределение высокого напряжения, создаваемого в высоковольтной обмотке катушки зажигания, называется вторичной цепью системы зажигания (рис. 5.4 и 5.5).
Работа первичной цепи
Для формирования импульса высокого напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания необходимо замкнуть и разомкнуть цепь первичной обмотки. Замыкание и размыкание первичной цепи зажигания осуществляется силовым транзистором (электронным прерывателем), установленным в электронном модуле управления зажиганием, управление которым, в свою очередь, осуществляется по сигналам различных датчиков:
• Магнитоэлектрический датчик положения ротора распределителя зажигания (импульсный генератор). Этот датчик, установленный в корпусе распределителя зажигания, создает сигнал переменного
110 Глава 5
СОЕДИНЕНИЯ НА “МАССУ”
Рис. 5.5. Пример типичной катушки зажигания НЕГсистемы зажигания компании General Motors, установленной в крышке распределителя. При замене катушки зажигания и/или распределителя зажигания обязательно проверьте, чтобы клемма массы была переставлена со старой крышки распределителя на новую. Отсутствие надлежащего контакта с массой может привести к повреждению катушки зажигания. В HEI-системах зажигания используются два варианта катушек зажигания. Первый вариант отличается тем, что выводы первичной обмотки имеют изоляцию красного и белого цвета — он показан на фотографии. Во втором варианте катушка включена в обратной полярности, изоляция выводов — красного и желтого цвета
ВРАЩАЮЩИЙСЯ ОБТЮРАТОР
ИЗ ФЕРРОМАГНИТНОГО МАТЕРИАЛА
ПРИ ПРИБЛИЖЕНИИ ВЫСТУПА НАПРЯЖЕННОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ’ ВОЗРАСТАЕТ
ПРИ УДАЛЕНИИ ВЫСТУПА _______
НАПРЯЖЕННОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СНИЖАЕТСЯ
НАПРЯЖЕНИЕ ДОСТИГАЕТ МАКСИМУМА И НАЧИНАЕТ +
СНИЖАТЬСЯ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ВЫСТУПОМ
ОБТЮРАТОРА ТОЧКИ МАКСИМАЛЬНОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ
К ДАТЧИКУ
Рис. 5.6. Принцип работы магнитоэлектрического датчика (генератора импульсов). На приведенном внизу рисунке показана типичная осциллограмма выходного напряжения этого магнитоэлектрического датчика. Импульсный сигнал с выхода датчика поступает в электронный модуль управления зажиганием, который разрывает контакт первичной обмотки на "массу" в тот момент, когда напряжение импульса достигает максимума и начинает снижаться (это происходит в тот момент, когда зубец стального зубчатого диска начинает удаляться от катушки датчика)
Принцип работы и диагностика системы зажигания 111
КАТУШКА ЗАЖИГАНИЯ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ
МОДУЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ЗАЖИГАНИЕМ
Рис. 5.7. Импульсный сигнал, поступающий с выхода магнитоэлектрического датчика, управляет работой электронного модуля, который замыкает вывод первичной обмотки катушки зажигания на "массу" и размыкает его, генерируя высоковольтный импульс во вторичной цепи
СТРЕЛКИ ПОКАЗЫВАЮТ, КАК ПРОИСХОДИТ ШУНТИРОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ МАГНИТНЫМ ЭКРАНОМ
ПОСТОЯННЫЙ
МАГНИТ
СТРЕЛКИ ПОКАЗЫВАЮТ НАПРАВЛЕНИЕ СИЛОВЫХ ЛИНИЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Рис. 5.8. В интегральном датчике Холла используются металлические дисковые обтюраторы, шунтирующие силовые линии магнитного поля, экранируя от него датчик Холла, изготовленный по микроэлектронной технологии вместе со схемой усиления Все интегральные датчики Холла формируют прямоугольные импульсы, обеспечивающие очень точную синхронизацию работы
модуля управления зажиганием
напряжения, по которому производится переключение транзисторного прерывателя в модуле управления зажиганием (рис. 5.6 и 5.7).
• Датчик Холла. Установленные в корпусе распределителя зажигания или рядом с коленчатым валом интегральные датчики Холла формируют прямоугольный импульсный сигнал. Импульсный сигнал с выхода датчика, содержащий информацию о положении поршней и скорости вращения двигателя, поступает в модуль управления зажиганием и бортовой компьютер (рис. 5.8 и 5.9).
• Магнитоэлектрические датчики углового положения коленчатого вала. В этих датчиках сигнал формируется за счет изменения напряженности магнитного поля, окружающего катушку датчика. Этот сигнал, содержащий информацию о положении поршней и скорости вращения двигателя,
Рис. 5.9. Зубец обтюратора на вращающемся роторе проходит в зазоре между интегральным датчиком Холла и постоянным магнитом
112 Глава 5
поступает в модуль управления зажиганием и бортовой компьютер (рис. 5.10).
• Оптические датчики. Эти датчики бортовой компьютерной системы управления двигателем изготавливаются на основе светодиода и фототранзистора. Вращающийся диск с прорезями (обтюратор) модулирует поток излучения светодиода, в результате чего на выходе фотоприемника появляется импульсный сигнал. В оптических датчиках (обычно устанавливаемых в корпусе распределителя зажигания), как правило, предусматривается два ряда прорезей, что обеспечивает формирование отдельных сигналов для опознавания цилиндров (сигнал низкого разрешения) и прецизионного измерения угла поворота ротора распределителя зажигания (сигнал высокого разрешения) (рис. 5.11).
БЕСКОНТАКТНЫЕ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ
В системе зажигания с непосредственным подключением катушки зажигания к свечам зажигания — называемой также бесконтактной системой зажигания (DIS) или просто электронной системой зажигания (IE) — распределитель зажигания отсутствует. В этой системе зажигания оба вывода катушки подключены каждый к своему цилиндру, причем цилиндры выбраны так, что их рабочие циклы находятся в противофазе друг с другом (рис. 5.12). Это означает, что искра возникает одновременно в обеих свечах зажигания! Когда в одном из цилиндров (например, №6) идет такт сжатия, в другом цилиндре (№3) — в то же самое время — идет такт выпуска отработанных газов.
ПИК ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ПОЛУВОЛНЫ выходного СИГНАЛА ДАТЧИКА
ПИК ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ПОЛУВОЛНЫ выходного СИГНАЛА ДАТЧИКА
Рис. 5.10. Датчик переменного магнитного сопротивления (VRS) представляет собой катушку индуктивности, намотанную на постоянном магните. Зубцы магнитного обтюратора, закрепленного на коленчатом валу (или распределительном валу), проходя мимо катушки датчика, вызывают изменение напряженности магнитного поля, окружающего ее. Когда выступ обтюратора приближается к катушке, напряженность магнитного поля возрастает, потому что в металле концентрация силовых линий магнитного поля выше, чем в воздухе
Принцип работы и диагностика системы зажигания 113
Принцип работы оптического датчика-распределителя системы зажигания заключается в импульсном освещении
фототранзистора датчика излучением, создаваемом светодиодом. В конструкции оптического датчика-распределителя зажигания, как правило, между ротором распределителя зажигания и кольцевым оптическим обтюратором, модулирующим поток излучения светодиода, устанавливается оптический экран. Искра, проскакивающая между контактом ротора и контактами высоковольтных проводов в крышке распределителя зажигания в процессе работы распределителя, создает паразитную засветку. Оптический экран защищает оптический датчик от внешней засветки, создаваемой искрением контактов распределителя зажигания.
Если выполняя техническое обслуживание, вы забудете установить оптический экран на место, оптический сигнал датчика из-за внешней засветки будет ослаблен, что может привести к нарушению нормальной работы двигателя. Такую неисправность трудно выявить из-за отсутствия внешних признаков. Не забывайте, что в оптическом датчике-распределителе между кольцевым оптическим обтюратором и ротором обязательно должен стоять оптический экран.
а)
Искра, возникающая в такте выпуска, называется холостой искрой, потому что она не выполняет полезной работы, а обеспечивает только замыкание на “массу” вывода вторичной обмотки катушки зажигания. Напряжение, необходимое для пробоя разрядного промежутка свечи зажигания цилиндра №3 (в такте выпуска), находится в пределах всего лишь от 2 кВ до 3 кВ и обеспечивает соединение на землю вторичной цепи зажигания. Остальная энергия, накопленная катушкой зажигания, расходуется в том цилиндре,
б)
Рис. 5.11. Оптический датчик-распределитель
на шестицилиндровом V-образном двигателе Nissan объемом 3 литра со снятым оптическим экраном (а). Перед установкой ротора датчик закрывают оптическим экраном (6)
КАТУШКА ЗАЖИГАНИЯ
ПЕРВИЧНАЯ
ОБМОТКА I
ТАКТ ВЫПУСКА
ТАКТ СЖАТИЯ
Рис. 5.12. В бесконтактной системе зажигания искра возникает одновременно в двух цилиндрах — рабочем, в котором идет такт сжатия, и парном, или оппозитном, в котором в это же самое время идет такт выпуска отработанных газов. В типичном двигателе для возникновения холостой искры в цилиндре, в котором идет такт выпуска, обычно достаточно напряжения от 2 до 3 кВ. Остальная энергия, накопленная катушкой зажигания, расходуется в том цилиндре, в котором идет такт сжатия (типичное напряжение составляет от 8 до 12 кВ)
114 Глава 5
ПРИМЕЧАНИЕ
В системе зажигания с механическим распределителем зажигания существуют два разрыва во вторичной цепи зажигания: первый — между контактами ротора и клеммами, установленными в крышке распределителя (находится под атмосферным давлением), и второй — разрядный промежуток между электродами свечи зажигания (находится под повышенным давлением в такте сжатия). В бесконтактной системе зажигания во вторичной цепи также имеются два промежутка: один — разрядный промежуток между электродами свечи зажигания цилиндра, в котором идет такт сжатия, и второй — разрядный промежуток между электродами свечи зажигания цилиндра, в котором идет такт выпуска.
в котором идет такт сжатия. В каждой паре свечей зажигания одна свеча включена в прямой полярности, а другая — в обратной полярности. Обратная полярность включения не сильно отражается на ресурсе свечи. Но выход из строя одного из высоковольтных проводов или одной из свеч зажигания может привести к неработоспособности сразу двух цилиндров.
Для управления работой бесконтактной системы зажигания необходим датчик (обычно датчик углового положения коленчатого вала), по сигналу которого осуществляется синхронизация электронного коммутатора высоковольтного напряжения (рис. 5.13).
55
УЗЕЛ КАТУШКИ ЗАЖИГАНИЯ
(РАССЧИТЫВАЕТ УГОЛ ОПРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ)
КОНТРОЛЛЕР ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ (EEC-IV)
К ТАХОМЕТРУ
МОДУЛЬ УПРАВЛЕНИЯ БЕСКОНТАКТНОЙ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ (EDIS) (УПРАВЛЯЕТ МОМЕНТОМ ВКЛЮЧЕНИЯ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬЮ ИСКРЫ)
ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА (ДАТЧИК ПЕРЕМЕННОГО МАГНИТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ - VRS)
ОБТЮРАТОР ДАТЧИКА
5
^ПРЕРЫВАТЕЛЮ ЗАЖИГАНИЯ
КОНТАКТ 1
СИСТЕМА EDIS 4
Рис. 5.13. Функциональная схема типичной бесконтактной (EDIS) системы зажигания четырехцилиндрового двигателя, которой оснащаются автомобили компании Ford. Датчик угла поворота коленчатого вала, называемый датчиком переменного магнитного сопротивления (VRS), передает информацию об угловом положении коленчатого вала и скорости его вращения в модуль управления зажиганием (EDIS). В бортовой компьютер передается преобразованный сигнал — сигнал PIP, по которому осуществляется слежение за синхронизацией системы зажигания. По сигналу PIP компьютер рассчитывает временные параметры синхронизации системы зажигания и передает в модуль управления зажиганием EDIS команду о том, когда подавать высокое напряжение на свечу зажигания. Этот сигнал управления называется командой установки угла опережения зажигания — сигнал SAW
Принцип работы и диагностика системы зажигания 115
Скорректировать угол опережения зажигания путем перемещения датчика углового положения коленчатого вала невозможно, поскольку он делается нерегулируемым.
СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ ТИПА "КАТУШКА НА СВЕЧЕ"
В системе зажигания типа “катушка на свече” для каждой свечи зажигания предусмотрена отдельная катушка зажигания (рис. 5.14). В системе зажигания с отдельными для каждой свечи катушками зажигания отсутствуют высоковольтные провода, которые часто являются источниками электромагнитных помех, нарушающих работу бортовой компьютерной системы управления. Бортовой компьютер замыкает минусовой вывод каждой катушки в надлежащий момент.
ПРОВЕРКА СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ НА ИСКРУ
Если двигатель не заводится, в первую очередь необходимо проверить наличие высокого напряжения на выходе катушки зажигания и на свечах зажигания. Если двигатель оснащен катушкой зажигания, выполненной в виде отдельного узла, необходимо отсоединить вывод катушки от центральной клеммы на крышке распределителя зажигания, подсоединить
С помощью тахо!
Определяя причину того, по которой двигатель не заводится или работает с перебоями, проследите за показаниями тахометра. Если тахометр при прокручивании двигателя не . показывает количество оборотов двигателя (когда двигатель не заводится) или его показания падают до нуля (при перебоях в работе двигателя), то проблема связана с неисправностью первичной цепи зажигания. Тахометр работает по импульсному сигналу коммутации первичной обмотки катушки зажигания. Нарушение работы тахометра при прокручивании двигателя может быть связано со следующими элементами первичной цепи зажигания:
• Магнитоэлектрический датчик.
• Датчик углового положения коленчатого вала.
• Модуль управления зажиганием.
• Первичная обмотка катушки зажигания.
Если автомобиль не оснащен тахометром, подключите переносной тахометр к минусовому выводу первичной обмотки катушки зажигания. Запомните:
Показания тахометра отсутствуют— это означает, что проблема связана с неисправностью первичной цепи зажигания.
Показания тахометра в норме — это означает, что проблема связана с неисправностью вторичной цепи зажигания или с нарушением работы топливной системы.
к нему искровой пробник и прокрутить двигатель. Прочитайте заметку “Только искровой пробник даст точный ответ” в рубрике “ОБМЕН ОПЫТОМ” далее в этой главе. Если система зажигания и катушка зажигания исправны, то в искровом пробнике будет видна голубая искра (рис. 5.15).
Если в диагностируемой системе зажигания невозможно добраться до катушки зажигания, отсоедините
а)
б)
Рис. 5.14. Система зажигания типа "катушка на свече"
116 Глава 5
ОБМЕН
Г_------------——,-----------——-----------]
Только искровой пробник даст точный ответ
Искровой пробник по внешнему виду напоминает свечу зажигания, но без бокового электрода, с разрядным промежутком между центральным электродом и заземляемым корпусом. Пробник оснащен, как правило, зажимом типа "крокодил" прикрепленным к корпусу, которым его легко закрепить в удобном месте двигателя, обеспечив контакт на "массу" автомобиля. Если система зажигания работает нормально, то она должна быть в состоянии "пробить"этот широкий промежуток, находящийся под атмосферным давлением. В отсутствие искрового пробника техник, убедившись, что в нормальной, заземленной свече зажигания проскакивает искра, мог бы решить, что с системой зажигания все в порядке. Для пробоя разрядного промежутка свечи зажигания, вынутой из двигателя и находящейся под атмосферным давлением, достаточно напряжения порядка 3000 В, не более. Для того чтобы пробить 3/4-дюймовый разрядный промежуток искрового пробника требуется напряжение, как минимум, 25 000 В. Поэтому искра в вынутой свече зажигания еще вовсе не означает, что система зажигания работает нормально— только искровой пробник даст точный ответ. Запомните, прерывистая искра при прокручивании двигателя должна рассматриваться как неисправность системы зажигания, делающая невозможным пуск двигателя.
Рис. 5.15. Пример подключения искрового пробника в двигателе с бесконтактной (т.е. без механического распределителя зажигания) системой зажигания. Искровой пробник заземлен на болт клапанной крышки головки блока цилиндров. На фотографии показан рекомендуемый тип искрового пробника, у которого центральный электрод заглублен в окружающий его изолятор
высоковольтный провод от одной из свечей, подсоедините к нему искровой пробник и проверьте наличие искры во время прокручивания двигателя.
ПРИМЕЧАНИЕ
Прерывистую искру при прокручивании двигателя следует считать неисправностью системы зажигания, из-за которой двигатель не удается завести.
ВНИМАНИЕ
В большинстве бесконтактных систем зажигания (в которых отсутствует механический распределитель зажигания) высокое напряжение достигает 40 000 В и выше, а высоковольтный импульс имеет достаточно большую мощность и способен нанести поражение электрическим током человеку. Не разрывайте вторичную цепь зажигания в бесконтактной системе зажигания во избежание ее повреждения и поражения электрическим током.
---------------------------------------------
Неисправен высоковольтный провод: замените катушку зажигания ; w л г.
При проведении испытаний двигателя (например, испыта- ; нии на степень сжатия) обязательно соединяйте на «массу» обмотку катушки зажигания. Не допускайте высоковольтного разряда катушки зажигания в обход низкооммого канала на «массу», который должен быть специально создан для этого. Бесконтактные системы зажигания повышенной мощности способны генерировать напряжение амплитудой 40 000 В и выше. В отсутствие низкоомного канала для высоковольтного разряда на «массу» может произойти (и обычно происходит) внутренний дуговой пробой катушки зажигания, в результате чего внутри катушки возникает низкоомный канал на первичную обмотку или ее стальной сердечник (рис. 5.17). Этот низкоомный канал называется следом (дорожкой) пробоя и может оказаться причиной неустойчивой работы двигателя под нагрузкой, даже если все остальные элементы системы зажигания функционируют нормально. Зачастую такие следы пробоя не удается обнаружить при проверке катушки зажигания никакими способами, в том числе методами дефектоскопии. Поскольку след пробоя представляет собой канал пониженного, по сравнению с нормальным, сопротивления на землю, для того чтобы такой дефект проявился, необходимо, чтобы система зажигания работала под нагрузкой, но даже и тогда дефект (неустойчивая работа двигателя) может то проявляться, то исчезать.
Поэтому при отключении системы зажигания, во избежание повреждения катушки зажигания, следуйте приведенным ниже правилам:
1. Отключите питание системы зажигания для полного прекращения ее работы.
2. В системе зажигания с механическим распределителем зажигания отсоедините вывод катушки зажигания от центральной клеммы крышки распределителя и соедините его изолированной перемычкой на "массу" автомобиля. (Тем самым вы обеспечите канал разряда энергии, накопленной во вторичной обмотке, и устраните опасность высоковольтного пробоя катушки зажигания).
Принцип работы и диагностика системы зажигания 117
ПРОВЕРКА
МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА
Невозможность запуска двигателя с механическим распределителем зажигания может быть вызвана неисправностью магнитоэлектрического датчика, расположенного во многих двигателях под крышкой распределителя. Магнитоэлектрический датчик должен генерировать импульсный сигнал, по которому электронный модуль управления осуществляет коммутацию катушки зажигания.
В магнитоэлектрическом датчике имеется катушка индуктивности, сопротивление обмотки которой должно находиться в определенных пределах, указанных производителем (рис. 5.16). Ниже приведены общие технические требования на сопротивление обмотки магнитоэлектрических датчиков ряда производителей:
Производитель Сопротивление обмотки магнитоэлектрического датчика
General Motors 500-1500 Ом (между белым и зеленым выводами)
Ford 400-1000 Ом (между оранжевым и пурпурным выводами)
Chrysler 150-900 Ом (между оранжевым и черным выводами)
Рис. 5.16. Измерение сопротивления обмотки магнитоэлектрического датчика HEI-системы зажигания (с повышенной энергией искры) с помощью мультиметра, переключенного в режим измерения сопротивления. Показание мультиметра в данном случае составляет 0,796 кОм, или 796 Ом, — сопротивление обмотки находится посредине установленного диапазона 500-1500 Ом
Если сопротивление обмотки магнитоэлектрического датчика выходит за установленные пределы, такой датчик подлежит замене.
Магнитоэлектрический датчик проверяют также на величину выходного напряжения. При прокручивании двигателя амплитуда переменного напряжения
Рис. 5.17. След пробоя внутри катушки зажигания представляет собой не короткое замыкание, а низкоомный канал, выжженный от вторичной обмотки к стальному сердечнику катушки
118 Глава 5
на выходе магнитоэлектрического датчика должна быть, как правило, не менее 0,25 В. Это можно проверить, сняв распределитель с двигателя и вращая шестерню привода распределителя рукой.
ОСМОТР КРЫШКИ И РОТОРА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ЗАЖИГАНИЯ
Крышку распределителя зажигания проверяют на наличие следов износа или трещин центрального угольного электрода, чрезмерный износ или окисление внутренних контактов, наличие трещин или следов пробоя изоляции (угольных дорожек). Проверяют также наружные гнезда и клеммы в крышке на наличие следов обгорания и окисления, поочередно отсоединяя от них высоковольтные провода. Помните, из-за дефектной крышки распределителя происходит нарушение пуска и работы двигателя, особенно при повышенной влажности. Если обнаружен пробой изоляции крышки (угольная дорожка), то, скорее всего, это результат повышенного сопротивления токонесущей жилы или нарушения изоляции высоковольтного провода. Если заменить крышку распределителя, не проверив при этом и не заменив дефектные высоковольтные провода, то, вполне вероятно, что и новая крышка распределителя также выйдет из строя (рис. 5.18-5.21).
ПРОВЕРКА ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ПРОВОДА СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ
Высоковольтные провода проверяются путем осмотра на наличие механических дефектов или иных
Рис. 5.18. Обратите внимание на то место, в котором произошел высоковольтный пробой с пластмассового ротора на вал распределителя зажигания. При обнаружении следов электрического повреждения крышки или ротора распределителя зажигания обязательно проверьте высоковольтные провода и свечи зажигания на наличие дефектов. Если высоковольтный импульс оказывается не в состоянии создать искру в свече зажигания, то он разряжается на землю по какому-то другому каналу
ОБМЕ
Сначала открути и только потом сдергивай
В некоторых конструкциях распределителей зажигания ротор фиксируется на валу распределителя с помощью стопорного винта, как показано на рис. 5.22. Попытка сдернуть ротор за счет грубой силы может привести к серьезному повреждению распределителя зажигания.
нарушений изоляции и путем измерения сопротивления с помощью омметра. Качественный высоковольтный провод имеет сопротивление менее 10000 Ом на фут длины (рис. 5.23 и 5.24). Повреждение изоляции высоковольтного провода может быть причиной того, что двигатель плохо заводится или вовсе не заводится в сырую погоду.
Рис. 5.19. Эта крышка распределителя зажигания снята с восьмицилиндрового V-образного двигателя GM, который заводился и работал нормально. Единственное, что обращало на себя внимание, — это потрескивание, которое доносилось из распределителя зажигания
Рис. 5.20. Ротор со следами дугового разряда на вал распределителя зажигания. Двигатель работал только на оборотах холостого хода, а при подключении искрового пробника напряжение с вторичной обмотки катушки зажигания легко пробивало разрядный промежуток
Принцип работы и диагностика системы зажигания 119
Рис. 5.23. При тщательном осмотре был выявлен этот высоковольтный провод свечи зажигания со следами
нарушения изоляции
Рис. 5.21. Угольная дорожка в крышке распределителя зажигания. Такие дефекты, вызывающие периодические нарушения устойчивой работы двигателя, бывает трудно обнаружить. Причиной пробоя крышки распределителя зажигания (или катушки в бесконтактной системе зажигания) является, как правило, дефект (нарушение изоляции) высоковольтного провода
Рис. 5.24. Сопротивление высоковольтного провода свечи зажигания измеряют с помощью мультиметра, установленного в режим измерения сопротивления. В данном случае мультиметр показывает сопротивление 16,03 кОм (16030 Ом). Это нормальное сопротивление для провода длиной около двух футов. Максимально допустимое сопротивление высоковольтного провода свечи зажигания такой длины составляет 20 кОм (20000 Ом)
ОБМЕН
Рис. 5.22. В некоторых конструкциях распределителей зажигания ротор фиксируется на валу распределителя стопорным винтом, поэтому, прежде чем сдергивать ротор, проверьте, не закреплен ли он
Г--------------”--=——— :— ------г—--------:
। Клещи для снятия защитного колпачка
высоковольтного провода свечи зажигания — стоящая вещь' > >
Высоковольтные провода свечей зажигания часто бывает тяжело отсоединить. Высококачественные клещи для снятия защитного колпачка высоковольтного провода свечи зажигания, показанные на рис. 5.25, позволяют легко и быстро выполнить эту операцию и избежать опасности повреждения высоковольтного провода при отсоединении.
Рис. 5.25. Клещи для снятия защитного колпачка высоковольтного провода свечи зажигания — далеко не лишняя вещь в наборе инструмента
120 Глава 5
ПОРЯДОК ЗАЖИГАНИЯ
Порядок зажигания — это последовательность, в которой высоковольтное напряжение подается на ту или иную свечу зажигания. Порядок зажигания определяется конструкцией коленчатого и распределительного валов двигателя. В двигателях, оснащенных системой зажигания с механическим распределителем, порядок зажигания задается расстановкой высоковольтных проводов на крышке распределителя. Как показано на рис. 5.26, порядок работы цилиндров (порядок зажигания) обычно указывается в виде маркировки, отлитой на стенке впускного коллектора, для удобства технического обслуживания. В руководствах по техническому обслуживанию, как правило, также приводится порядок зажигания и указывается направление вращения ротора распределителя, а также расстановка высоковольтных проводов на крышке распределителя зажигания (рис. 5.27).
Соблюдение порядка зажигания имеет также важное значение и для бесконтактных систем (с непосредственным подключением катушки к свечам). Ошибки при подключении высоковольтных проводов к узлу катушки зажигания, которые легко перепутать, приводят к тому, что двигатель не заводится или работает очень плохо.
Рис. 5.26. В двигателях, оснащаемых системой зажигания с механическим распределителем зажигания, порядок работы цилиндров (порядок зажигания) указан обычно в виде маркировки, отлитой или выбитой на двигателе
ВНИМАНИЕ
В восьмицилиндровых V-образных двигателях компании Ford приняты два различных порядка зажигания — один для двигателей стандартной мощности, и другой — для двигателей серии НО (high output — повышенной мощности). Нарушение правильного порядка зажигания может привести к возникновению обратной вспышки в двигателе и его поломке, а также к травмированию работника. Шестицилиндровые V-образные двигатели компании General Motors имеют разный порядок зажигания и разное расположение цилиндра №1 в зависимости от угла развала цилиндров — 60° или 90°. В случае ошибки в порядке зажигания или выборе цилиндра №1 двигатель будет работать очень плохо, если вообще удастся его завести.
Рис. 5.27. Фирменные высоковольтные провода обычно имеют маркировку, указывающую, к какому цилиндру относится каждый из них. При отсоединении или замене высоковольтных проводов обязательно проверяйте правильность их подключения во избежание перекрестного зажигания, которое может произойти между цилиндрами, стоящими рядом в порядке очередности работы
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ИСКРОВОЙ СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ
При нарушении работы двигателя необходимо проверить свечи зажигания. Для обеспечения нормального режима работы системы зажигания свечи необходимо регулярно заменять. Многие свечи зажигания имеют ресурс свыше 20 000 миль (32 000 км). Фирменные свечи зажигания с платиновым наконечником рассчитаны на пробег от 60 000 миль до 100 000 миль (от 100 000 км до 160 000 км). Свечи зажигания с платиновым наконечником не допускают
регулировки межэлектродного зазора! Попытка отрегулировать зазор такой свечи, уже поработавшей в двигателе, с помощью инструмента для регулировки зазора заканчивается срывом платинового наконечника со свечи.
Перед выкручиванием свечи убедитесь, что двигатель остыл, особенно это касается двигателей с алюминиевыми головками блока цилиндров. Чтобы при выкручивании свечи грязь не попала в цилиндр, перед тем выкручивать свечу очистите пространство вокруг нее от грязи с помощью щетки или продувки сжатым воздухом (рис. 5.28 и 5.29).
Принцип работы и диагностика системы зажигания 121
ОБМЕН ОПЫТ'
Г—7------и-------------------------------------
Соблюдайте правильную укладку высоковольтных проводов
При работе двигателя высоковольтные провода находятся под высоким импульсным напряжением. Импульсные токи, протекающие по высоковольтным проводам, возбуждают в окружающем их пространстве импульсные электромагнитные поля, которые создают помехи в других цепях и узлах автомобиля. Например, если высоковольтный провод проходит слишком близко к сигнальному проводу датчика потока воздуха (MAF), поступающего в двигатель, он может индуцировать сигнал помехи, который вызовет сбой в работе компьютера. Компьютер, приняв сигнал помехи за настоящий сигнал MAF, выдаст ошибочную команду на подачу соответствующего количества топлива.
Чтобы избежать проблем, вызванных электромагнитными помехами, создаваемыми высоковольтными проводами системы зажигания, прокладывайте их обязательно так же, как они были проложены при заводской сборке автомобиля, используйте все предусмотренные скобы крепления и направляющие. В руководствах по техническому обслуживанию, как правило, показана правильная укладка проводов.
Рис. 5.28. Зачистной метчик для очистки резьбового гнезда свечи зажигания — недорогой инструмент, и лучше не злоупотреблять им. Но перед установкой новых свечей необходимо очистить резьбу в гнездах с его помощью
Проверка свечи зажигания
Свечи зажигания — это “окна” в камеру сгорания. Тщательный осмотр свечей зажигания часто дает возможность выявить истинную причину нарушения работы двигателя. Ниже приведены описания двух внешних признаков неисправности и возможных первопричин их возникновения:
1. Закопченная свеча. Если свеча покрыта сухим слоем нагара (копоти), то причиной этого обычно являются:
• продолжительная эксплуатация двигателя на холостом ходу,
• движение на пониженной скорости под небольшой нагрузкой двигателя, при которой температура свечи зажигания остается недостаточно высокой для выгорания отложений,
• переобогащенная топливно-воздушная смесь,
• низкая выходная мощность системы зажигания.
2. Наличие масла на электродах и изоляторе. Если на свече зажигания обнаруживаются следы влаги и масла при небольшом износе электродов, то, возможно, масло попадает в камеру сгорания вследствие:
• износа или поломки поршневых колец,
• неисправности или отсутствия сальникового уплотнения стержня клапана.
ПРИМЕЧАНИЕ
Если слой нагара больше с одной стороны свечи, это обычно связано с чрезмерным зазором между стержнем клапана и направляющей втулкой клапана или неисправными сальниковыми уплотнениями стержня впускного клапана.
Рис. 5.29. Начиная с 1991 г. в двигателях компании General Motors устанавливаются удлиненные (на 1/8 дюйма, или 3 мм) свечи зажигания. Поэтому во избежание поломки свечи при ее установке необходима удлиненная головка торцового ключа. На этой фотографии показаны головки торцового ключа под стандартную (длиной 5/8 дюйма) и удлиненную свечу
Все свечи зажигания проверяют на степень износа, сначала проверяя состояние центрального электрода. По мере износа свечи происходит округление верхушки центрального электрода. При округлении верхушки центрального электрода возрастает напряжение пробоя разрядного промежутка свечи (рис. 5.30-5.33). При установке свечи зажигания обязательно затягивайте ее с заданным моментом затяжки, чтобы обеспечить необходимый тепловой контакт корпуса свечи с головкой блока цилиндров. Величины момента затяжки указаны в приведенной ниже таблице.
УГОЛ ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ
Угол опережения зажигания определяет момент возникновения искры по отношению к положению поршня в цилиндре. Угол опережения зажигания подлежит проверке и регулировке в соответствии с техническими требованиями производителя в тех автомобилях, в которых предусмотрена его регулировка.
122 Глава 5
Момент затяжки при использовании Затяжка без использования
динамометрического ключа динамометрического ключа
(фунто-футы) (число оборотов при доворачивании)
Установка свечи с уплотнительной прокладкой Чугунная головка У У блока цилиндров Алюминиевая головка блока цилиндров Чугунная головка блока цилиндров Алюминиевая головка блока цилиндров
14 мм 26-30 18-22 1/4 1/4
18 мм 32-38 28-34 1/4 1/4
Установка свечи в коническое резьбовое гнездо
14 мм 7-15 7-15 1/16 (до плотного прилегания) 1/16 (до плотного прилегания)
18 мм 15-20 15-20 1/16 (до плотного прилегания) 1/16 (до плотного прилегания)
5Г —--------------------------------------------
Свеча зажигания постоянно перегревалась .
В одном из сервисных центров столкнулись со следующей проблемой: у одного из клиентов в двигателе автомобиля постоянно выходила из строя одна и та же свеча. Примерно через каждые три недели клиент повторно обращался к автомеханику с жалобой на неровную работу двигателя на холостом ходу и пониженную мощность. Всякий раз автомеханик обнаруживал в одном и том же цилиндре свечу с практически полностью выгоревшим центральным электродом. И всякий раз, достаточно было заменить эту свечу, и двигатель начинал работать нормально. После трех обращений клиента с одной и той жалобой бригадир сервисного центра посоветовал автомеханику обратить внимание на то, не могло ли быть причиной этой неисправности ослабление затяжки свечи в резьбовом гнезде.
Автомеханик признал, что всякий раз при замене свечи он обнаруживал, что она неплотно вкручена в резьбовое гнездо. Пятнышко грязи на резьбе конического гнезда свечи также могло быть причиной перегрева свечи зажигания (большая часть тепла от верхушки свечи отводится в головку блока цилиндров).
После того как свеча зажигания была затянута как следует, двигатель начал работать нормально и проблем с ним больше не возникало. Возвратив автомобиль клиенту, автомеханик признался бригадиру, что постоянно выходившая из строя свеча зажигания стояла в таком неудобном месте, что ее было трудно затянуть с заданным моментом затяжки, и эта проблема возникла по его вине, а не из-за двигателя.
-------------------------------------------—-----
Чтобы не перетянуть свечу, установите храповой механизм ключа на два деления
Чтобы не перетянуть свечу зажигания при отсутствии динамометрического ключа, сделайте это с помощью ключа с храповым механизмом. Для этого надо после вкручивания свечи усилием от руки дотянуть ее на угол соответствующий двум щелчкам храпового механизма ключа.
Даже самый сильный рабочий не сможет перетянуть свечу зажигания в этом случае.
ПРИМЕЧАНИЕ
Компания General Motors рекомендует при установке свечей зажигания в алюминиевую головку блока цилиндров не наносить на резьбу противопригарный герметик. Это связано с тем, что при использовании такого состава свеча будет затянута слишком туго. Перетягивание свечи зажигания приведет к тому, что часть резьбового участка свечи выступит слишком далеко в камеру сгорания, и отложения нагара на свече впоследствии сильно затруднят ее выкручивание. В случае использования антипригарного герметика, наносимого на резьбу свечи, следует уменьшить момент затяжки свечи зажигания на 40%. Неуклонно соблюдайте указания производителя автомобиля.
Устанавливайте свечи той марки, которой отдает < предпочтение производитель автомобиля
В одном из нефирменных сервисных центров техник заменил свечи зажигания в автомобиле Pontiac новыми све-
чами, соответствующими старым по размеру, калильному числу и длине резьбы, и отличавшимися только тем, что они были торговой марки Champion. Когда клиент пришел оплатить счет за выполненную работу, он поинтересовался, какой марки запчасти были использованы при техническом обслуживании его автомобиля. Услышав, что в его автомобиль установлены свечи зажигания марки Champion, клиент не подписал уже выписанный им чек.
Он заявил, что владеет тысячей акций компании General
Motors, что у него два автомобиля General Motors, и его устроят запчасти только General Motors. Управляющему
сервисного центра пришлось приказать технику заменить свечи новыми — марки АС, поскольку свечи именно этой торговой марки стояли в автомобиле изначально. Хотя свечи зажигания разных производителей подходят, как правило, практически к любому двигателю, многие заказчики предпочитают, чтобы в двигателях их автомобилей стояли свечи той торговой марки, которую предпочитает производитель автомобиля.
Принцип работы и диагностика системы зажигания 123
Рис. 5.30. Свеча зажигания, вынутая из двигателя после пятисоткилометрового пробега. Обратите внимание на чистоту поверхности бокового (минусового) электрода. Конструкция электродов и узкий (0,025 дюйма) разрядный промежуток рассчитаны таким образом, чтобы гарантировать образование искры на чрезвычайно высокой скорости вращения двигателя. Цвет и состояние свечи зажигания свидетельствуют о том, что сгорание смеси происходило почти в идеальном режиме
Рис. 5.32. Новая свеча зажигания, покрытая нагаром вследствие переобогащенной топливно-воздушной смеси. В двигателе, из которого была вынута эта свеча, была обнаружена неисправная (застрявшая в частично открытом состоянии) топливная форсунка именно в том цилиндре, в котором стояла эта свеча
Рис. 5.31. Типичный пример изношенной свечи зажигания. Обратите внимание на скругленную вершину центрального электрода. Отложения на электродах свечи указывают на то, что проблема связана с попаданием масла в камеру сгорания
Рис. 5.33. Типичный пример изношенной свечи зажигания, покрытой нагаром, образующимся при сгорании топлива или присадок, добавляемых в масло
124 Глава 5
В общем случае при проверке двигатель должен работать на холостом ходу при установке исполнительных механизмов компьютерной системы управления в режим, соответствующий номинальному углу опережения зажигания. Номинальный угол опережения зажигания — это начальный угол опережения зажигания, устанавливаемый на неработающем двигателе, который затем регулируется компьютерной системой управления. Чтобы быть уверенным в правильности установки угла опережения зажигания неукоснительно соблюдайте инструкцию по регулировке угла опережения зажигания, приведенную на специальной наклейке по регулировке системы контроля токсичности выхлопных газов, размещаемой под капотом двигателя.
ПРИМЕЧАНИЕ
В большинстве двигателей старых конструкций, оснащенных вакуумным автоматом регулировки угла опережения зажигания, перед выполнением проверки вакуумный шланг должен быть отсоединен и плотно закрыт.
Если фактический угол опережения зажигания слишком велик — например, если вместо 8 градусов до ВМТ он составляет 12 градусов до ВМТ, могут проявиться следующие признаки нарушения работы двигателя.
1. Стук или детонация двигателя, особенно при движении на подъем или при разгоне.
2. Медленное, рывками, прокручивание (пуск) двигателя, особенно когда двигатель прогретый.
3. Перегрев двигателя.
Если угол опережения зажигания слишком мал — например, если вместо 8 градусов до ВМТ он составляет 4 градусов до ВМТ, могут проявиться следующие признаки нарушения работы двигателя.
1. Недобор мощности и скорости вращения двигателя.
2. Двигатель приходится длительное время прокручивать, прежде чем он заводится.
3. Ухудшение экономичности двигателя.
4. Перегрев двигателя.
Подключение стробоскопа
Для проверки или регулировки угла опережения зажигания подключите к двигателю стробоскоп следующим образом:
1. Подсоедините провода питания стробоскопа к клеммам аккумуляторной батареи: красный провод — к плюсовой клемме, а черный — к минусовой клемме.
Рис. 5.34. Клещи индуктивного датчика стробоскопа охватывают высоковольтный провод свечи зажигания цилиндра №1 в четырехцилиндровом двигателе компании General Motors, оснащенном системой зажигания с механическим распределителем зажигания. Хотя в большинстве двигателей компьютер регулирует угол опережения зажигания, но номинальный (первоначальный) угол все равно можно и нужно проверить и отрегулировать (если это возможно) в процессе тщательной проверки работы двигателя
2. Клещами индуктивного датчика стробоскопа охватите высоковольтный провод свечи зажигания цилиндра №1 (рис. 5.34).
Как правильно определить цилиндр №1
Приведенная ниже информация поможет вам оп-ределить цилиндр №1:
1. Четырех- и шестицилиндровые двигатели. Во всех рядных четырех- и шестицилиндровых двигателя цилиндр №1 — это самый передний цилиндр двигателя.
2. Шести- и восьмицилиндровые V-образные двигатели. В большинстве V-образных двигателей цилиндр №1 —это передний левый цилиндр двигателя (стоящий в ряду, находящемся на стороне водительского сиденья). Исключением являются двигатели автомобилей Ford и некоторых моделей Cadillac, у которых цилиндр №1 — передний правый (стоящий в ряду, находящемся на стороне переднего пассажирского сиденья).
3. Двигатели с поперечным расположением. В большинстве моделей переднеприводных автомобилей с поперечным расположением двигателя цилиндр №1 — это крайний справа цилиндр (на стороне пассажирского сиденья) (высоковольтный провод свечи зажигания которого находится ближе всех к приводному(ым) ремню(ям)).
Принцип работы и диагностика системы зажигания 125
ОБМЕ
Проверка поворотом ключа |
При правильно установленном угле опережения зажигания прогретый двигатель должен заводиться сразу же после поворота ключа зажигания. Если двигатель, перед тем как завестись, долго запускается, то причиной этого может быть запаздывание зажигания. Если двигатель прокручивается медленно, то возможно, угол опережения зажигания слишком велик. Но если двигатель заводится сразу же, это свидетельство того, что установленный угол опережения
Н зажигания обычно достаточно близок к требуемому, пусть даже и не выставлен точно в соответствии с техническими требованиями. В случае возникновения трудностей с запуском двигателя сначала проверьте правильность установки угла опережения зажигания, и только после этого переходите к диагностике топливной системы или системы электрического пуска. Этот способ проверки может помочь быстро и без каких-либо инструментов и приборов оценить, не связано ли нарушение работы двигателя с неправильной установкой угла опережения зажигания.
Пользуйтесь следующим эмпирическим правилом: если неизвестно, какой из цилиндров в данном конкретном двигателе — цилиндр №1, то это самый передний цилиндр, если смотреть сверху (исключением являются восьмицилиндровые V-образные двигатели компании Pontiac). На рис. 5.35 приведены схемы расположения цилиндра №1 в двигателях разных производителей.
ПРИМЕЧАНИЕ
В двигателях ряда моделей автомобилей установка угла зажигания производится не по цилиндру №1. Например, в шестицилиндровых рядных двигателях автомобилей Jaguar, выпущенных до 1988 г., она производилась по цилиндру №6, но цилиндры нумеровались от перегородки моторного отсека вперед. Таким образом, цилиндр №6 был самым передним цилиндром. В восьмицилиндровых V-образных двигателях автомобилей компании International Harvester (Navistar) угол опережения зажигания устанавливается по цилиндру №8. Обязательно ознакомьтесь с техническими требованиями и конкретными методиками проверки, составленными для того двигателя, который вы проверяете.
Проверка и регулировка угла опережения зажигания
Ниже приведена методика проверки и регулировки угла опережения зажигания:
1. Заведите двигатель и установите скорость его вращения такой, какой она должна быть при проверке угла опережения зажигания.
2. Направьте стробоскоп на репер контроля зажигания, находящийся на двигателе, и заметьте, какое положение по отношению к нему занимает при стробоскопическом освещении установочная метка на маховике или переднем шкиве. Сравните результат контроля с техническими требованиями производителя, приведенными на наклейке под капотом (рис. 5.36).
ПРИМЕЧАНИЕ
Если установочная метка занимает положение впереди указателя по ходу вращения коленчатого вала, то зажигание— раннее (происходит преждевременно), если же установочная метка занимает положение позади указателя по ходу вращения коленчатого вала, то зажигание — позднее.
3. Для того чтобы отрегулировать угол опережения зажигания, ослабьте прижимной болт или гайку крепления распределителя зажигания и поворачивайте его корпус до тех пор, пока установочная метка не займет правильное положение. Для уменьшения угла опережения зажигания необходимо поворачивать корпус распределителя зажигания в направлении, совпадающем с направлением вращения ротора распределителя, а для его увеличения — в противоположном направлении.
4. После установки заданного угла опережения зажигания тщательно затяните прижимной болт распределителя зажигания. Иногда из-за того что при затягивании прижимного болта не удается удержать корпус распределителя, и он слегка поворачивается, регулировку приходится повторять.
СОВЕТ
Если до цилиндра №1 сложно добраться, например, он находится у самой перегородки моторного отсека или близко к выпускному коллектору, используйте вместо него оппозитный, в порядке зажигания, цилиндр. На синхронизации стробоскопического освещения такая замена совершенно не отразится и положение установочной метки по отношению к указателю или градусной шкале, видимое при стробоскопическом освещении, останется на том же месте.
ПРИМЕЧАНИЕ
Если установочная метка оказывается вообще непонятно где, или если после регулировки угла опережения зажигания двигатель работает хуже, то это может быть связано с проскальзыванием наружного кольца гасителя крутильных колебаний1 на ступице — в таком случае он подлежит замене.
Гаситель крутильных колебаний в современных двигателях вмонтирован в передний шкив коленчатого вала, от которого осуществляется привод всех навесных агрегатов двигателя. Очень часто установочная метка наносится на наружный обод этого шкива. — Примеч. ред.
СПРАВОЧНАЯ ТАБЛИЦА РАСПОЛОЖЕНИЯ ЦИЛИНДРА №1 В ДВИГАТЕЛЕ
ЧЕТЫРЕХЦИЛИНДРОВЫЕ
ДВИГАТЕЛИ
РАСПОЛОЖЕНИЕ УСТАНОВОЧНЫХ МЕТОК УГЛА ОПРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ
ю ох
ДВИГАТЕЛЬ РАСПОЛОЖЕН СПЕРЕДИ ПОПЕРЕЧНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ HONDA
ДВИГАТЕЛЬ РАСПОЛОЖЕН СПЕРЕДИ ПОПЕРЕЧНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ HONDA
ШКИВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА-----
АМС
AUDI
CHRYSLER V8 И 6 DATSUN
FIAT
FORD/LINCOLN/MERCURY
GM (ВСЕ МОДЕЛИ) JAGUAR
СО
СП
ДВИГАТЕЛЬ РАСПОЛОЖЕН СПЕРЕДИ ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ PEUGEOT RENAULT SAAB
ДВИГАТЕЛЬ РАСПОЛОЖЕН СПЕРЕДИ RENAULT PEUGEOT SAAB
ДВИГАТЕЛЬ РАСПОЛОЖЕН СЗАДИ VW
ДВИГАТЕЛЬ РАСПОЛОЖЕН СПЕРЕДИ SAAB SUBARU
MAZDA
MERCEDES-BENZ
MG
PEUGEOT
TOYOTA
VOLVO
VW-С ВОЗДУШНЫМ
ОХЛАЖДЕНИЕМ
ШЕСТИЦИЛИНДРОВЫЕ
ПОПЕРЕЧНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ
УСТАНОВОЧНАЯ МЕТКА (ТИПИЧНЫЙ ВИД - КОНКРЕТНЫЙ ВИД МОЖЕТ ОТЛИЧАТЬСЯ)
ДВИГАТЕЛЬ РАСПОЛОЖЕН СПЕРЕДИ ВСЕ АВТОМОБИЛИ
ДВИГАТЕЛЬ РАСПОЛОЖЕН СПЕРЕДИ BCEV6 ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ FORD PEUGEOT PORSCHE AUDI VOLVO
ДВИГАТЕЛЬ РАСПОЛОЖЕН СПЕРЕДИ FORD V6
ДВИГАТЕЛЬ РАСПОЛОЖЕН СПЕРЕДИ PEUGEOTV6 PORSCHEV6 AUDIV6 VOLVO V6
ПОПЕРЕЧНОЕ
РАСПОЛОЖЕНИЕ
ДВИГАТЕЛЯ
МАХОВИК
BMW
4-ЦИЛИНДРОВЫЕ, ПЕРЕДНЕПРИВОДНЫЕ CHRYSLER/DODGE/PLYMOUTH
HONDA
PORSCHE 924 И 912Е
RENAULT
SAAB
SUBARU
VW - С ВОДЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
ОЧЕНЬ НЕУДОБНАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
ВОСЬМИЦИДИНДРОВЫЕ
ЗА
ИСКЛЮЧЕНИЕМ FORD MERCEDES-BENZ
PORSCHE
CADILLAC 425 с двигателем V8 JAGUAR
FORD MERCEDES-BENZ PORSCHE CADI LLAC 425 с двигателем V8 JAGUAR
РОТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
GMV6 3,0n., 3,8 л.
ВСЕ МОДЕЛИ MAZDA
сад
ЦИЛИНДР №1
ОХВАТИТЕ КЛЕЩАМИ ИНДУКТИВНОГО ДАТЧИКА СТРОБОСКОПА ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ПРОВОД СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ ЦИЛИНДРА №1
ДВИГАТЕЛЬ РАСПОЛОЖЕН СПЕРЕДИ
ДВИГАТЕЛЬ РАСПОЛОЖЕН СПЕРЕДИ
СМОТРОВОЕ ОКНО В КОРПУСЕ СЦЕПЛЕНИЯ
ТИПИЧНЫЙ ВИД УСТАНОВОЧНЫХ МЕТОК (КОНКРЕТНЫЙ ВИД МОЖЕТ ОТЛИЧАТЬСЯ)
Рис. 5.35. Расположение цилиндра №1 и установочной метки угла опережения зажигания в двигателях различных производителей
Принцип работы и диагностика системы зажигания 127
Рис. 5.36. Такой вид имеет обычно разъем SPOUT, используемый во многих двигателях компании Ford, оснащенных системами зажигания с механическим распределителем зажигания (а). При проверке/регулировке угла опережения зажигания этот разъем должен быть отстыкован. В бесконтактных системах зажигания этот разъем имеет маркировку SPOUT/SAW (6)
ОБМЕН ОПЫТОМ
1 Ключ к успеху — своевременно поставленные метки
Демонтируя распределитель зажигания из двигателя, обязательно пометьте направление, в котором повернут ротор, чтобы при монтаже распределителя зажигания уставить его в правильное положение. Поскольку на валу распределителя зажигания стоит косозубая шестерня, при демонтаже ротор неизбежно поворачивается. Чтобы при повторном монтаже распределителя зажигания не возникало проблем, сделайте еще одну метку— пометьте направление, в котором повернут ротор в тот момент, когда распределитель зажигания вынимается из двигателя. При повторной установке распределителя зажигания установите ротор по второй метке и вставьте распределитель зажигания в двигатель. Ротор должен при этом повернуться в направлении, совпадающем с первой меткой — это будет еще одним подтверждением того, что распределитель выставлен правильно (рис. 5.37).
Рис. 5.37. Первая метка указывает направление, в котором повернут ротор перед демонтажом распределителя зажигания. Вторая метка указывает направление, в котором повернут ротор в тот момент, когда распределитель зажигания вынимается из двигателя
128 Глава 5
ФОТОРЯД Диагностика системы важигания
Ил. 8.1. Инструмент и оснащение, необходимые для проверки исправности вторичной цепи системы зажигания: клещи для снятия защитного колпачка высоковольтного провода со свечи зажигания, искровой пробник, приборы для изменения напряжения во вторичной цепи зажигания, индикаторная лампочка-пробник, короткие (длиной по 2 дюйма) отрезки вакуумного шланга диаметром 5/32 дюйма и защитные перчатки для защиты рук от ожогов при работе в непосредственной близости от горячих узлов системы выпуска отработавших газов
Ил. 8.2. Первая операция диагностики системы зажигания — проверка достаточности выходного напряжения катушки (катушек) зажигания
Ил. 8.3. Подсоедините искровой пробник к концу высоковольтного провода свечи зажигания и с помощью пружинного зажима соедините с "массой" автомобиля. Заведите двигатель и наблюдайте за искровым пробником. В его разрядном промежутке должна появиться непрерывная искра, что служит признаком того, что высокое напряжение на выходе системы зажигания не ниже 25 кВ
Ил. 8.4. Неисправности двигателя, так же как неисправности системы зажигания, часто можно выявить путем измерения высокого напряжения с помощью высоковольтного тестера, например, такого, как показанный на этой фотографии прибор из набора, выпускаемого компанией Snap-On. Подсоедините земляной зажим тестера на "массу" автомобиля, а зажимом измерительного щупа охватите высоковольтный провод катушки зажигания
Принцип работы и диагностика системы зажигания 129
Диагностика системы зажигания продолжение
Ил. 8.5. Заведите двигатель и поворачивайте регулировочную ручку на приборе до тех пор, пока светодиод на панели прибора не перестанет мигать. Как только это произойдет, зафиксируйте показание на измерительной шкале прибора. Напряжение зажигания в этом цилиндре по показанию прибора находится в пределах 12-13 кВ при нормальном характере пробоя, т.е. в пределах нормы (от 5 до 15 кВ)
Ил. 8.6. Напряжение зажигания в этом цилиндре по показанию прибора составляет примерно 8 кВ из-за искры обратной полярности в другом цилиндре, в котором включена парная свеча. Измеренное напряжение зажигания указывает на то, что, возможно, разрядный промежуток слишком узок, или на то, что свеча зажигания забрызгана маслом
Ил. 8.7. Еще один тестер, который используется для измерения высоковольтного напряжения, — из набора, выпускаемого компанией ОТС. Для проведения измерения подсоедините зажим заземления тестера на "массу" автомобиля, а клещи пробника наденьте на высоковольтный провод катушки зажигания
Ил. 8.8. Заведите двигатель и переключите тестер в режим измерения "spark kV". В этом режиме измерения индикатор прибора показывает напряжение, необходимое для пробоя разрядного промежутка свечи зажигания, которое в данном примере составляет 16,4 кВ. Это напряжение превышает нормальное, что может быть связано с повышенным сопротивлением высоковольтного провода катушки зажигания или слишком широким разрядным промежутком между электродами свечи зажигания
130 Глава 5
Диагностика системы зажигания продолжение
Ил. 8.9. Переключите тестер в режим измерения "burn kV". Тестер показывает напряжение 1,9 кВ. Это напряжение, необходимое для горения искры после ее зажигания.
Для большинства автомобилей это напряжение должно быть менее 2 кВ
Ил. 8.10. Переключите тестер в режим "burn time" Показание индикатора составляет 1,2 мс. Это продолжительность горения искры зажигания — она должна находиться в пределах от 1 до 2 мс
Ил. 8.11. Поочередно отключайте зажигание цилиндров и следите за тем, как при этом изменяется скорость вращения двигателя и характер его работы на холостом ходу. Если при отключении зажигания какого-либо из цилиндров режим работы двигателя не изменяется, это указывает на неисправность, связанную с этим цилиндром. Отключайте зажигание цилиндров с помощью вставки вакуумного шланга двухдюймовой длины между защитным колпачком высоковольтного провода и гнездом высоковольтной клеммы катушки зажигания. Эта проверка подходит также для испытания систем зажигания с механическим распределителем зажигания
Ил. 8.12. Прикоснитесь щупом индикаторной лампочки-пробника, подключенной на "массу" автомобиля, к стенке вакуумного шланга. Высокое напряжение будет уходить через пробник на "массу" автомобиля и искра в этом цилиндре возникать не будет. Это несложный тест, и для его выполнения не требуется дорогостоящего испытательного оборудования. Времени на него уходит немного, но он помогает локализовать неисправный цилиндр
Принцип работы и диагностика системы зажигания 131
ФОТОРЯД Регулировка угла опережения зажигания
Ил. 9.1. Инструменты и оборудование, необходимые для проверки и регулировки угла опережения зажигания: стробоскоп и ключи с соответствующими головками, удлинительными вставками и приводами с храповыми механизмами, необходимые для откручивания прижимного болта или гайки крепления распределителя зажигания
Ил. 9.2. Ознакомьтесь с указанными в наклейке под капотом автомобиля или в руководстве по его техническому обслуживанию данными, регламентирующими величину угла опережения зажигания и режим работы двигателя при его проверке и регулировке
Ил. 9.3. Найдите, очистите от грязи и выделите с помощью маркера установочную метку, которая обычно стоит на гасителе крутильных колебаний, стоящем на передней стороне двигателя. Чтобы установочную метку было лучше видно, выделите ее с помощью мела, корректирующей жидкости или краски
Ил. 9.4. Подсоедините провод питания и земляной провод стробоскопа соответственно к плюсовой и минусовой клемме аккумуляторной батареи
132 Глава 5
Регулировка угла опережения зажигания продолжение
Ил. 9.5. Наденьте клещи индуктивного датчика стробоскопа на высоковольтный провод свечи зажигания цилиндра №1
Ил. 9.6. В соответствии с процедурой проверки угла опережения зажигания, установленной для этого восьмицилиндрового V-образного двигателя Ford рабочим объемом 5,0 л, необходимо найти и отсоединить разъем SPOUT. Этот разъем стоит рядом с распределителем зажигания
Ил. 9.7. Выньте кабельный разъем SPOUT из ответной части. Через контакты этого разъема сигнал датчика, установленного в распределителе зажигания, передается в компьютер, который по нему осуществляет коррекцию начального угла опережения зажигания
Ил. 9.8. В большинстве процедур проверки угла опережения зажигания, составленных для двигателей, оснащенных вакуумным автоматом регулировки угла опережения зажигания, указано, что вакуумный шланг, идущий к вакуумному автомату распределителя зажигания, должен быть отсоединен и плотно закрыт
Принцип работы и диагностика системы зажигания 133
Регулировка угла опережения зажигания продолжение
Ил. 9.9. В большинстве автомобилей компании GM, оснащенных карбюраторными двигателями и компьютерной системой контроля, таких, как этот восьмицилиндровый V-образный двигатель автомобиля Chevrolet, выпущенного в середине 1980-х годов, необходимо расстыковать четырехконтактный разъем, который находится рядом с распределителем зажигания. В некоторых моделях двигателей GM для установки угла опережения зажигания необходимо сначала соединить между собой контакты А и В разъема передачи данных (DLC). Обязательно изучите процедуру проверки угла опережения зажигания, составленную для той модели автомобиля, которую вы обслуживаете
Ил. 9.10. Заведите двигатель и направьте свет стробоскопа на установочные метки. Будьте осторожны, чтобы случайно не попасть в зону действия лопастей вентилятора или приводных шкивов
Ил. 9.11. Установочные метки в импульсном свете стробоскопа, синхронизируемого по зажиганию цилиндра №1
Ил. 9.12. Если угол опережения зажигания находится вне установленных пределов (установочная метка не совпадает с указанной неподвижной меткой), ослабьте с помощью ключа прижимнои болт или гайку крепления распределителя зажигания. Выпускаются специальные изогнутые ключи, облегчающие выполнение этой операции
134 Глава 5
Регулировка угла опережения зажигания
продолжение
Ил. 9.13. Не откручивайте полностью прижимной болт или гайку, а только ослабьте его настолько, чтобы распределитель зажигания можно было поворачивать
Ил. 9.14. Это самая сложная операция. Следя за положением установочной метки, плавно поворачивайте распределитель зажигания до тех пор, пока она не займет правильное положение. Прижим распределителя зажигания должен быть ослаблен настолько, чтобы распределитель можно было поворачивать, но при этом он не мог бы поворачиваться самопроизвольно
Ил. 9.16. Состыкуйте разъем SPOUT
Ил. 9.15. После того как установочная метка установлена в заданное положение, плавно затяните прижимной болт (гайку) крепления распределителя зажигания. После этого еще раз проверьте, что установочная метка осталась в правильном положении, потому что при затягивании прижимного болта распределитель зажигания может повернуться, что вызовет изменение угла опережения зажигания
Принцип работы и диагностика системы зажигания 135
Регулировка угла опережения зажигания продолжение
Ил. 9.17. Отсоедините стробоскоп от высоковольтного провода свечи зажигания цилиндра №1 и клемм аккумуляторной батареи
Ил. 9.18. Для "качественной" регулировки угла опережения зажигания можно использовать также вакуумметр.
Может случиться так, что гаситель крутильных колебаний поврежден и установочная метка сбита с правильного положения относительного неподвижной метки или установочная метка на двигателе отсутствует
Ил. 9.19. Процедуру регулировки угла опережения зажигания с помощью вакуумметра начинают с того, что подсоединяют вакуумметр к штуцеру пробоотбора вакуума во впускном коллекторе двигателя
Ил. 9.20. Ослабляют прижимной болт (гайку) крепления распределителя зажигания. Разъем SPOUT и никакие другие разъемы не отсоединяют. Наилучший результат регулировки угла опережения зажигания с помощью вакуумметра достигается тогда, когда компьютер продолжает корректировать угол опережения зажигания
136 Глава 5
Регулировка угла опережения зажигания продолжение
Ил. 9.21. Заводят двигатель и дают ему прогреться до нормальной рабочей температуры. Медленно поворачивают распределитель зажигания (в направлении увеличения угла опережения зажигания) до тех пор, пока по показаниям вакуумметра не будет достигнуто максимальное разрежение (в данном примере оно составляет 19,5 дюйма ртутного столба)
Ил. 9.22. По достижении максимального разрежения по показаниям вакуумметра распределитель зажигания поворачивают в противоположном направлении (в направлении уменьшения угла опережения зажигания) до тех пор, пока показание вакуумметра не снизится на 2 дюйма ртутного столба по сравнению с максимальным показанием, полученным на предыдущем шаге регулировки
Ил. 9.23. Когда стрелка индикатора вакуумметра дойдет до отметки на 2 дюйма ниже наивысшего показания (в данном примере это отметка 17,5 дюйма ртутного столба), затягивают прижимной болт (гайку) крепления распределителя зажигания. Хотя этот способ регулировки угла опережения зажигания не обеспечивает точности, гарантирующей достижения режима, обеспечивающего минимальную токсичность выхлопных газов, но он достаточно точен для того, чтобы установить безопасный режим работы двигателя, предотвращающий его повреждение
Ил. 9.24. После завершения процедуры регулировки угла опережения зажигания проверьте еще раз, чтобы прижимной болт крепления распределителя зажигания был надлежащим образом затянут, и подсоедините все вакуумные шланги и разъемы, отсоединенные на время выполнения этой процедуры
Принцип работы и диагностика системы зажигания 137
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Во всех системах зажигания индукционного типа напряжение аккумуляторной батареи подается на плюсовой вывод катушки зажигания, а минусовой вывод катушки зажигания периодически соединяется на “массу” автомобиля и отсоединяется, в результате чего во вторичной обмотке возникает высоковольтный импульс.
2. Система зажигания, в которой используется механический прерыватель, называется классической системой зажигания или DI-системой зажигания (DI — distributor ignition).
3. Система зажигания, в которой отсутствует механический прерыватель, называется электронной системой зажигания или EI-системой зажигания (EI — electronic ignition).
4. Для проверки системы зажигания на искру необходимо использовать искровой пробник, рассчитанный на напряжение пробоя не ниже 25 кВ.
5. Первичная обмотка катушки зажигания, как правило, имеет сопротивление около 1 Ом, а сопротивление вторичной обмотки находится в пределах от 6000 Ом до 30 000 Ом.
6. Сопротивление обмотки магнитоэлектрического датчика должно находиться примерно в середине диапазона сопротивлений, установленного его производителем. При прокручивании двшателя амплитуда переменного напряжения на выходе магнитоэлектрического датчика должна быть не менее 0,25 В.
7. Нарушение изоляции высоковольтного провода может привести к выходу из строя катушки зажигания.
8. При диагностике причины нарушения работы двигателя необходимо тщательно осмотреть все компоненты системы зажигания.
9. Регулировка искрового промежутка в свечах зажигания с платиновым наконечником, которые уже эксплуатировались в двигателе, не допускается.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните, как из 12-вольтового напряжения аккумуляторной батареи получается высокое напряжение зажигания амплитудой 40 000 В.
2. Объясните принцип работы магнитоэлектрического датчика.
3. Объясните принцип работы датчика Холла.
4. Объясните, почему проверку системы зажигания на искру нельзя производить с помощью стандартной свечи зажигания, а только с помощью искрового пробника.
5. Объясните, как проверить магнитоэлектрический датчик на сопротивление обмотки и выходное напряжение.
6. Объясните, какие нарушения пуска или работы двигателя могут возникнуть в случае дефектного (с нарушением изоляции) высоковольтного провода свечи зажигания.
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. Высокое напряжение во вторичной обмотке катушки зажигания генерируется только в том случае, если первичная (низковольтная) цепь зажигания работает правильно. Какие из указанных ниже элементов не относятся к первичной цепи зажигания?
а. Высоковольтные провода свечей зажигания.
6. Электронный модуль управления зажиганием.
в. Магнитоэлектрический датчик (импульсный генератор).
г. Замок/выключатель зажигания.
2. В бесконтактной системе зажигания непосредственное управление работой катушки(ек) зажигания осуществляет электронный модуль управления зажиганием. Какие компоненты управляют работой самого модуля?
а. Магнитоэлектрический датчик.
б. Бортовой компьютер.
в. Датчик углового положения коленчатого вала.
г. Все вышеперечисленные компоненты.
3. Синхронизация работы бесконтактных систем зажигания осуществляется по сигналу:
а. Датчика Холла.
6. Магнитоэлектрического датчика.
в. Датчика искры.
г. Как датчика Холла, так и магнитоэлектрического датчика.
4. Детонация, приводящая к серьезным повреждениям двигателя, может возникнуть в случае:
а. Раннего зажигания.
6. Позднего зажигания.
5. Техник А считает, что магнитоэлектрический датчик (импульсный генератор) можно проверить
138 Глава 5
с помощью омметра. Техник Б считает, что с помощью омметра можно проверять катушки зажигания. Кто из них прав?
а. Только техник А.
б. Только техник Б.
в. Оба техника.
г. Ни один из них.
6. Номинальное сопротивление первичной обмотки катушки зажигания находится в пределах:
а. От 100 Ом до 450 Ом.
б. От 500 Ом до 1500 0м.
в. От 1 Ом до 3 Ом.
г. От 6000 Ом до 30 000 Ом.
ГЛАВА
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов
Цель главы 6 — научить читателя:
1. Знать основные характеристики бензина.
2. Знать, как выбрать правильный сорт бензина.
3. Понимать, как испаряемость (летучесть) бензина влияет на работу двигателя.
4. Понимать принцип работы системы принудительной вентиляции картера (PCV) и знать методику диагностики ее неисправностей.
5. Понимать принцип работы системы предотвращения выброса в атмосферу испарений бензина и знать методику проверки правильности ее работы.
6. Понимать назначение и принцип работы системы рециркуляции отработавших газов (EGR) и знать методику диагностирования причин нарушения ее работы.
7. Уметь объяснить, как проверяется степень засоренности и эффективность работы каталитического нейтрализатора (дожигателя) отработавших газов.
Для обеспечения нормальной работы и длительного ресурса любого двигателя качество топлива имеет очень важное значение. Если используемое топливо по своим характеристикам не соответствует температуре воздуха или если испаряемость топлива не соответствует требуемой, это вызывает серьезные нарушения в работе двигателя. Двигатель сжигает примерно 10 000 кубических футов воздуха (резервуар размерами 10 х 10 х 100 футов) на каждый кубический фут бензина (примерно 7,5 галлона).
БЕНЗИН
Бензином называют получаемую путем перегонки сырой нефти сложную смесь углеводородов, используемую в качестве топлива в двигателях внутреннего сгорания. В процессе перегонки нефти, в результате которой получается бензин, из перерабатываемого сырья удаляются ненужные примеси, например, парафины, и в полученный бензин добавляются присадки, повышающие его октановое число. Большая часть сортов бензина выпускается с добавками, обеспечивающими коррекцию его свойств в соответствии с местными климатическими условиями и высотой над уровнем моря, на которой эксплуатируются двигатели.
ИСПАРЯЕМОСТЬ
Испаряемость (летучесть) характеризует способность бензина испаряться (превращаться в пар). Определение испаряемости базируется на том, что пары бензина остаются в топливном баке или бензопроводе и создают определенное давление, которое зависит от температуры топлива.
Бензин для эксплуатации двигателя в условиях низких температур
Упругость паров бензина по Рейду (RVP — Reid vapor pressure) — это давление паров над поверхностью жидкого бензина, измеренное при температуре 100°Ф (38°С). Повышенная испаряемость бензина облегчает запуск двигателя в холодную погоду. Бензин в отсутствие воздуха не воспламенится. Для сжигания в двигателе бензин необходимо превратить в пары (смешать с воздухом). Понижение температуры вызывает ухудшение испаряемости бензина. Поэтому выпускаются так называемые зимние сорта бензина, составы
140 Глава 6
которых подобраны таким образом, чтобы обеспечить при низких температурах повышенную испаряемость, необходимую для запуска и нормальной работы двигателя при низких температурах окружающей среды. По стандартам Американского общества по испытанию материалов (ASTM — American Society of Testing Materials) допускается повышение испаряемости зимних сортов бензина, предназначенных для эксплуатации двигателя в условиях низких температур, до уровня 15 RVP (это означает, что для этих сортов бензина измеренное давление паров по Рейду может доходить до 15 фунтов/кв. дюйм).
Бензин для эксплуатации двигателя в условиях высоких температур
При повышении температуры окружающей среды испаряемость бензина улучшается. Однако топливная система (топливный насос, карбюратор, топливные форсунки системы впрыска топлива) сконструированы для работы с жидким топливом. Испаряемость так называемых летних сортов бензина, предназначенных для эксплуатации двигателя при высоких температурах окружающей среды, должна находиться на уровне примерно 7,0 RVP. Согласно стандартам Американского общества по испытанию материалов, максимальная испаряемость летних сортов бензина по шкале RVP не должна превышать 10,5 RVP.
ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С ИСПАРЯЕМОСТЬЮ БЕНЗИНА
При повышенных температурах жидкий бензин испаряется легко, что может привести к возникновению газовой пробки. Газовая пробка — это повышенное давление, создаваемое испарившимся топливом в топливной системе. Пары вытесняют жидкое топливо из пространства, которое оно обычно заполняет, и нару-
Гг, ; а —
Понюхайте, чем пахнет бензин
Проблемы могут возникнуть из-за несвежести бензина, | из которого испарились легкие фракции. Несвежий бензин может стать причиной того, что двигатель не заводится. Если есть опасения, что бензин несвежий, понюхайте его — если он воняет тухлятиной, замените такой бензин
свежим.
ПРИМЕЧАНИЕ
Ставя автомобиль, катер или бензиновую газонокосилку "на прикол" на время зимы, добавьте в бензин стабилизатор, чтобы замедлить его испарение и расслоение. Стабилизатор бензина проще всего купить в мастерских по ремонту газонокосилок или на лодочных пристанях.
шают нормальный режим работы топливного насоса. Газовая пробка создается пузырьками газа, образующимися в топливе, которые нарушают нормальную работу топливного насоса, карбюратора или системы впрыска топлива. Образование пузырьков газа в топливе может быть вызвано его нагревом или резкими изгибами трубопроводов в топливной системе. Нагрев ускоряет испарение топлива, заставляя его “кипеть”. Резкие изгибы трубопроводов вызывают торможение потока топлива. Топливо, проходя через изгиб трубопровода, расширяется, заполняя пространство за изгибом. При этом давление на выходе из изгиба трубопровода падает, и в топливопроводе возникают газовые пузырьки. При загазованности топлива нарушаются нормальные условия его подачи в двигатель, что приводит к обеднению топливно-воздушной смеси. Если двигатель работает на обедненной смеси, то при разгоне он будет работать рывками, неровно и может заглохнуть. Повышенная температура окружающей среды и использование бензина с добавкой спирта — две основные причины возникновения газовых пробок и вызванного ими нарушения нормальной работы двигателя.
Искра поджигает смесь, начинается процесс сгорания
Распространяется фронт воспламенения
Процесс сгорания почти завершен
Краевые газы
Сгорание смеси завершилось
НОРМАЛЬНОЕ СГОРАНИЕ СМЕСИ
Рис. 6.1. Распространения фронта воспламенения при нормальном режиме сгорания смеси
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 141
Использование зимнего сорта бензина (обладающего высокой испаряемостью по шкале RVP) в условиях высоких температур окружающей среды может привести к возникновению следующих нарушений в работе двигателя:
• Двигатель неровно работает на холостом ходу.
• Двигатель глохнет.
• Двигатель при разгоне наращивает обороты рывками.
• Скачет частота оборотов двигателя (помпаж).
НОРМАЛЬНЫЙ И НАРУШЕННЫЙ РЕЖИМЫ СГОРАНИЯ СМЕСИ
Октановое число бензина является мерой его детонационной стойкости. Стук двигателя (называемый также детонацией или детонационным сгоранием) — это издаваемый двигателем металлический стук,обычно возникающий при разгоне. Его причиной является нарушенное, или неуправляемое, сгорание топливновоздушной смеси в цилиндре.
В нормальном режиме сгорание рабочей смеси происходит равномерно и процесс сгорания распространяется по камере сгорания от точки поджига смеси (рис. 6.1).
При нормальном режиме сгорания фронт воспламенения движется со скоростью от 45 миль в час до 90 миль в час (от 72 до 145 км/час). Скорость движения фронта воспламенения зависит от состава рабочей смеси, конструкции камеры сгорания (определяющей степень турбулизации смеси) и температуры.
При детонационном сгорании смеси скорость распространения фронта воспламенения резко возрастает, и может десятикратно превышать скорость звука. Резкое возрастание скорости сгорания топлива приводит также к резкому повышению температуры и давления в камере сгорания, вызывающих серьезные повреждения поршней, уплотнительных прокладок и головок цилиндров (рис. 6.2-6.4).
Одной из первых присадок, которую стали добавлять в бензин, был тетраэтилсвинец. Тетраэтилсвинец стали добавлять в бензин в начале 1920-х годов для снижения опасности возникновения детонационного сгорания топлива в двигателях. Такой бензин обычно
Искра поджигает смесь, начинается процесс сгорания
Распространяется фронт воспламенения
Процесс сгорания почти завершен
Краевые газы
Краевые газы детонируют
Происходит преждевременное воспламенение смеси
Производится поджиг смеси
Распространяются оба фронта воспламенения
Сгорание смеси завершается преждевременно
ДЕТОНАЦИОННОЕ СГОРАНИЕ СМЕСИ
ПРЕЖДЕВРЕМЕННОЕ ВОСПЛАМЕНЕНИЕ СМЕСИ
Рис. 6.2. Распространение фронта воспламенения и реакция краевых газов при детонационном сгорании рабочей смеси
Рис. 6.3. Распространение фронта воспламенения при преждевременном воспламенении рабочей смеси
142 Глава 6
Рис. 6.4. Нарушение нормального режима сгорания рабочей смеси приводит к быстрому разрушению двигателя. Обратите внимание на то, насколько сильно из-за повышения температуры оплавилось днище поршня и потеряла прочность его центральная часть. Избыточное давление, возникавшее в процессе нарушенного сгорания смеси, выдавило дыру в днище этого поршня
назывался “этилированным” или “высокосортным” бензином. В настоящее время на автомобильных заправках этилированный бензин уже не продают.
Вскоре после начала использования тетраэтилсвинца в качестве присадки к бензину Общество автомобильных инженеров (SAE — Society of Automotive Engineers) установило стандарты октанового числа бензина. Стандартизация топлива позволила производителям автомобилей выпускать двигатели с учетом известных характеристик выпускаемого топлива, в которых обеспечивалось его бездетонационное сгорание.
Эталоном детонационной стойкости, который используется в качестве базы для сравнения, был выбран высокооктановый углеводород изооктан, по химической терминологии — триметилпентан (С8Н18), известный также под названием триметилпентан 2-2-4. Если испытываемый бензин имеет такие же антидетонаци-онные свойства, как и изооктан, то ему присваивается октановое число 100. Если антидетонационные характеристики испытываемого бензина по сравнению с антидетонационными характеристиками изооктана составляют 85%, то бензину присваивается октановое число 85. Следует помнить, что октановое число — это сравнительная характеристика.
При проведении натурных испытаний используется специальный одноцилиндровый двигатель,
называемый стандартным двигателем по стандарту Объединенного комитета по изучению моторных топлив (CFR — Cooperative Fuel Research Committee). Испытываемое топливо сравнивается путем испытаний в этом двигателе с эталонным топливом, представляющим собой смесь изооктана, имеющего октановое число 100, и еще одного углеводорода — н-геп-тана (С7Н16), имеющего октановое число 0, в заданной пропорции. Например, если детонационная стойкость у испытываемого топлива такая же, как у эталонного топлива, состоящего из 9 частей изооктана и одной части н-гептана, то испытываемое топливо имеет октановое число 90.
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И МОТОРНЫЙ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОКТАНОВОГО ЧИСЛА
Для определения антидетонационных качеств бензина (октанового числа) используются два метода — исследовательский и моторный. В обоих методах определения октанового числа используется специальный одноцилиндровый двигатель по стандарту Объединенного комитета по изучению моторных топлив. Различие между исследовательским и моторным методами заключается в температуре воздуха, угле опережения зажигания и других параметрах испытаний. Результаты, полученные исследовательским методом, обычно на 6-10 единиц превышают результаты, полученные моторным методом. Например, у топлива, для которого исследовательский метод определения октанового числа дает значение 93 (RON — research octane number), значение, полученное с помощью моторного метода, может оказаться равным 85 (MON — motor octane number).
Октановое число, указываемое на бензозаправочных колонках в США, определяется как среднее значение, рассчитанное по результатам, полученным обоими методами, то есть определяется по формуле (RON+MON)/2. Это значит, что в приведенном выше примере октановое число топлива, указываемое на бензоколонке, будет равно
(RON+MON)/2=(93+85)/2=89
См. рис. 6.5. и 6.6.
ОКТАНОВЫЕ ЧИСЛА РАЗЛИЧНЫХ СОРТОВ БЕНЗИНА
Октановые числа, указываемые на бензозаправочных станциях, представляют собой стандартные показатели, полученные усреднением значений, определенных исследовательским и моторным методами. За исключением высокогорных районов, различные
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 143
Условия проведения испытаний по определению октанового числа бензина
Условия проведения испытаний Исследовательский метод Моторный метод
• Частота оборотов двигателя (в минуту) 600 900
Температура масла (°Ф/°С) 135/57 135/57
Температура охлаждающей жидкости (°Ф/°С) 212/100 212/100
Влажность всасываемого воздуха, (содержание воды, в граммах, в одном фунте воздуха) 25-50 25-50
• Температура всасываемого воздуха (°Ф/°С) 125/52 100/38
• Температура рабочей смеси (°Ф/°С) — 300/149
• Угол опережения зажигания (градусы) 13 Изменяется в зависимости от степени
сжатия
Пропорция компонентов в составе топливновоздушной смеси Регулируется по максимуму детонации Регулируется по максимуму детонации
Рис. 6.5. Условия проведения испытаний по определению октанового числа бензина, устанавливаемые в исследовательском и моторном методах. Обратите внимание на то, что детонационная стойкость бензина, определяемая исследовательским методом, оказывается выше (октановое число имеет более высокое значение), потому что испытания бензина по этому методу проводятся при фиксированном угле опережения зажигания, в то время как при испытаниях по моторному методу угол опережения зажигания изменяется и скорость вращения двигателя в этом случае задана выше, чем в исследовательском методе
Рис. 6.6. Двигатель и измерительное оборудование, используемые для определения октанового числа бензина. Большой стрелочный индикатор, стоящий сверху на измерительном стенде, называется детонометром
сорта бензина имеют следующие стандартные октановые числа:
Сорт бензина Октановое число
Бензин стандартного качества (Regular) 87
Бензин повышенного качества (Midgrade, также называемый Plus) 89
Бензин высшего качества (Premium) 91 и выше
КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩИЕ ТОПЛИВА
Кислородосодержащие топлива представляют собой химические соединения, молекулы которых имеют в своем составе кислород. Примерами кислородосодержащих топлив являются такие соединения как метанол, этанол, метил-трибутиловый эфир (МТВЕ) и этил-трибутиловый эфир (ЕТВЕ) (рис. 6.7).
Рис. 6.7. Далеко не всегда на бензозаправочной колонке ставят соответствующий информационный указатель, если топливо, заправляемое из нее, является кислородосодержащим. Этот информационный указатель1 стоял на бензозаправочной колонке в Ореме (Orem, штат Юта), расположенном на высоте 4500 футов (1400 м) над уровнем моря. Использование кислородосодержащих бензинов в зимнее время обеспечивает снижение выбросов окиси углерода (СО) в атмосферу
’ Надпись на информационном указателе: “Заправка из этой колонки производится кислородосодержащим бензином, обеспечивающим снижение выбросов автомобилями окиси углерода в атмосферу. Это топливо содержит до 15% МТВЕ и/или до 10% этанола. Действует с 1 ноября до 29 февраля.
144 Глава 6
Кислородосодержащие топлива широко используются в высокогорных районах с целью снижения выбросов окиси углерода (СО) в атмосферу. Кислород, входящий в состав топлива, обеспечивает превращение вредной окиси углерода (СО) в безвредный углекислый газ (СО2) в процессе сжигания смеси в камере сгорания и каталитическом нейтрализаторе.
МТВЕ. Метил-трибутиловый эфир получается в результате химической реакции метанола с изобутиленом. В отличие от метанола, МТВЕ не увеличивает испаряемости топлива и обладает меньшей водопоглощающей способностью, чем другие спирты. Управлением по охране окружающей среды США (ЕРА — Environmental Protection Agency) максимально допустимое объемное содержание МТВЕ в бензине установлено на уровне 15% (рис. 6.8).
ЕТВЕ. Этил-трибутиловый эфир получают из этанола. Максимально допустимое объемное содержание ЕТВЕ в бензине установлено на уровне 17,2%. Именно ЕТВЕ является причиной специфического запаха выхлопных газов автомобилей, двигатели которых работают на бензине модифицированного состава.
Этанол. Этиловый спирт — это питьевой спирт, производимый из зерна. Добавление в бензин 10% этанола (этилового спирта или хлебного спирта) повышает октановое число, рассчитанное по формуле (RON+MON)/2, на три единицы. Однако добавление спирта одновременно увеличивает испаряемость топлива примерно на 1 /2 фунта на кв. дюйм. Большинством производителей автомобилей допускается использование топлива с содержанием в нем до 10% этанола,
Рис. 6.8. Этот информационный указатель стоял на бензозаправочной колонке в Питсбурге (Pittsburgh, штат Пенсильвания). Не на каждой из бензозаправочных колонок, из которых производится заправка бензином, содержащим МТВЕ, встречается такой указатель — по правде говоря, это редкость. Использование МТВЕ в качестве добавки к бензину в данное время сокращается в связи с опасностью отравления этим веществом грунтовых вод в случае утечки топлива из подземных бензохранилищ
Рис. 6.9. Обратите внимание на то, что в бензине повышенного качества содержится до 10% этанола, в то время как бензин стандартного качества и бензин высшего качества, как указано на бензозаправочных колонках, показанных на этой фотографии, по своему составу являются чистыми, без добавок, бензинами
если это не сказывается на работе двигателя. В бензине с добавкой этанола в количестве 10% содержится по весу 3,5% кислорода (рис. 6.9).
Метанол. Метиловый спирт производится из древесины (древесный спирт), природного газа и угля. Метиловый спирт — яд, и при попадании в организм вызывает тяжелое отравление. Кроме того он более агрессивен по отношению к материалам, используемым в топливной системе, и не растворяется в бензине без участия сорастворителя. Сорастворитель — это отдельное вещество, которое растворяется как в метаноле, так и в бензине (обычно это один из спиртов). Это вещество используется для ослабления расслаиваемости смеси бензина с метанолом. Метанол способен повредить узлы топливной системы. Метанол обладает коррозионной активностью по отношению к свинцу (используемому в качестве покрытия бензобаков), алюминию, магнию, а также некоторым пластмассам и резинам. Метанол также вызывает разбухание и размягчение резиновых изделий (эластомеров). Содержание кислорода в метаноле составляет по весу 50%. Добавка в бензин метанола в количестве 5% обеспечивает введение в состав топлива по весу 2,5% кислорода.
ВНИМАНИЕ
Все спирты поглощают воду, а спирто-водная смесь отделяется от бензина и скапливается на дне бензобака. Это явление называется разделением фаз. Чтобы избежать возникновения связанных с этим нарушений работы двигателя, следите за тем, чтобы бензобак был постоянно не менее чем на четверть заполнен бензином, особенно в сезоны, когда разница между дневной и ночной температурами особенно велика. В этих условиях возрастает опасность накопления воды в бензобаке вследствие конденсации паров воды из воздуха при снижении температуры.
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 145
ХИМИЯ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
Процесс сгорания топлива представляет собой химическую реакцию соединения кислорода, содержащегося в воздухе (в составе атмосферы содержится до 21% кислорода), с водородом и углеродом, входящими в химический состав топлива. В двигателе внутреннего сгорания процесс сгорания начинается с воспламенения топливно-воздушной смеси в цилиндре двигателя искрой зажигания и завершается в течение примерно трех миллисекунд (мс) (0,003 с). Химическую реакцию, происходящую в процессе сгорания топлива, можно описать в следующем обобщенном виде: водород (Н) плюс углерод (С) плюс кислород (О2) плюс азот плюс искра зажигания равно тепло плюс вода (НЭО) плюс окись углерода (СО) плюс углекислый газ (COJ плюс углеводороды (НС) плюс окислы азота (NOx) плюс множество других химических соединений.
При полном сгорании смеси весь бензин (углеводороды) вступает в реакцию с кислородом, полностью связывая его. Пропорция компонентов, обеспечивающая такое полное соединение, носит название стехиометрической пропорции. Для бензина стехиометрической пропорцией является весовая пропорция, составляющая 14,7 частей воздуха на 1 часть бензина. Для разных топлив стехиометрическая пропорция различна.
Тепло, выделяемое в процессе сгорания топлива, измеряется в BTU (британская тепловая единица — равна 1055 кДж). Один BTU — это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на один градус по шкале Фаренгейта. В метрической системе единицей тепла является калория (кал). Одна калория — это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма (г) воды на один градус по шкале Цельсия.
Топливо Теплотворная способность (BTU/галлон) Стехиометрическая пропорция
Бензин примерно 130 000 14,7:1
Этиловый спирт примерно 76 000 9,0:1
Метиловый спирт примерно 60 000 6,4:1
УСКОРЕННЫЙ ИЗНОС КЛАПАНА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НЕЭТИЛИРОВАННОГО БЕНЗИНА
Неэтилированным топливом автомобили стали заправлять в начале 1970-х годов, и с того времени и до сего дня актуальными остаются проблемы, связанные с использованием неэтилированного топлива. В отсутствие свинца трение клапана при посадке его
в седло в процессе работы двигателя приводит к отрыву крошечных частиц окиси железа. При перемещении клапана по поверхности седла эти частицы окиси железа действуют как притирочный состав, шлифуя поверхность седла клапана. По мере изнашивания седла клапан все глубже погружается в головку блока цилиндров (рис. 6.10).
Рис. 6.10. Использование неэтилированного бензина в двигателе с незакаленными седлами клапанов вызывает эрозию (изнашивание) седел. Это изнашивание может растянуться на годы эксплуатации автомобиля, прежде чем возникнет необходимость в перешлифовывании клапанов и восстановлении или замене седел
Автомобильные двигатели, выпускаемые после 1971 г. для автомобилей, продаваемых в США, должны быть рассчитаны на работу на неэтилированном топливе. На большинстве предприятий по выпуску автомобильных двигателей внедрена индукционная закалка седел клапанов с целью защиты их от ускоренного износа.
Ниже приводится сводный перечень факторов, связанных с использованием неэтилированного бензина: 1. Все автомобильные двигатели, выпущенные начиная с середины 1970-х годов, должны иметь закаленные седла клапанов (обычно закалке подвергаются седла только выпускных клапанов) (некоторые двигатели, предназначавшиеся для грузовых автомобилей малой и средней грузоподъемности, могли быть выпущены с незакаленными седлами клапанов, если на момент выпуска автомобиля использование неэтилированного бензина еще не стало обязательным требованием).
2. Многие двигатели большой мощности уже выпускались с закаленными седлами клапанов еще до середины 1970-х годов.
3. Чаще всего эрозия седел клапанов возникает и ее скорость заметно возрастает при эксплуатации
146 Глава 6
двигателя на высоких оборотах и под большими нагрузками — оба эти фактора вызывают повышение температуры и давления в камере сгорания.
4. Для предотвращения износа седла клапана обычно достаточно добавки всего-навсего 0,1 г тетраэтилсвинца на один галлон бензина.
5. Использование присадок, содержащих тетраэтилсвинец, в общем случае неосуществимо, исходя из экономических соображений, поскольку допустимая концентрация свинца в присадке не может быть выше 4,2 г на галлон. Таким образом, для того чтобы довести концентрацию свинца до 0,1 г на галлон бензина, на десять галлонов неэтилированного бензина необходимо израсходовать целую кварту такой присадки.
6. Что касается старых и антикварных автомобилей, то, при условии, что они не эксплуатируются продолжительное время на высоких оборотах и под большими нагрузками, их двигателям угроза ускоренного износа седел клапанов от использования неэтилированного бензина, вероятно, не грозит в течение многих лет эксплуатации. Если возникнет необходимость в капитальном ремонте двигателя, для предотвращения в будущем каких-либо проблем, связанных с клапанами, в них можно установить закаленные седла клапанов.
7. Максимально подвержены износу клапанов двигатели, постоянно работающие на высоких оборотах и/или под большими нагрузками. Типичными примерами таких двигателей являются двигатели сельскохозяйственных машин и оборудования, двигатели ирригационных насосов, генераторов и аналогичного по условиям эксплуатации промышленного и горного оборудования. При техническом обслуживании и капитальном ремонте двигателей, которые предназначены для непрерывной работы, необходимо обязательно устанавливать в них закаленные седла клапанов.
БЕНЗИН УЛУЧШЕННОГО КОМПОЗИЦИОННОГО СОСТАВА
С целью снижения загрязнения окружающей среды нефтеперерабатывающие предприятия улучшают композиционный состав бензина следующим путем:
1. Снижение концентрации легких компонентов бензина. Из бензина удаляются бутан, пентан и пропан — соединения, которые имеют низкую температуру кипения и легко испаряются. Эти несгоревшие углеводороды, улетучиваясь в атмосферу в процессе заправки автомобилей топливом и через вентиляционную систему бензобака, способствуют образованию смога.
2. Снижение концентрации тяжелых компонентов бензина. Из бензина удаляются тяжелые компоненты, имеющие высокую температуру кипения,— ароматические соединения и олефины. Это делается с целью сокращения количества несгоревших углеводородов, поступающих в каталитический нейтрализатор.
ЭТАЛОННОЕ ТОПЛИВО, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ПРИ ГОСУДАРСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЯХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Поскольку выпускаются разнообразные сорта бензина, при государственных испытаниях двигателей на соответствие экологическим требованиям и экономичность используется эталонное топливо. При этих испытаниях вместо обычного неэтилированного бензина в качестве стандартного топлива используется индолин.
ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ БЕНЗИНА
В ДВИГАТЕЛЯХ
В текущих расходах на содержание автомобиля львиную долю занимают расходы на топливо. Нормальная работа двигателя зависит от чистоты бензина, от соответствия его октанового числа и испаряемости параметрам окружающей среды, при которых эксплуатируется двигатель.
Для обеспечения нормальной работы двигателя и снижения расходов на бензин руководствуйтесь приведенными ниже правилами:
• Заправляйтесь бензином на той бензоколонке, на которой заправляется много автомобилей. В этом случае будет больше гарантий того, что бензин будет свежим и свободным от воды.
• Следите за тем, чтобы бензобак был постоянно заполнен бензином не менее чем на четверть объема, особенно в те сезоны, когда разница между дневной и ночной температурами превышает 20 градусов. Это поможет уменьшить количество конденсированной влаги в бензобаке и опасность замерзания бензопроводов в холодное время.
ПРИМЕЧАНИЕ
Бензопроводы перестают пропускать топливо, когда вода, содержащаяся в бензине, замерзает и, превращаясь в лед, закупоривает их.
• Не заправляйте автомобиль бензином, имеющим более высокое октановое число, чем рекомендо
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 147
ванное производителем. Проверьте, насколько лучше будет работать двигатель на высокооктановом бензине высшего качества. Большинство новых моделей двигателей оборудованы детонационным датчиком, который при возникновении детонации подает сигнал бортовому компьютеру о том, что необходимо уменьшить угол опережения зажигания. Поэтому изменений в работе двигателя при использовании низкооктанового топлива водитель может и не заметить, если не считать снижения мощности и экономичности двигателя.
• Избегайте использования бензина с добавкой спиртов при высоких температурах окружающей среды, пусть даже многие из спирто-бензиновых смесей не ухудшают ходовых характеристик двигателя. Если прогретый двигатель разгоняется рывками, глохнет и неустойчиво работает на холостом ходу, перейдите на заправку бензином другой торговой марки.
• Не заправляйте автомобиль в то время, когда на бензозаправочной станции из бензовоза в подземное бензохранилище сливается топливо. Во время заполнения бензохранилища в нем взбалтывается вся накопившаяся грязь, ржавчина и вода. Эти нежелательные примеси могут, если вы заправляете автомобиль в это время, вместе с бензином попасть в ваш бензобак.
• Не заполняйте бензобак до краев. После того как в горловине бензобака раздастся “щелчок”, сигнализирующий о том, что бензобак полон, долейте еще чуть-чуть бензина, ровно столько, чтобы округлить показания счетчика до десяти центов. При переполнении бензобака лишний бензин будет поглощаться угольным фильтром. Это приведет к переливу двигателя и чрезмерному росту токсичности выхлопных газов (рис. 6.11).
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ
Топливная система предназначена для снабжения карбюратора или системы впрыска топлива чистым бензином под давлением. Типичными величинами давления, под которым топливо подается в карбюраторном двигателе (в котором, как правило, стоит топливный насос с приводом от двигателя) являются следующие: от 4 до 8 фунтов/кв. дюйм или от 28 до 55 кПа, или от 0,3 до 0,5 бар (один бар равен 14,7 фунтов/ кв. дюйм). Одного только давления топлива недостаточно для обеспечения нормальной работы двигателя. Топливная система должна обеспечивать расход топлива не менее 2-х пинт (1 л) в минуту (0,5 пинты за каждые 15с).
Рис. 6.11. На многих бензозаправочных станциях вывешены предупреждающие плакаты, указывающие водителям на то, что при заполнении пластмассовых канистр бензином их необходимо ставить на землю. При заливке бензина в канистру, стоящую в кузове автомобиля на пластиковом покрытии, разряд статического электричества, накопленного канистрой в процессе ее заполнения, через металлический наконечник заправочного шланга может привести к возникновению искры и взрыву. На некоторых бензозаправочных станциях вывешены предупреждающие плакаты, запрещающие пользоваться мобильными телефонами во время заправки во избежание возникновения искры, которая может вызвать пожар
Все топливо должно фильтроваться для защиты топливной системы и двигателя от повреждений, вызванных попаданием в них посторонних частиц и загрязнений. Первый фильтр стоит в бензобаке. Этот фильтр, обычно называемый фильтром топливозабор-ника, не заменяется отдельно, поскольку он прикреплен к топливному насосу (если насос электрический) и/или датчику топливного расходомера. Сменный топливный фильтр находится обычно между топливным баком и впускным отверстием карбюратора или системы впрыска топлива.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ТОПЛИВНЫЕ НАСОСЫ
В большинстве автомобилей с карбюраторными двигателями стоят механические топливные насосы. Механические топливные насосы монтируются на
148 Глава 6
а)
КОРОМЫСЛО
ПРИЖИМАЕТСЯ
ПРУЖИНОЙ
К ТОЛКАТЕЛЮ
ТОЛКАТЕЛЬ
ТОПЛИВО
НАГНЕТАТЕЛЬНЫЙ
КЛАПАН ОТКРЫТ
ВПУСКНОЙ КЛАПАН ЗАКРЫТ
ПРУЖИНА ТОПЛИВНОГО НАСОСА ПЕРЕМЕЩАЕТ ДИАФРАГМУ ВНИЗ
б)
.444\\\W"\\
ТОЛКАТЕЛЬ
ШТОК ОСТАЕТСЯ НЕПОДВИЖНЫМ
ДИАФРАГМА ОСТАЕТСЯ НЕПОДВИЖНОЙ
ПРУЖИНА ПОДДЕРЖИВАЕТ ДАВЛЕНИЕ
КОРОМЫСЛО ДВИГАЕТСЯ, СКОЛЬЗЯ ПРИ ЭТОМ ВВЕРХ-ВНИЗ ПО ШТОКУ
В)
Рис. 6.12. При движении диафрагмы вверх топливо через впускной клапан втягивается в камеру насоса (а). Когда толкатель совершает обратный ход, пружина давит на диафрагму, заставляя ее двигаться вниз, выталкивая топливо через нагнетательный клапан (6). Когда двигатель работает на холостом ходу, диафрагма остается почти всегда в верхнем положении, потому что насос способен подавать намного больше топлива, чем двигатель расходует на холостых оборотах (в)
двигателе и приводятся в действие эксцентриком или кулачком распределительного вала, вращающегося с частотой оборотов вдвое меньшей частоты оборотов коленчатого вала. Насос предназначен для выкачивания топлива из бензобака и подачи его в карбюратор. Типичный механический топливный насос состоит из рычага привода, который контактирует с эксцентриком, приводимым в движение распределительным валом, или с кулачком самого распределительного вала (рис. 6.12).
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ВПРЫСКА ТОПЛИВА
В электронных системах впрыска топлива работой топливных форсунок и другими функциями управля
ет компьютер на основе информации, поступающей от различных датчиков. В составе электронных систем впрыска топлива имеются, как правило, следующие компоненты:
• Электрический топливный насос — обычно размещается в топливном баке.
• Реле топливного насоса — обычно управляется компьютером.
• Регулятор давления топлива — давление в топливной системе поддерживается механическим регулятором, чувствительным элементом которого является подпружиненная резиновая диафрагма.
• Топливная форсунка или форсунки — размещается на или во впускном коллекторе.
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 149
Рис. 6.13. Узел впрыска топлива в дроссельную камеру, которым ранее оснащались двигатели компании General Motors. В разъем кабеля управления топливной форсункой вставляют специальный световой сигнализатор срабатывания соленоида и заводят двигатель. Наличие вспышек сигнализатора свидетельствует о том, что в компьютер поступает сигнал от системы зажигания и компьютерная система управления впрыском топлива работает нормально
В автомобильных двигателях используются электронные системы впрыска топлива двух типов — система центрального впрыска в дроссельную камеру (TBI) и система распределенного впрыска во впускные окна головки блока цилиндров. В двигателе, оборудованном системой центрального впрыска в дроссельную камеру, топливо распыляется из форсунки в воздушный поток за дроссельной заслонкой (рис. 6.13). В двигателе, оборудованном системой распределенного впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров, для каждого цилиндра предусмотрена от
дельная топливная форсунка. Топливо впрыскивается во впускной коллектор из форсунки, установленной на расстоянии примерно от 2 до 3 дюймов (от 70 до 100 мм) от впускного клапана (рис. 6.14). В двигателе, оснащенном системой впрыска любого из этих типов, давление топлива, создаваемое насосом, должно быть выше, чем в карбюраторном двигателе.
Проверка давления, создаваемого топливным насосом
Большинство систем впрыска топлива работает под низким, примерно 10 фунтов/кв. дюйм, или высоким, от 35 до 45 фунтов/кв. дюйм, давлением топлива.
Стандартное рабочее давление (фунты на кв. дюйм) Максимальное давление, создаваемое насосом (фунты на кв. дюйм)
Системы центрального впрыска в дроссельную камеру низкого давления 9-13 18-20
Системы центрального впрыска в дроссельную камеру высокого давления 25-35 50-70
Системы распределенного впрыска во впускные окна каналы головки блока цилиндров 35-45 70-90
Системы центрального впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров 55-64 90-110
РАЗЪЕМ, К КОТОРОМУ ПОДКЛЮЧАЕТСЯ КАБЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ОТ БОРТОВОГО
ТОПЛИВНАЯ ФОРСУНКА (ИНЖЕКТОР)
ВПУСКНОЙ
КЛАПАН
ТОЛЬКО ВОЗДУХ
СТРУЯ ТОПЛИВА, РАСПЫЛЯЕМОГО ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКОЙ
Ж»»
КОМПЬЮТЕРА
ТОПЛИВНАЯ МАГИСТРАЛЬ
Рис. 6.14. В типичной системе распределенного впрыска струя топлива впрыскивается во впускное окно, в котором создано пониженное давление (разрежение), из форсунки, установленной на расстоянии примерно 3 дюймов (от 70 до 100 мм) от впускного клапана
150 Глава 6
В системах обоих типов максимальное давление, создаваемое топливным насосом, примерно вдвое превышает стандартное рабочее давление в системе впрыска, с целью обеспечения бесперебойной подачи непрерывного потока холодного топлива в топливную(е) форсунку(и), для устранения опасности его испарения в топливной системе. Поскольку испарение или вспенивание топлива в топливной системе чрезвычайно сильно влияет на нормальную работу двигателя, для обеспечения долговечности топливных форсунок необходимо поддерживать постоянный поток топлива, охлаждающий и смазывающий их.
а)
F Прислушайтесь
Это не проверка того, как вы слышите, а проверка на слух того, как работает электрический топливный насос. Работу электрического топливного насоса, стоящего в топливном баке, часто бывает трудно расслышать, особенно в шум-, ной обстановке ремонтной мастерской. Обычно, для того чтобы лучше расслышать, как работает насос, это делают через воронку, вставленную в горловину топливного бака (рис. 6.15).
Для проверки давления, создаваемого топливным насосом, отыщите местонахождение клапана Шрадера (Schrader) (штуцера отбора давления) и подключите в нему манометр давления топлива, как показано на рис. 6.17.
б)
Рис. 6.15. Через воронку, вставленную в топливный бак, легче услышать, работает ли стоящий в нем топливный насос (а). Если насос не работает, прежде чем сливать топливо из топливного бака и демонтировать топливный насос, проверьте кабель питания насоса и потребляемый им ток (6)
ПРИМЕЧАНИЕ
В некоторых автомобилях, например в тех, которые оборудованы системой впрыска топлива в дроссельную камеру, разработанной компанией General Motors, для подключения к топливной системе требуется специальный манометр для измерения давления топлива. Обязательно руководствуйтесь инструкциями и методиками, установленными производителем.
г Постучите резиновым молотком г •" <
Часто причиной того, что двигатель не удается завести^ оказывается неработающий электрический топливный насос. Для того чтобы заставить мотор насоса заработать, необходимо встряхнуть его—для этого обычно бывает достаточно постучать по днищу топливного бака молотком с резиновым бойком, что и делают на практике. Этот прием не следует рассматривать как способ ремонта топливного
Рис. 6.16. Типичный штуцер отбора давления (клапан Шрадера) для проверки давления топлива
насоса, а лишь как своего рода подтверждение того, что топливный насос, безусловно, необходимо заменить.
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 151
Рис. 6.17. Манометр давления топлива, подсоединенный к топливной системе через штуцер отбора давления в шестицилиндровом V-образном двигателе с системой распределенного впрыска во впускные окна головки блока цилиндров
Рис. 6.18. Типичная топливная форсунка системы центрального впрыска в дроссельную камеру (TBI-инжектор). Этот тип топливной форсунки, поскольку топливо подается в нее снизу, называют инжектором с нижней подачей
СИСТЕМА ЦЕНТРАЛЬНОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА В ДРОССЕЛЬНУЮ КАМЕРУ (TBI)
В системах центрального впрыска в дроссельную камеру используются одна или две топливных форсунки, через которые раздробленная на мелкие капли струя топлива впрыскивается в дроссельную камеру, аналогичную диффузору карбюратора. В дроссельной камере потоки топлива и воздуха смешиваются и топливно-воздушная смесь направляется по впускному коллектору к впускным клапанам головки блока цилиндров.
Большинство электронных систем центрального впрыска в дроссельную камеру работает под относительно низким давлением топлива — порядка 10 фунтов/кв. дюйм (от 9 до 13 фунтов/кв. дюйм). Однако некоторые варианты систем центрального впрыска в дроссельную камеру работают под более высоким давлением топлива — от 30 до 40 фунтов/кв. дюйм. Это так называемые высоконапорные системы центрального впрыска в дроссельную камеру.
Блок центрального впрыска в дроссельную камеру обходится в производстве дешевле, потому что в нем используются одна или две топливных форсунки (инжектора), в то время как в системах распределенного впрыска во впускные окна головки блока цилиндров для каждого цилиндра требуется отдельная форсунка, плюс — мощная компьютерная система, способная управлять всеми форсунками (рис. 6.18 и 6.19).
СОЛЕНОИДА ТОПЛИВНОЙ ФОРСУНКИ
ВПУСКНОЕ ОТВЕРСТИЕ
сопло
Рис. 6.19. Конструкция типичной топливной форсунки системы центрального впрыска в дроссельную камеру, показанная в разрезе. Обратите внимание на то, что в форсунку этой конструкции топливо подается снизу
152 Глава 6
СИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕННОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА ВО ВПУСКНЫЕ ОКНА ГОЛОВКИ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
Системы распределенного впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров, используемые в бензиновых автомобильных двигателях, распыляют мелкодисперсную струю топлива непосредственно перед впускными клапанами. Давление, создаваемое на этом участке впускного коллектора, при работающем двигателе — пониженное, ниже атмосферного. Таким образом, во впускном коллекторе поддерживается разрежение. Топливные форсунки в бензиновых двигателях работают под давлением топлива, регулируемым в диапазоне от 35 до 45 фунтов/кв. дюйм (от 240 до 310 кПа).
Главным преимуществом системы распределенного впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров по сравнению с более простой системой центрального впрыска топлива в дроссельную камеру является то, что через впускной коллектор двигателя, оснащенного системой распределенного впрыска, подается только воздух, а не смесь воздуха с топливом. Это дает возможность использовать в конструкции такого двигателя длинные “резонансные” воздуховоды для достижения высокого крутящего момента двигателя на низких оборотах. В большинстве конструкций двигателей, оснащенных системой распределенного впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров, используется вакуумный шланг, подсоединенный к регулятору давления топлива. На холостом ходу во впускном коллекторе создается низкое давление (высокое разрежение), которое передается на диафрагму, установленную в регуляторе давления топлива, вызывая снижение давления топлива (примерно на 5 фунтов/кв. дюйм), подаваемого в топливные форсунки.
ПРИМЕЧАНИЕ
Если из вакуумного шланга, при его отсоединении от регулятора давления топлива, капает бензин, — регулятор неисправен и подлежит замене.
ПРИМЕЧАНИЕ
В ряде конструкций автомобилей регулятор давления топлива отсутствует. В них используется регулятор, размещаемый в топливном баке, который поддерживает постоянное давление топлива, поступающего в топливные форсунки. Такой вариант системы распределенного впрыска называется необоротной системой, поскольку в ней отсутствует обратный топливопровод от регулятора в топливный бак.
Послуша! те, как щелкают топливные форсунки
Обычным способом проверки исправности топливных форсунок является прослушивание "щелканья* с помощью стетоскопа во время работы двигателя на холостых оборотах (рис. 6.20). Все топливные форсунки должны издавать одинаковый щелкающий звук. Если какая-либо из них "звучит* иначе, чем остальные, то ее необходимо более тщательно проверить и при необходимости заменить.
Рис. 6.20. Все топливные форсунки при работе двигателя на холостом ходу должны издавать одинаковый звук. Отсутствие звука указывает на то, что топливная форсунка заторможена в открытом состоянии сигналом управления или на обрыв кабеля управления топливной форсункой. Причиной отсутствия звуковых щелчков, свидетельствующих о работе топливных форсунок, может быть также неисправность бортового компьютера
Диагностика системы распределенного впрыска топлива
Чтобы проверить функционирование системы распределенного впрыска топлива, в том числе топливного насоса, топливных форсунок и регулятора давления топлива, выполните следующую процедуру:
1. Подсоедините манометр к штуцеру отбора давления (клапану Шрадера), установленному на топливопроводе.
2. Поверните ключ зажигания или заведите двигатель, чтобы поднять давление топлива (оно должно быть в пределах от 35 до 45 фунтов/кв. дюйм).
3. Остановив двигатель, подождите 20 минут и проверьте показания манометра давления топлива. За 20 минут оно должно понизиться не более чем на 20 фунтов/кв. дюйм (140 кПа). Если снижение давления за 20 минут окажется меньше 20 фунтов/ кв. дюйм, все в порядке. Если же оно упадет больше
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 153
‘ Мощность и расход топли
Двигатель должен получать, в расчете на однулошадину силу мощности, 1/2 фунта топлива в час. Пропускная способность топливных форсунок нормируется в единицах *фунт в час* Например, мощность, вырабатываемая восьмицилиндровым V-образным двигателем, оснащенным топливными форсунками с пропускной Способностью 35 фунтов/час каждая, составит 50 лошадиных сил в расчете на один цилиндр, или в сумме — 400 лошадиных сил. Даже если головки или блок цилиндров доработаны с целью форсирования двигателя, пропускная способность (расход топлива) форсунок может оказаться ограничивающим фактором.
Ниже приведены показатели пропускной способности форсунок и соответствующие им значения мощности восьмицилиндрового V-образного двигателя:
30 фунтов/час: 60 л.с. на цилиндр или 480 л.с.
35 фунтов/час: 70 л.с. на цилиндр или 560 л.с.
40 фунтов/час: 80 л.с. на цилиндр или 640 л.с.
Конечно, пропускная способность форсунок является всего лишь одним из параметров, влияющих на мощность, развиваемую двигателем. Установка более мощных форсунок без серьезной модернизации двигателя может привести к снижению мощности двигателя и резкому росту токсичности выхлопных газов.
чем на 20 фунтов/кв. дюйм, то возможными причинами этого могут быть следующие:
• неисправность обратного клапана топливного насоса;
• протекающие топливные форсунки;
• неисправность (утечка) регулятора давления топлива.
4. Для выявления неисправного элемента системы впрыска, выполните следующую процедуру:
• включите топливный насос;
• перекройте подающий топливопровод, подождите 10 минут (прочитайте предупреждение в рубрике “ВНИМАНИЕ”, приведенное ниже). Если давление не понизится — замените топливный насос. Если же давление понизится, перейдите к следующему шагу процедуры.
ВНИМАНИЕ
Не пережимайте пластмассовые топливопроводы. Для отсечки подающего и обратного топливопровода подсоедините к топливной системе запорные вентили (рис. 6.21).
• повторно поднимите давление топлива с помощью топливного насоса и перекройте обратный топливопровод. Если после 20 минут ожидания
Рис. 6.21. При техническом обслуживании топливного фильтра и топливопроводов для рассоединения муфт, соединяющих два пластмассовых топливопровода, может понадобиться специальный инструмент. На фотографии показаны предназначенные для этой цели специальные захваты двух размеров, которые подходят к большинству трубопроводов двигателей General Motors
заметного снижения давления не происходит, замените регулятор давления топлива.
• если же давление снижается и в этом случае, это свидетельствует о том, что какие-то из топливных форсунок протекают. Демонтируете топливные форсунки с посадочных мест, не отсоединяя их от топливопровода, и подложите под них бумагу. Если через 10 минут на бумаге под форсункой, соединенной с топливопроводом, в котором топливо находится под повышенным давлением, обнаружится хотя бы капля топлива, — замените ее.
Проверка поступления на топливную форсунку сигнала управления
При выявлении причины, по которой не заводится двигатель, в первую очередь необходимо проверить, поступают ли на топливные форсунки сигналы управления от бортового компьютера. Проверка поступления импульсного сигнала управления форсункой также обязательна при диагностике потери мощности или неработоспособности цилиндра.
Для этой проверки предназначены специальные световые сигнализаторы, которые подключаются в цепь управления вместо форсунки, подавая вспышки при поступлении сигнала управления (рис. 6.22). Для того чтобы проверить работу электрической схемы управления с помощью такого сигнализатора, отсоедините разъем кабеля управления от форсунки и вставьте в него сигнализатор. Заведите двигатель. Сигнализатор должен подавать регулярные вспышки.
154 Глава 6
а)
б)
Рис. 6.22. Обычно световые сигнализаторы для диагностики электрических систем автомобиля покупают целым набором, чтобы иметь под рукой сигнализаторы для кабельных разъемов любой конструкции (а). Разъем кабеля управления отсоединяют от форсунки и подключают к нему световой сигнализатор. Если на контактах разъема присутствует импульсный сигнал, то при проворачивании двигателя индикатор вспыхивает, что свидетельствует об исправности цепей питания и управления работой форсунки (6)
ПРИМЕЧАНИЕ
Термин ноид- в английском названии этого сигнализатора — "noid light", является просто сокращением от соленоид. В форсунках используется подвижный стальной сердечник, то есть они являются по сути соленоидами. Название "noid light" является сокращением от "solenoid light", оно означает световой сигнализатор, предназначенный для проверки соленоида (инжектора).
ЗАЧЕМ НЕОБХОДИМА СИСТЕМА СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ВЫБРОСОВ ДВИГАТЕЛЯ
В 1960-е годы загрязнение воздуха превратилось в серьезную проблему, особенно в штате Калифорния. Общепринятым названием загрязнения воздуха является слово “смог”, термин, в котором объединены два понятия — дымка (smoke) и туман (fog) (см. рис. 6.23). Смог возникает под действием солнечного света на выбросы в атмосферу углеводородов (НС) и окис лов азота (NOx), образующихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя. Смог представляет собой озон (О3), концентрирующийся в нижних слоях атмосферы, который оказывает сильное раздражающее действие на легкие и глаза.
• НС (несгоревшие углеводороды). Снижение уровня выброса несгоревших углеводородов обеспечивается системой улавливания паров бензина (угольным фильтром), системой принудительной вентиляции картера, системой принудительного нагнетания воздуха и каталитическим нейтрализатором отработавших газов.
Рис. 6.23. Смог представляет собой концентрирующийся в нижних слоях атмосферы озон, напоминающий дымку или туман
ПРИМЕЧАНИЕ
Хотя озон, формирующийся в верхних слоях атмосферы, приносит пользу, поглощая губительное ультрафиолетовое излучение Солнца, озон, концентрирующийся в нижних слоях атмосферы, считается вредным для здоровья смогом.
• СО (окись углерода). Снижение уровня выброса окиси углерода обеспечивается системой принудительной вентиляции картера, системой принудительного нагнетания воздуха и каталитическим нейтрализатором отработавших газов.
• NOx (окислы азота). Снижение уровня выброса окислов азота обеспечивается системой рециркуляции отработавших газов (EGR-системой) и каталитическим нейтрализатором отработавших газов.
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 155
Из опыта диагмо
Случай с двигателем модели Quad Four
Технический специалист сервисной службы проводил диагностику двигателя автомобиля Quad Four компании General Motors, выясняя причину его неустойчивой работы. Проверка работы двигателя с помощью листа бумаги, удерживаемого перед струей выхлопных газов (так называемый 'бумажный тест*) показала, что один из цилиндров не работает. Чтобы установить, какой из цилиндров мог стать причиной неустойчивой работы двигателя, техник поочередно отсоединил кабели управления от топливных форсунок. Разрыв цепи управления форсункой цилиндра № 2 никак не повлиял на работу двигателя. Проверка цилиндров на степень сжатия показала, что этот цилиндр обеспечивает необходимую степень сжатия. Техник снял крышку с распределителя зажигания и с помощью стандартных соединительных кабелей подключил катушки к свечам зажигания. После этого техник надел короткие отрезки резинового вакуумного шланга на свечи зажигания. Затем с помощью подключенной к земле автомобиля индикаторной лампочки-пробника техник коснулся поочередно каждого из этих резиновых шлангов, заземляя таким образом цилиндры. Эта проверка подтвердила, что цилиндр №2 абсолютно нерабочий.
На основании проведенных тестов техник сделал неверное заключение о том, что причиной неисправности двигателя
является дефектная форсунка. После замены форсунки ничего не изменилось. При последующей проверке всех форсунок . было обнаружено короткое замыкание в обмотке форсунки цилиндра №3. Поскольку форсунки обоих цилиндров — №2 и №3 — подключены к одному управляющему выходу бортового компьютера, ток потребления форсунки с закороченной обмоткой был выше, чем у стандартной исправной форсунки. Поскольку выходной ток формирователя сигнала управления форсунками контролируется и ограничивается, неисправная (с закороченной обмоткой) форсунка срабатывала, впрыскивая топливо в цилиндр, тогда как ток потребления исправной форсунки упал и стал уже недостаточным для ее нормальной работы.
ВНИМАНИЕ
Использование средства очистки топливных форсунок может привести к повреждению электрической обмотки топливной форсунки. Обмотки катушки форсунки омываются бензином с целью ее охлаждения. Добавление в бензин сильного растворителя может привести к разрушению лаковой изоляции обмоток. Это может привести к возникновению короткого замыкания между обмотками катушки форсунки, и в результате — к снижению ее сопротивления.
СОВЕТ
Уровень токсичности продуктов сгорания, выбрасываемых в атмосферу, зависит от состояния двигателя, системы зажигания и топливной системы, а также от правильного функционирования средств снижения токсичности выхлопных газов. Надлежащее техническое обслуживание автомобиля, в том числе регулярная замена масла и масляного фильтра, воздушного и топливного фильтров и проведение других регламентных процедур технического обслуживания, является одной из мер, обеспечивающих нормальную работу двигателя и максимально достижимое снижение уровня загрязнения окружающей среды.
ПРИМЕЧАНИЕ
Засорение и нарушение пропускной способности системы принудительной вентиляции картера — это основная причина высокого потребления масла двигателем и одна из причин возникновения различного рода утечек масла. Прежде чем приступать к дорогостоящему ремонту двигателя проверьте состояние системы принудительной вентиляции картера.
СИСТЕМА ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ КАРТЕРА
Во всех двигателях газы, прорывающиеся в картер, удаляются системой принудительной вентиляции картера (PCV — positive crankcase ventilation). Эта система выкачивает испарения из картера во впускной коллектор, — впервые она появилась в 1961 году в большинстве автомобилей в штате Калифорния, а с 1963 года стала использоваться во всех автомобилях, эксплуатируемых в США. Испарения подаются в цилиндры вместе с всасываемой топливно-воздушной смесью и сжигаются в камерах сгорания. В определенных режимах работы двигателя эти газы выталкиваются обратно в картер через впускной фильтр (рис. 6.24).
Проверьте утечки масла при выключенном
I Владелец старого автомобиля, оснащенного шестицилмн-дровым V-образным двигателем, обратился к своему авто- ’ механику с жалобой на то, что он постоянно ощущает запах сгоревшего масла, но этот запах возникает только после остановки двигателя. Техник обнаружил нарушение герметичности уплотнительных прокладок крышек головок блока цилиндров. Но почему владелец автомобиля ощущал запах сгоревшего масла только после остановки двигателя? В двигателе, оснащенном системой принудительной вентиляции картера, создается разрежение, 'высасывающее* масло с поверхностей прилегания уплотнительных прокладок. Но как только двигатель останавливается, разрежение исчезает и масло, оставшееся в верхней части двигателя, стекает вниз и просачивается через любые нарушения уплотнений. Поэтому квалифицированный автомеханик обязательно проверит двигатель на отсутствие утечек не только тогда, когда он работает, но также и через некоторое время после остановки.
156 Глава 6
• На крейсерской скорости
Система фильтрации воздуха • На холостом ходу
Рис. 6.24. Система принудительной вентиляции создает в картере постоянное разрежение за счет пониженного давления во впускном коллекторе. Чистый воздух, пройдя через воздушный фильтр, поступает в картер и, смешавшись с газами, прорывающимися через поршневые кольца, выбрасывается во впускной коллектор. Клапан принудительной вентиляции (PCV-клапан) регулирует поток газовой смеси, поступающей в двигатель, и отсекает его в случае возникновения обратной вспышки в двигателе, предотвращая распространение пламени во внутреннюю область картера (публикуется с любезного разрешения корпорации Chrysler Corporation)
ПРОВЕРКА ПРАВИЛЬНОСТИ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ КАРТЕРА
Правильно работающая система принудительной вентиляции картера должна обеспечивать отвод газов из картера во впускной коллектор. Если пропускная способность трубопроводов, шлангов и самого клапана принудительной вентиляции не нарушена, то во внутреннем пространстве картера создается разрежение. В картере создается незначительное разрежение (обычно оно составляет меньше 1 дюйма ртутного столба при измерении через отверстие щупа для измерения уровня масла). Оно создается также и в других полостях двигателя. Через дренажные отверстия масло стекает в масляный поддон. Через эти же отверстия происходит распространение зоны пониженного давления в пространстве под крышками головок блока цилиндров и в развале блока цилиндров — в большинстве V-образных двигателей. Проверка функционирования системы принудительной вентиляции картера осуществляется разными способами.
Проверка с помощью встряхивания
Способ проверки встряхиванием заключается в том, что клапан принудительной вентиляции картера снимают и встряхивают в руке (рис. 6.25).
Рис. 6.25. Пример типичной конструкции клапана принудительной вентиляции картера (PCV-клапана). Причиной неровной работы и внезапных остановок двигателя может быть неисправность или засорение PCV-клапана или шланга. Поскольку расход воздуха, прогоняемого через PCV-клапан, составляет около 20% объема воздуха, необходимого для работы двигателя на холостом ходу, установка клапана другого типа, чем рекомендованный производителем, может заметно повлиять на работу двигателя в режиме холостого хода
• Если клапан принудительной вентиляции картера не дребезжит, то он определенно неисправен и подлежит замене.
• Если клапан принудительной вентиляции картера дребезжит, то это еще не гарантирует того, что он исправен. Во всех PCV-клапанах стоят пружины,
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 157
которые со временем, и следствие циклического нагрева-охлаждения, становятся слабее. PCV-кла-пан следует периодически заменять точно таким же через установленные производителем автомобиля периоды (обычно каждые три года или после 60 000 км пробега).
Способ проверки с помощью бумажной карточки размерами 3x5 дюймов
Снимите крышку с маслозаливного отверстия (через которое масло доливается в двигатель) и заведите двигатель.
ПРИМЕЧАНИЕ
Будьте осторожны, применяя этот способ проверки в двигателе с верхним расположением распределительного вала. При работе таких двигателей не исключено разбрызгивание масла из открытого маслозаливного отверстия.
Расположите лист бумаги размерами 3x5 дюймов над маслозаливным отверстием (качество бумаги значения не имеет, для этого вполне подойдет и долларовая банкнота).
• Если система принудительной вентиляции картера, в том числе клапан принудительной вентиляции и шланги, работает нормально, то бумажку должно притянуть к маслозаливному отверстию разрежением, созданным во внутреннем пространстве картера.
• Если этого не происходит, тщательно обследуйте клапан принудительной вентиляции, шланг(и) и всасывающее отверстие впускного коллектора, через которое производится отсос испарений из картера во впускной коллектор, на наличие коксообразного нагара. Выполните очистку или, при необходимости, замену неисправных деталей.
ПРИМЕЧАНИЕ
При проверке с помощью бумажной карточки размерами 3x5 дюймов четырехцилиндровых двигателей возможно возникновение ее вибрации на маслозаливном отверстии при работе двигателя на холостом ходу. Это нормальное явление, связанное с длительностью временных интервалов между тактами впуска в четырехцилиндровом двигателе.
Проверка срабатывания PCV-клапана
Правильность работы клапана принудительной вентиляции картера можно проверить, закрывая пальцем его впускное отверстие и резко открывая его во время работы двигателя. Повторите эту процедуру несколько раз. Клапан должен срабатывать. Если этого не происходит, замените клапан.
СИСТЕМА НАГНЕТАНИЯ ВОЗДУХА
Воздушный насос нагнетает в каталитический нейтрализатор воздух, необходимый для осуществления реакции окисления отработавших газов (рис. 6.26).
ПРИМЕЧАНИЕ
Общепринятое название этой системы — AIR-система (airinjection reaction — реакция с принудительным нагнетанием воздуха).
Бортовой компьютер управляет потоком воздуха, нагнетаемым воздушным насосом, открывая и закрывая электромагнитные клапаны, установленные в системе нагнетания воздуха. Пока двигатель не прогрелся, нагнетаемый поток воздуха направляется в выпускной коллектор, чтобы обеспечить достаточное количество кислорода для превращения углеводородов НС (несгоревшее топливо) и окиси углерода СО в воду Н,Ои углекислый газ СО2. Когда двигатель достаточно прогревается и начинает действовать система автоматического регулирования с обратной связью, компьютер переключает электромагнитные клапаны, направляя поток воздуха, нагнетаемый воздушным насосом, непосредственно в каталитический нейтрализатор. При резком снижении давления воздуха ниже нормального уровня разрежения холостого хода, возникающем, например, при торможении двигателем, компьютер перенаправляет нагнетаемый воздушным насосом поток воздуха в систему фильтрации всасываемого двигателем воздуха, чтобы стабилизировать воздушный поток. Перенаправление нагнетаемого воздуха в систему фильтрации предотвращает возникновение обратных вспышек в выпускном коллекторе при
Рис. 6.26. Пример типичного воздушного насоса с ременным приводом. Воздух всасывается вращающейся крыльчаткой, которая выполняет роль центробежного воздушного фильтра. Поскольку частицы пыли тяжелее воздуха, под действием центробежных сил они выбрасываются из всасываемого воздушного потока
158 Глава 6
ХОЛОДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ПЕРЕПУСКНОЙ КЛАПАН (ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ)
а)
ОБРАТНЫЙ КЛАПАН
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР
НА ВЫХОДЕ ВЫПУСКНОГО КОЛЛЕКТОРА
ПРОГРЕТЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ПЕРЕПУСКНОЙ КЛАПАН (ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ)
ОБРАТНЫЙ КЛАПАН
ОБРАТНЫЙ КЛАПАН
СИГНАЛЫ УПРАВЛЕНИЯ < ОТ БОРТОВОГО КОМПЬЮТЕРА
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР
НА ВЫХОДЕ ВЫПУСКНОГО КОЛЛЕКТОРА
б)
Рис. 6.27. В холодном двигателе, до тех пор пока кислородный датчик не прогреется достаточно для того, чтобы заработала система автоматического регулирования с обратной связью, нагнетаемый воздушный поток направляется через обратный(ые) клапан(ы) в выпускной(ые) коллектор(ы) (а). Эти клапаны препятствуют проникновению отработавших газов в коммутационные электромагниты и сам воздушный насос. Когда двигатель переходит в стационарный режим работы под управлением системы автоматического регулирования с обратной связью, воздушный поток, нагнетаемый насосом, направляется через обратный клапан в каталитический нейтрализатор (6)
торможении двигателем (рис. 6.27). В системе нагнетания воздуха используются воздушные насосы трех основных типов: воздушный насос с ременным приводом, воздушный насос с импульсным пневматическим приводом и воздушный насос с электроприводом. Во всех системах нагнетания воздуха применяются обратные клапаны для пропуска воздушного потока в выпускной коллектор и предотвращения проникновения горячих отработавших газов в клапаны самого воздушного насоса.
ПРИМЕЧАНИЕ
Выход из строя этих обратных клапанов приводит к росту выброса продуктов сгорания (особенно окиси углерода). При неисправности обратного клапана горячие отработавшие газы получают возможность проникать в коммутационные клапаны и сам воздушный насос и разрушают их.
Воздушные насосы с ременным приводом
В воздушном насосе с ременным приводом непосредственно за приводным шкивом стоит центробежный фильтр. При вращении насоса засасываемый воздух сжимается и направляется:
• пока двигатель не прогреется — в выпускной коллектор, для обеспечения эффективного окисления окиси углерода СО и углеводородов НС (несгоревшее топливо), в результате которого они превращаются в углекислый газ СО2 и воду Н2О;
• во многих моделях двигателей — в каталитический нейтрализатор, для обеспечения дополнительного кислорода, необходимого для эффективного превращения окиси углерода и углеводородов в углекислый газ и воду.
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 159
Обратный клапан
Воздушный насос
Поршень движется в такте выпуска отработанной смеси
Обратный клапан
Нагнетаемый воздух распределяется по всем цилиндрам
всасывается
насосом
Рис. 6.28. Воздух, нагнетаемый воздушным насосом, поступает во все выпускные окна головок блока цилиндров. Несгоревшие углеводороды (НС) окисляются, превращаясь в углекислый газ (СО2) и воду (Н2О), а окись углерода (СО) — в углекислый газ (СО2)
Нагнетаемый воздух распределяется по всем цилиндрам
Воздух
Условные обозначения в схеме системы нагнетания воздуха
Отфильтрованный воздух
Я Углеводороды и окись углерода
Обработанные выхлопные газы (выбрасываются в атмосферу через выхлопную трубу)
• В процессе торможения двигателем или при работе двигателя на полном газу — в систему фильтрации воздуха, поступающего в двигатель (рис. 6.28).
Воздушные насосы с электроприводом
Воздушный насос в электроприводом включается, как правило, только на этапе прогрева двигателя и управляется бортовым компьютером.
Воздушные насосы с импульсным пневматическим приводом
Нагнетание сжатого воздуха воздушным насосом с импульсным пневматическим приводом осуществляется за счет использования импульсного давления газов в системе выпуска отработавших газов (рис. 6.29).
СИСТЕМА УЛАВЛИВАНИЯ ИСПАРЕНИЙ БЕНЗИНА
Система улавливания испарений бензина — EVAP-система (evaporative) предназначена для улавливания и поглощения испарений бензина. В замкнутую систему шлангов и клапанов, называемую системой предотвращения выбросов испарений (evaporative control
Рис. 6.29. Пример устройства нагнетания воздуха с импульсным пневматическим приводом, которое используется во многих двигателях старых моделей для подачи воздуха во выпускные окна цилиндров, и работает за счет использования импульсного давления отработавших газов в выпускной системе двигателя, воздействующего на цепь обратных клапанов. Воздух отбирается из системы фильтрации и нагнетается во выпускные окна головки блока цилиндров, обеспечивая дополнительный кислород для снижения уровня углеводородов и окиси углерода в отработавших газах
160 Глава 6
system), входит угольный поглощающий фильтр. До начала 1970-х годов испарения бензина просто улетучивались в атмосферу.
Гранулы древесного или активированного угля обладают природной способностью поглощать бензиновые испарения. Бензиновые пары, поглощенные угольным фильтром, высасываются разрежением, создавае-
мым в двигателе, во впускной коллектор и сжигаются (рис. 6.30 и 6.31). Процесс высасывания поглощенных паров бензина из угольного фильтра называется продувкой. Интенсивностью и моментом выполнения продувки угольного фильтра управляет вакуумный клапан или электромагнитный клапан, управляемый бортовым компьютером.
ДРОССЕЛЬНАЯ КАМЕРА
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН ПРОДУВКИ ПОГЛОЩАЮЩЕГО УГОЛЬНОГО ФИЛЬТРА
КЛАПАН ОТКРЫТ
Рис. 6.30. Функциональная схема типичной системы предотвращения выбросов испарений. Когда компьютер включает электромагнитный клапан продувки, разрежение во впускном коллекторе высасывает все поглощенные пары из угольного фильтра в двигатель. Разрежение, создаваемое во впускном коллекторе, действует также на клапан регулирования давления — когда этот клапан открывается, испарения из топливного бака всасываются угольным фильтром и затем попадают в двигатель. Когда электромагнитный клапан закрыт (или когда двигатель остановлен и во впускном коллекторе отсутствует разрежение), клапан регулирования давления под действием пружины остается закрытым во избежание утечки паров бензина из топливного бака в атмосферу
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 161
Рис. 6.31. В этом джипе угольный фильтр установлен прямо под капотом. Не всегда угольные фильтры столь же легкодоступны — в большинстве случаев они спрятаны глубоко под капотом или в другом месте автомобиля
ЧАВО
---------=
mW
Почему заправлять топливный бак автомобиля нужно только до "щелчка" заправочного пистолета, и не больше? , “ • • A,
В е ерхней части любого топливного бака предусмотрена 4 специальная расширительная камера в расчете на расширение топлива при повышении температуры. Объем этой камеры оставляет от 10% до 20% объема топливного бака. Например, в топливном баке объемом 20 галлонов объем расширительной камеры находится в пределах от 2 до 4 галлонов. Сверху к этой камере присоединен шланг, который идет к угольному фильтру. Если бак заполнен топливом сверх нормы, оно вытесняется в расширительную камеру, откуда жидкий бензин всасывается угольным фильтром. Переполнение угольного фильтра жидким топливом приводит к тому, что, когда в процессе нормальной работы двигателя открывается клапан продувки угольного фильтра, происходит переобогащение рабочей смеси. Переобогащение рабочей смеси приводит к возрастанию токсичности выхлопных газов выше установленных экологических норм, снижению экономичности двигателя, и даже к повреждению каталитического нейтрализатора. Во избежание этих проблем, после того как в горловине раздастся "щелчок” сигнализирующий о том, что бензобак полон, долейте еще чуть-чуть бензина, ровно столько, чтобы округлить показания счетчика до десяти центов. Следуйте этому правилу, и ваш бензобак будет полностью заправлен, но не переполнен.
СИСТЕМА РЕЦИРКУЛЯЦИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
Для снижения выброса окислов азота (NOX) двигатели оснащаются клапанами рециркуляции отработавших газов — EGR-клапанами (EGR — exhaust gas recirculation) (рис. 6.32). С 1973 года и до недавнего
Рис. 6.32. Пример типичного клапана рециркуляции отработавших газов с пневматическим управлением. Работой этого клапана управляет бортовой компьютер через электромагнит управления клапаном, который срабатывает по импульсному сигналу компьютера
времени EGR-клапаны использовались практически во всех автомобилях. В новейших двигателях высокая эффективность компьютерных систем впрыска топлива позволяет обеспечить соответствие регламентируемым стандартами нормам выброса загрязняющих веществ без использования системы рециркуляции отработавших газов. В некоторых конструкциях двигателей перехват определенной части отработавших газов и направление их обратно в цилиндры осуществляется за счет перекрытия впускного и выпускного клапанов.
Клапан рециркуляции отработавших газов открывается после прогрева двигателя, при повышении его оборотов выше оборотов холостого хода. Через открытый клапан рециркуляции от 5% до 10% отработавших газов возвращаются во впускной коллектор, в котором примешиваются к всасываемой порции рабочей смеси. Вследствие этого количество топливно-воздушной смеси, поступающей в камеру сгорания, снижается. Рециркулируемые отработавшие газы
162 Глава 6
инертны (химически пассивны) и не вступают в реакцию горения. Это приводит к снижению температуры в камере сгорания, и в результате — к снижению концентрации окислов азота, образующихся в процессе сгорания рабочей смеси.
В системе рециркуляции отработавших газов предусмотрены средства, обеспечивающие управляемое соединение впускного и выпускного коллекторов (рис. 6.33). Пропускной способностью соединительных каналов управляет клапан рециркуляции отработавших газов. В V-образных двигателях отбор отработавших газов в систему рециркуляции осуществляется из перехода выпускного коллектора. Переход выпускного коллектора соединяется предусмотренным в отливке двигателя каналом с клапаном рециркуляции отработавших газов. Через клапан рециркуляции отработавшие газы направляются в каналы, идущие во впускной коллектор. В рядных двигателях для подачи отработавших газов в клапан системы рециркуляции обычно используется внешний трубопровод. Он часто делается достаточно длинным, чтобы газы на пути к клапану рециркуляции успели остыть.
Клапаны рециркуляции с преобразователями низкого и высокого давления отработавших газов
Во многих конструкциях клапанов рециркуляции используется небольшой внутренний клапан, который, стравливая разрежение, действующее на клапан, не дает клапану открыться. В таких случаях EGR-кла-пан открывается только при повышении давления в системе выпуска отработавших газов. Клапан такой конструкции называется клапаном рециркуляции с преобразователем высокого давления. При низких оборотах и небольшой нагрузке двигателя в работе системы рециркуляции отработавших газов необходимости нет и противодавление в ней также низкое. Пока давление в системе выпуска не станет достаточно высоким клапан рециркуляции остается закрытым, даже если на него действует разрежение.
В каждом такте выпуска из двигателя производится выброс порции отработавших газов, сопровождающийся повышением давления в выпускном коллекторе. За зоной повышенного давления следует небольшая зона пониженного давления. Клапаны ряда
Крышка диафрагмы
Рабочая камера клапана
Штуцер подвода регулируемого разрежения
Разрежение
& Отработавшие газы
Пружина
Шток клапана
Клапан полуоткрыт
— Седло клапана
К впускному коллектору
Рабочая диафрагма
Впускное отверстие отработавших газов
Рис. 6.33. Когда клапан рециркуляции открыт, отработавшие газы проходят через него в каналы, ведущие во впускной коллектор
Сальник
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 163
конструкций реагируют на это пониженное давление, под действием которого закрывается небольшой внутренний клапан, обеспечивая возможность клапану рециркуляции открыться под действием разрежения, созданного над его диафрагмой. Клапан рециркуляции такого типа называется клапаном рециркуляции с преобразователем низкого давления. Для работы клапана необходимо выполнение следующих условий:
1. В самом клапане рециркуляции отработавших газов должно быть создано разрежение. В старых, карбюраторных двигателях и ряде конструкций двигателей с системой центрального впрыска топлива в дроссельную камеру это пониженное давление обычно создается за счет разрежения во впускном коллекторе и регулируется бортовым компьютером с помощью электромагнитного клапана.
2. На клапан должно воздействовать противодавление отработавших газов, достаточное для того, чтобы закрыть внутренний клапан, установленный в клапане рециркуляции, и обеспечить, таким образом, диафрагме клапана возможность двигаться под действием разрежения, поддерживаемого в клапане рециркуляции.
Электронная система рециркуляции отработавших газов
С середины 1990-х годов во многих двигателях для управления потоком отработавших газов, направляемых из выпускного коллектора во впускной, используются электромагнитные клапаны или шаговые электродвигатели (называемые линейными электродвигателями). На рис. 6.34 показан пример узла системы рециркуляции, в котором установлены три электромагнитных клапана — этот узел используется в шестицилиндровом V-образном двигателе компании General Motors. Бортовой компьютер управляет всеми тремя электромагнитными клапанами и может включить один или два из них, или одновременно все три, точно дозируя необходимое количество отработавших газов, направляемых во впускной коллектор. Во многих двигателях используется линейный клапан рециркуляции, управляемый шаговым электродвигателем. Ступенчатая регулировка этого клапана по сигналу бортового компьютера обеспечивает точную дозировку потока отработавших газов в любом режиме работы двигателя. Схема обратной связи позволяет компьютеру точно отрегулировать положение клапана и выдает код ошибки, если реальное положение клапана находится вне пределов допустимого диапазона управляемых положений. Проверить, как работает клапан рециркуляции, можно с помощью предусмотренной в компьютере программы его тестирования.
Рис. 6.34. В исполнительном механизме системы рециркуляции, используемом в этом шестицилиндровом V-образном двигателе компании General Motors объемом 3800 куб. см, применены три электромагнитных клапана. С помощью программы тестирования можно включить каждый из электромагнитов в отдельности для проверки работоспособности клапана и того, достаточна ли пропускная способность каналов выпускного коллектора для того, чтобы пропустить такое количество отработавших газов, чтобы они оказывали эффект на режим работы двигателя при работе системы в циклическом режиме
Диагностирование неисправности EGR-клапана или системы рециркуляции отработавших газов
Если клапан рециркуляции не открывается или поток отработавших газов недостаточен, то при этом обычно проявляются следующие внешние признаки неисправности:
• Детонация двигателя при его разгоне или при движении на крейсерской (неизменной) скорости.
• Избыточная концентрация окислов азота (NOX) в выхлопных газах.
При застревании клапана рециркуляции в открытом или приоткрытом положении могут проявиться следующие внешние признаки неисправности:
• Двигатель неровно работает на холостых оборотах и часто глохнет.
• Ухудшаются скоростные характеристики/снижает-ся мощность двигателя.
164 Глава 6
ОБМЕН ОПЫТО1ЦЙК ; 6 - Я
’г. _________________
-Не роняйте кусочков нагара! ’
г Застревание клапанов рециркуляции отработавших газо (EGR-клапанов) в приоткрытом положении может быть вызвано попаданием в них комочков нагара. Диагностика подтвердит, что пневматический или электромагнитный клапан неисправен. При демонтаже пневматического (или электромагнитного) клапана небольшие комки нагара часто проваливаются в переход выпускного коллектора.
После замены клапана эти комочки нагара могут быть втянуты в новый клапан, и двигатель снова станет неровно работать на холостых оборотах или глохнуть.
Чтобы предотвратить возникновение этой проблемы, заведите двигатель при снятом клапане рециркуляции. Посторонние загрязнения и кусочки нагара будут выдуты из перехода потоком отработавших газов. Остановите дви-
гатель и установите новый пневматический или электромагнитный клапан рециркуляции.
Из опыта диагност!
«Владелец автомобиля модели Blazer компании Chevrolet, ^оснащенного шестицилиндровым V-образным двигателем объемом 4,3 л, пожаловался на то, что двигатель временами '-"дергает" и работает неустойчиво. Похоже, что все работало нормально, за исключением одного: специалист сервисной службы обнаружил, что на холостом ходу в клапане рециркуляции отработавших газов создается небольшое разрежение. Автомобиль был оснащен клапаном рециркуляции с электромагнитным управлением, так называемым клапаном с электронным регулированием разрежения (EVRV — electronic vacuum regulator valve) компании General Motors Corporation. С помощью электромагнитного клапана, управляемого бортовым компьютером, осуществляется регулирование разрежения, создаваемое в клапане рециркуляции, которое управляет его работой. Техник с помощью руководства по сервисному обслуживанию детально разобрался в особенностях работы системы рециркуляции и выяснил, что разрежение
КАТАЛИТИЧЕСКИЕ НЕЙТРАЛИЗАТОРЫ
Через выпускную трубу, соединенную с выходом выпускного коллектора или коллекторной головки, отработавшие газы направляются в каталитический нейтрализатор, а затем — в глушитель. Если V-образ-ный двигатель оснащен одиночной системой выпуска, сбор отработавших газов из двух выпускных коллекторов в общую выпускную трубу осуществляется через предусмотренный в ней Y-образный переход. В автомобилях со сдвоенной системой выпуска от каждого выпускного коллектора идет отдельная, независимая система выпуска отработавших газов. В большинстве случаев выпускная труба состоит из нескольких частей, чтобы ее можно было смонтировать в пространстве, доступном под автомобилем.
Между выпускным коллектором и глушителем устанавливается каталитический нейтрализатор (дожигатель) с целью снижения токсичности выхлоп-
1 '
-й
’—г--------------------------------------------
в клапане рециркуляции должно создаваться только тогдаг когда переключатель скоростей находится на одной из рабо-; чих передач (drive, low, reverse). Поскольку техник обнаружил наличие разрежения при невключенной трансмиссии, при-: чиной этого была, очевидно, утечка через электромагнитный клапан. После замены электромагнитного клапана наруше- ’ ния в работе двигателя исчезли.
ПРИМЕЧАНИЕ
Техник выяснил также из руководства по сервисному обслуживанию, что проверку работы системы рециркуляции отработавших газов нельзя производить при подсоединенной к выхлопной трубе двигателя системе принудительной вытяжки выхлопных газов, поскольку разрежение, создаваемое этой системой вентиляции, может привести к ложному срабатыванию клапана рециркуляции отработавших газов.
кг—-----——~.--------------——-----
Я всего лишь хотел помочь!
Bpr. ‘ Л-.- г. - л Л; \
Дело было в конце рабочей недели. Опытный автомеханик I. установил, что нарушение работы шестицилиндрового V-об-разного двигателя автомобиля Buick вызвано износом клапана рециркуляции отработавших газов. Когда в клапане создавалось пониженное давление, он оставался совершенно неподвижным. При повышении степени разрежения с помощью ручного вакуумного насоса клапан открывался и оставался все время в таком положении. Новый клапан такого же типа можно было получить только в понедельник, но владелец хотел забрать свой автомобиль в тот же день, чтобы ездить на нем в выходные дни.
Чтобы хоть как-то заставить двигатель работать более-ме-Л нее нормально, техник молоточком деформировал верхнюю^ крышку клапана, чтобы ограничить ход штока клапана рециркуляции. Он предупредил клиента, чтобы тот обязательно вернул автомобиль в понедельник для замены клапана. Клиент, конечно же, вернулся в понедельник, но не один, а со своим адвокатом. Как оказалось, один из поршней двигателя оказался пробит. Адвокат напомнил технику и директору станции технического обслуживания о том, что устройство снижения токсичности выхлопных газов было "модифицировано". В результате компания оплатила замену двигателя новым, а техник получил урок в том, что всегда необходимо ремонтировать автомобиль надлежащим образом или не ремонтировать вовсе.
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 165
Рис. 6.35. Типичный каталитический нейтрализатор.
Тонкая труба, подсоединенная сбоку к его корпусу, — это воздуховод, идущий от насоса системы нагнетания воздуха. Дополнительный воздух, нагнетаемый воздушным насосом, необходим для окисления токсичных соединений и превращения их в безвредные Н2О (воду) и СО (углекислый газ)
ных газов. Нейтрализатор представляет собой кожух, изготовленный из жаропрочного металла (рис. 6.35), в котором находится засыпка гранул, покрытых слоем катализатора, или монолитная сотовая решетка, покрытая слоем катализатора.
Принцип работы каталитического нейтрализатора
В нейтрализаторе используются в небольших количествах родий, палладий и платина. Эти химические элементы выполняют функцию катализатора (вещества, которое стимулирует протекание химическое реакции, но само не вступает в нее). При прохождении отработавших газов через каталитический нейтрализатор, в его первой камере происходит химическое разложение окислов азота (NOX) на кислород и азот. Во второй камере каталитического нейтрализатора происходит окисление большей части углеводородов и окиси углерода, оставшихся в отработавших газах, в результате которого получаются безвредный углекислый газ (СО2) и водяной пар (Н?О). В ряде конструкций двигателей предусмотрена система непрерывного или импульсного нагнетания воздуха, обеспечивающая дополнительное количество воздуха, которое может потребоваться в ходе процесса окисления (рис. 6.36). Сначала 1960-х годов во многих нейтрализаторах применяется также церий,— элемент, который способен аккумулировать кислород. Назначение церия заключается в обеспечении кислородом катализатора в том случае, когда смесь отработавших газов — бога-
Рис. 6.36. Вид в разрезе на трехкомпонентный каталитический нейтрализатор — видна труба нагнетания воздуха, установленная по центру между восстановительной и окислительной камерами нейтрализатора. Обратите внимание на небольшие отверстия в этой трубе, предназначенные для равномерного распыления воздуха, закачиваемого воздушным насосом, по торцу задней, окислительной, камеры нейтрализатора
тая и кислорода оказывается недостаточно для полного окисления химических соединений. Когда смесь отработавших газов — бедная, церий поглощает избыточный кислород.
Для правильной работы каталитического нейтрализатора необходимо обеспечить изменение состава смеси отработавших газов в процессе ее прохождения через каталитический нейтрализатор — от обогащенной до обедненной:
• Для восстановления кислорода (О ) из окислов азота (NOJ смесь должна быть обогащенной.
А
• Для того, чтобы хватало кислорода для окисления углеводородов (НС) и окиси углерода (СО) (реакции соединения кислорода с углеводородами и окисью углерода, в результате которой образуются вода Н2О и углекислый газ СО J, смесь должна быть обедненной.
В случае нарушения нормальной работы каталитического нейтрализатора необходимо проверить правильность состава топливно-воздушной смеси, поступающей в двигатель, и исправность системы зажигания.
Проверка постукиванием
Это простой способ проверки заключается в следующем: постучите (легко!) по корпусу каталитического нейтрализатора легким молотком с резиновым бойком. Если подложка катализатора разрушилась, то при постукивании он будет издавать тарахтящий звук. Если нейтрализатор тарахтит, то он подлежит замене (рис. 6.37). В главе 8 приведено подробное описание методики проверки выпускной системы на пропускную способность.
166 Глава 6
В 7/. • • -.V - •
I Может ли каталитически й нейтрализатор выйти из строя, но не потому, что он забит нагаром?
Да, может. Каталитические нейтрализаторы выходят из строя не только из-за механического засорения, но и вследствие химического повреждения, или отравления. Поэтому каталитический нейтрализатор должен быть проверен не только на наличие физических повреждений (засорение) путем измерения противодавления или разрежения и с помощью простукивания, но также и на повышение температуры. Эта проверка, выполняемая обычно с помощью ИК-пирометра или с помощью пропанового теста, позволяет оценить эффективность работы нейтрализатора.
Рис. 6.37. Этот каталитический нейтрализатор разорвало в результате взрыва в нем бензина, содержавшегося в переобогащенной смеси отработавших газов. Очевидно, в каталитический нейтрализатор попал чистый бензин и достаточно было искры, чтобы он взорвался. В диагностике этого нейтрализатора уже нет никакой необходимости
Проверка каталитического нейтрализатора на повышение температуры
Правильно функционирующий каталитический нейтрализатор должен обеспечивать разложение содержащихся в отработавших газах окислов азота (NOX) на азот (N) и кислород (О?) и окисление несгоревших углеводородов (НС) и окиси углерода (СО), в результате чего получаются безвредные углекислый газ (СО2) и водяной пар (Н2О). Если каталитический нейтрализатор функционирует нормально, то протекание этих химических реакций сопровождается повышением его температуры как минимум на 10%. Чтобы проверить это, заведите двигатель и дайте ему поработать на скорости 500 оборотов в минуту по крайней мере пару минут — чтобы нейтрализатор полностью прогрелся. Измерьте температуру на входе и выходе нейтрализатора, как показано на рис. 6.38.
ПРИМЕЧАНИЕ
Если двигатель отличается чрезвычайно высокой экономичностью, то в отработавших газах, поступающих в каталитический нейтрализатор, может не быть избыточной концентрации углеводородов и окиси углерода для нейтрализации! В таком случае отключите зажигание цилиндра с помощью отрезка вакуумного шланга и индикаторной лампочки-пробника, чтобы повысить концентрацию углеводородов в отработавших газах. Не отключайте зажигание цилиндра более чем на 10 секунд, во избежание перегрева или повреждения каталитического нейтрализатора, вызванного поступлением чрезмерно большого количества несгоревших углеводородов.
Официальные правила замены каталитического нейтрализатора
Поскольку каталитический нейтрализатор является главным средством снижения концентрации вредных веществ в выхлопных газах, Управлением по охране окружающей среды США (ЕРА — Environmental Protection Agency) установлены строгие правила по его замене, в том числе:
• При замене нейтрализатора в автомобиле, пробег которого не превысил 50 000 миль или в автомобиле, который находится в эксплуатации менее 5 лет (в зависимости от года выпуска автомобиля эти ограничения могут быть установлены также на уровне 80 000 миль/8 лет), в качестве замены допускается использовать только каталитический нейтрализатор, выпущенный компанией-производителем автомобиля.
• Новый нейтрализатор должен быть той же конструкции, что и заменяемый. Если в заменяемом нейтрализаторе предусмотрен штуцер для подключения системы нагнетания воздуховода, то он должен быть и в новом нейтрализаторе.
• Снятый нейтрализатор обязан храниться в течение 60 дней, на случай возможной проверки государственной инспекцией.
• При замене должен быть составлен соответствующий акт, подписанный владельцем автомобиля и полномочным представителем сервисной службы. В акте должна быть указана причина выхода нейтрализатора из строя. Акт обязан храниться в течение двух лет.
ПРИМЕЧАНИЕ
С заменой проблем не будет, поскольку установленная для новых автомобилей гарантия соответствия токсичности выхлопных газов экологическим нормам как раз и составляет пять лет эксплуатации или 50 000 миль пробега (с 1995 года — восемь лет эксплуатации или 80 000 миль пробега). Однако этот закон запрещает устанавливать нестандартные каталитические нейтрализаторы.
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 167
ВПУСК (ОТРАБОТАВШИЕ ГАЗЫ ИЗ ДВИГАТЕЛЯ В КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР)
КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР
N2 СО2
Н2О
NOX НС СО
450
525
БЕСКОНТАКТНЫЙ ИК-ПИРОМЕТР
ВЫПУСК (ВЫХЛОПНЫЕ ГАЗЫ ИЗ КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА)
Рис. 6.38. Температура на выходе нейтрализатора должна превышать температуру на входе в него по крайней мере на 10%. Этот нейтрализатор отличается чрезвычайно высокой эффективностью работы. Температура на входе в него составляет 450°Ф (232°С). Десять процентов от 450°Ф составляет 45°Ф (450°Ф+45°Ф=495°Ф (257°С)). Иными словами, для того чтобы нейтрализатор считался нормально функционирующим, температура на его выходе должны быть не ниже 495°Ф. В данном случае она составляет 525°Ф (274°С) и превышает температуру на входе нейтрализатора более чем на 10%. Если нейтрализатор вообще неработоспособен, то температура на его выходе будет ниже температуры на входе в него
К--------•-------- ------"-- -
Каталитические нейтрализаторы не*умирак сами по себе . \
J Каталитические нейтрализаторы стимулируют протекание химических реакций, но сами не вступают в них. Таким образом f они не подвержены износу и старению. Если установлено, что . каталитический нейтрализатор вышел из строя (потерял работоспособность или полностью засорен), ищите причину, по которой это произошло. Помните следующее;
“Каталитические нейтрализаторы не умирают сами по себе — их гибель всегда вызвана какой-то внешней причиной".
При обнаружении выхода из строя каталитического нейтрализатора в число проверяемых компонентов необходимо j обязательно включить все компоненты системы зажигания и топливной системы. Избыточное содержание несгоревшего топлива в отработавших газах может стать причиной перегрева и выхода из строя каталитического нейтрализатора. Для обеспечения максимальной эффективности работы каталитического нейтрализатора должен поддерживаться необходимый состав топливно-воздушной смеси, а для этого кислородный датчик должен быть работоспособным и измерять содержание кислорода с частотой от 0,5 до 5 Гц.
168 Глава 6
ФОТОРЯД Пятикомпонентный анализ состава выхлопных газов
Ил. 10.1. Типичный портативный газоанализатор, с помощью которого производится измерение концентрации несгоревших углеводородов (НС), окиси углерода (СО), окислов азота (NOX), углекислого газа (СО2) и кислорода (О2) в выхлопных газах
Ил. 10.2. После включения большинству газоанализаторов требуется определенное время на подготовку к работе
Ил. 10.3. Чтобы проверить состав выхлопных газов автомобиля, в основном меню, выведенном на дисплей прибора, выберите команду "display data" (вывод данных)
Ил. 10.4. В меню вывода данных выберите команду "gase/ RPM/oil 1етр"(газ/число оборотов в минуту/температура масла)
Ил. 10.5. Теперь снова ждите! Вот почему во многих сервисных центрах газоанализаторы включают в начале рабочего дня и не выключают весь день — чтобы не ждать, пока прибор будет готов к работе
Ил. 10.6. Прибор готов, и на дисплее появляется перечень измеряемых параметров. С момента включения прибора прошло 15 минут!
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 169
Пятикомпонентный анализ состава выхлопных газов продолжение
Ил. 10.8. Заведите двигатель
Ил. 10.7. Вставьте измерительный датчик в выхлопную трубу автомобиля
Ил. 10.9. Можно просмотреть весь перечень измеряемых компонентов газовой смеси, "прокручивая"список, выводимый на дисплей прибора, с помощью кнопок управления. На дисплее этого устройства помещается только четыре строки, поэтому одновременно можно прочитать показания только для четырех из пяти контролируемых параметров. Поскольку измерение содержания окислов азота NOx в режиме работы двигателя на холостом ходу интереса не представляют, техник выводит на дисплей четыре строки: СО, НС, СО2 и О2
Ил. 10.10. На дисплей выведены значения содержания компонентов, типичные для еще не прогретого двигателя. Обратите внимание на то, что содержание углеводородов НС превышает норму
Ил. 10.11. Чтобы прогреть двигатель, кислородный датчик и каталитический нейтрализатор до рабочей температуры, доведите частоту оборотов двигателя до 2000 оборотов в минуту и дайте поработать на ней несколько минут
Ил. 10.12. После того как двигатель прогрет до рабочей температуры, показания концентрации углеводородов НС снижаются до 13 промиль и оказываются намного ниже установленного допустимого предела в 50 промиль
170 Глава 6
ФОТОРЯД Проверка пневматического клапана рециркуляции отработавших газов (EGR-клапана)
Ил. 11.1. Разрез пневматического клапана рециркуляции отработавших газов (EGR) типичной конструкции
Ил. 11.2. Если в двигателе, работающем на холостом ходу, вручную открыть клапан рециркуляции, двигатель должен заглохнуть. Технику, выполняющему эту проверку, следовало надеть перчатку или воспользоваться тряпкой, чтобы не обжечься, взявшись за горячий EGR-клапан
Ил. 11.3. EGR-клапан можно также проверить отдельно от двигателя, создав в нем разрежение с помощью ручного вакуумного насоса. Если клапан работает нормально, то при понижении давления диафрагма должна двигаться и удерживать разрежение
Ил. 11.4. Этот EGR-клапан относится к клапанам рециркуляции с преобразователем низкого давления, потому что, стоило направить на впускное отверстие клапана, в котором стоит шток, струю сжатого воздуха, как разрежение, созданное в клапане, было стравлено. Если бы это был клапан рециркуляции с преобразователем высокого давления, то для того, чтобы закрыть стоящий в нем внутренний клапан и дать возможность EGR-клапану открыться под действием разрежения, созданного над диафрагмой, в его впускном отверстии необходимо было бы создать повышенное давление
Ил. 11.5. Необходимо проверить все проходы в клапане рециркуляции на отсутствие засорений, которые снижают пропускную способность клапана, тем самым препятствуя подаче заданного количества отработавших газов, необходимого для снижения уровня окислов азота в выхлопных газах
Ил. 11.6. Все проходы во впускном коллекторе, которые входят в систему рециркуляции отработавших газов, также должны быть проверены на засоренность и при необходимости очищены. Очистить проходы от засорений легче с помощью пылесоса
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 171
ФОТОРЯД Проверка регулятора давления топлива
Неисправность регулятора давления топлива вызывает различные нарушения в работе двигателя, в том числе: двигатель глохнет, неровно работает на холостом ходу, рывками набирает обороты, мощность снижается, а расход топлива возрастает.
Ил. 12.1. Все, что нужно для проверки регулятора давления топлива, — это вакуумный насос с ручным приводом и манометр давления топлива, предназначенный для систем впрыска топлива
Ил. 12.2. При выключенном двигателе отсоедините вакуумный шланг от регулятора давления топлива и подсоедините к регулятору шланг вакуумного насоса
Ил. 12.3. С помощью вакуумного насоса откачивайте воздух из регулятора, пока разрежение не достигнет примерно 20 дюймов ртутного столба. После этого прекратите откачку воздуха и проследите за поведением стрелки манометра вакуумного насоса. Показания этого манометра не должны изменяться — величина разрежения должна оставаться постоянной. Эта проверка делается специально для того, чтобы проверить целостность резиновой диафрагмы, стоящей в регуляторе давления топлива. Если после остановки вакуумного насоса давление растет, а не остается постоянным, то регулятор давления топлива неисправен и подлежит замене
Ил. 12.4. Для проверки работоспособности регулятора давления топлива подсоедините манометр к топливной магистрали через штуцер отбора давления (клапан Шрадера), находящийся рядом с регулятором давления топлива
172 Глава 6
Проверка регулятора давления топлива
продолжение
Ил. 12.6. Заведите двигатель
Ил. 12.5. Поверните ключ зажигания, для того чтобы заработал топливный насос. После того как насос начнет работать, манометр должен показать повышение давления
Ил. 12.7. Теперь манометр должен показать снижение давления, вызванное тем, что разрежение, создаваемое в двигателе, действует на регулятор давления топлива
Ил. 12.8. Отсоедините вакуумный шланг от регулятора давления топлива и перекройте штуцер регулятора. Давление топлива должно возрасти примерно на 10 фунтов/кв. дюйм. Этот тест подтверждает способность регулятора давления топлива регулировать давление топлива в соответствии с изменением степени разрежения во впускном коллекторе двигателя
Ил. 12.9. Подсоедините вакуумный шланг обратно к регулятору давления топлива. Давление должно понизиться, что еще раз подтверждает способность регулятора корректировать давление топлива в соответствии с колебаниями давления разрежения, создаваемого в двигателе
Ил. 12.10. Выключите зажигание и осторожно отсоедините от штуцера отбора давления манометр. Отсоединяя манометр, подложите под штуцер ветошь и вытрите все просочившееся топливо
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 173
ФОТОРЯД ; Проверка баланса топливных форсунок по пропускной способности
Ил. 13.1. Для проведения этой проверки необходимы следующие инструменты: манометр давления топлива и специальный импульсный тестер баланса топливных форсунок
Ил. 13.2. Сначала подсоедините манометр к топливной магистрали через штуцер отбора давления (клапан Шрадера)
LOW VEHICLE BATTERY «й BEADY ТО TEST ф
TEST IN PROGRESS ♦
AMPERAOE SUPPLY SELECTOR SWITCH
Ил. 13.3. Подсоедините провода питания импульсного тестера к клеммам аккумулятора с соблюдением полярности
Ил. 13.4. Убедитесь, что индикатор "ready to use" (готов к работе) тестера светится, и установите необходимый режим работы тестера в соответствии с руководством по эксплуатации, прилагаемым к нему
174 Глава 6
Проверка баланса топливных форсунок по пропускной способности продолжение
Ил. 13.5. Отсоедините от форсунки кабель управления бортовой системы и подключите к ней кабель управления от импульсного тестера
Ил. 13.6. Поверните ключ зажигания для того, чтобы запустить топливный насос. Зарегистрируйте показания манометра давления топлива
Ил. 13.7. Нажмите кнопку "start" (пуск) на тестере. Тестер будет подавать импульсный сигнал управления, заставляя форсунку работать точно в течение 500 мс (1/2 с)
Ил. 13.8. Зарегистрируйте новые показания манометра давления топлива после включения форсунки. Повторите эту процедуру измерений на всех остальных форсунках. Снижение давления, вызванное включением форсунки, должно быть одинаковым для всех форсунок — разброс измеренных значений не должен превышать 1,5 фунта/ кв. дюйм (10 кПа). В случае засорения форсунки снижение давления будет меньше, чем у нормальной форсунки
Принцип работы и диагностика топливной системы и системы снижения токсичности выхлопных газов 175
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Бензин представляет собой сложную смесь углеводородов. С целью облегчения запуска двигателя и достижения максимальной экономии топлива в бензин вносятся добавки, корректирующие его испаряемость в соответствии с сезонными колебаниями температуры.
2. Использование топлива, предназначенного для низких температур окружающей среды, при повышенных температурах может стать причиной того, что двигатель будет неровно работать на холостом ходу и глохнуть, из-за повышенного давления паров бензина по Рейду (RVP), связанного с повышенной испаряемостью сортов топлива, предназначенных для работы двигателей в условиях низких температур.
3. Нарушение нормального режима сгорания рабочей смеси (называемое также детонационным сгоранием) приводит к возрастанию температуры и давления в камере сгорания.
4. У рядовых сортов топлива, выпускаемых в настоящее время, номинальное октановое число (рассчитанное по методике (RON+MON)/2), составляет 87, у топлива повышенного качества (plus) — 89, и у топлива высшего качества — 91 и выше.
5. Кислородосодержащие топлива обычно представляют собой смесь бензина со спиртом или метилтрибутиловым эфиром, молекулы которых имеют в своем составе кислород — такие топлива используются с целью снижения выброса в атмосферу окиси углерода.
6. Заправлять машину бензином следует на той заправке, на которой заправляется много автомобилей, и не следует переполнять бензином топливный бак.
7. Система принудительной вентиляции картера (PCV) откачивает испарения и просачивающиеся газы из картера во впускной коллектор.
8. Воздушный насос системы нагнетания воздуха, пока двигатель не разогрелся, подает воздух в выпускной коллектор. Когда двигатель прогревается и начинает работать под управлением системы регулирования с обратной связью, воздух нагнетается в каталитический нейтрализатор.
9. Система предотвращения выбросов испарений (EVAP), состоящая из угольного фильтра и ряда шлангов и каналов, улавливает и задерживает бензиновые испарения, предотвращая их утечку в атмосферу.
10. Система рециркуляции отработавших газов (EGR) возвращает часть отработавших газов в камеру сгорания с целью предотвращения ее перегрева. Основное назначение системы рециркуляции заключается в уменьшении концентрации окислов азота (NOX) в отработавших газах.
11. Каталитический нейтрализатор в системе выпуска стимулирует вступление отработавших газов в химическую реакцию, но сам не вступает в нее. В нем происходит восстановление окислов азота, содержащихся в отработавших газах, в результате чего получаются азот (N) и кислород (О2). Во второй камере нейтрализатора производится окисление углеводородов (НС) и окиси углерода (СО), в результате которого получаются безвредные углекислый газ (СО2) и водяной пар (Н2О).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. В чем заключаются различия между сортами бензина, предназначенными для использования при пониженных и повышенных температурах.
2. Дайте определение давления паров по Рейду.
3. Опишите методику нормирования октанового числа бензина по формуле (MON+RON)/2.
4. Объясните смысл понятия “стехиометрический”.
5. Расскажите об ускоренном износе клапанов, вызванном использованием неэтилированного бензина в двигателях с незакаленными седлами клапанов.
6. Перечислите три способа проверки работоспособности системы принудительной вентиляции картера.
7. Опишите методику проверки функционирования системы нагнетания воздуха в систему выпуска отработавших газов с использованием газоанализатора выхлопных газов.
8. Перечислите три способа проверки работоспособности клапана и системы рециркуляции отработавших газов.
9. Расскажите о трех способах проверки работоспособности каталитического нейтрализатора.
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. Бензин, предназначенный для использования при пониженных температурах.
а. Обладает более высокой испаряемостью, чем бензин, предназначенный для использования при повышенных температурах.
б. Обладает более высоким давлением паров по Рейду (RVP).
в. Может вызвать нарушение работы двигателя при использовании его в условиях повышенной температуры окружающей среды.
г. Верно все вышесказанное.
2. Механик А считает, что “жесткая” работа двигателя, стук двигателя и детонация двигателя — это разные названия одного и того же нарушения режима сгорания топливно-воздушной смеси. Механик Б
176 Глава 6
считает, что нарушение режима сгорания вызывает повышение температуры и давления в камере сгорания и может привести к серьезному повреждению двигателя. Кто из них прав?
а. Только механик А.
б. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
3. Механик А говорит, что значение октанового числа, определяемое по исследовательскому методу, оказывается выше, чем значение, определяемое по моторному методу. Механик Б полагает, что октановое число, указываемое на бензозаправочных колонках, представляет собой среднеарифметическую сумму значений, полученных обоими методами. Кто из них прав?
а. Только механик А.
б. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
4. Ускоренный износ клапанов чаще всего возникает в двигателях старых моделей, у которых седла клапанов не проходили закалку, в случае, если
а. Двигатель эксплуатируется на высоких оборотах и под большими нагрузками.
б. Двигатель эксплуатируется на низких оборотах и под небольшими нагрузками.
в. Двигатель большую часть времени или постоянно работает в режиме холостого хода.
г. Верны ответы бив.
5. Два автомеханика обсуждают работу клапанов принудительной вентиляции картера (PCV). Механик А считает, что если клапан дребезжит, то он работоспособен. Механик Б говорит, что это еще не означает, что PCV-клапан не потребуется заменить. Кто из них прав?
а. Только механик А.
б. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
6. Механик А считает, что неисправность обратного клапана в системе нагнетания воздуха в систему выпуска отработавших газов может быть причиной выхода из строя воздушного насоса. Механик Б говорит, что после того как двигатель прогревается и переходит в режим работы под управлением системы регулирования с обратной связью, нагнетание воздуха в выпускной коллектор прекращается. Кто из них прав?
а. Только механик А.
б. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
7. Механик А считает, что все двигатели, выпущенные начиная с 1973 года, оснащены клапанами рециркуляции отработавших газов. По мнению механика Б, клапан рециркуляции с преобразователем высокого давления не будет держать разрежение, создаваемое с помощью ручного вакуумного насоса при неработающем двигателе. Кто из них прав?
а. Только механик А.
6. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
8. Механик А считает, что засорение перехода в системе рециркуляции отработавших газов вызывает повышение концентрации окислов азота в выхлопных газах, превышающее допустимые нормы. Механик Б полагает, что в случае засорения перехода в системе рециркуляции автомобиль не пройдет проверку на соответствие выхлопных газов экологическим нормам по содержанию окиси углерода. Кто из них прав?
а. Только механик А.
б. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
9. Механик А считает, что каталитический нейтрализатор подлежит замене в случае, если при простукивании он тарахтит. Механик Б говорит, что каталитический нейтрализатор может оказаться неисправным и неработоспособным, хотя при этом и не будет забит нагаром. Кто из них прав?
а. Только механик А.
б. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
10. Механик А считает, что причиной неровной работы двигателя на холостом ходу может быть неисправность клапана принудительной вентиляции картера. Механик Б считает, что причиной неровной работы двигателя на холостом ходу может быть неисправность клапана рециркуляции отработавших газов. Кто из них прав?
а. Только механик А.
б. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
ГЛАВА
Принцип работы и диагностика системы охлаждения
Цель главы 7 — научить читателя:
1. Знать, как поток охлаждающей жидкости циркулирует в двигателе.
2. Понимать принцип действия термостата.
3. Понимать назначение и принцип действия гермопробки радиатора охлаждения.
4. Разбираться в типах антифризов и знать правила замены и утилизации охлаждающей жидкости.
5. Уметь диагностировать причины нарушения нормального режима работы системы охлаждения.
в диапазоне температур окружающей среды от -30°Ф (-35°С) до 110°Ф (45°С).
Максимальная температура при сжигании рабочей смеси в двигателе периодически взлетает до уровня в пределах от 4000°Ф до 6000°Ф (от 2200°С до 3000°С). Средняя температура в камере сгорания находится в пределах от 1200°Ф до 1700°Ф (от 650°С до 925°С). Продолжительный нагрев до таких высоких температур вызвал бы снижение прочности деталей двигателя, поэтому необходимо отводить тепло из двигателя. Система охлаждения поддерживает температуру стенок камеры сгорания в диапазоне температур, обеспечивающем максимальную эффективность работы двигателя (рис. 7.1).
Эффективность работы системы охлаждения зависит от ее конструкции и условий эксплуатации. Конструкция системы охлаждения определяется мощностью двигателя, размерами радиатора охлаждения, типом используемой охлаждающей жидкости и мощностью водяного насоса (насоса циркуляции охлаждающей жидкости), типом вентилятора, термостата и давлением в системе. К сожалению, на систему охлаждения обычно не обращают внимания до тех пор, пока не возникают проблемы. Надлежащее регламентное техническое обслуживание позволяет предотвратить возникновение таких проблем.
НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
Система охлаждения должна давать двигателю возможность прогреваться до необходимой рабочей температуры как можно быстрее и затем поддерживать эту температуру. Она должна эффективно работать
Рис. 7.1. Типичная температура сгорания рабочей смеси и типичная температура отработавших газов в выпускном окне
178 Глава 7
ПРОБЛЕМЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В ДВИГАТЕЛЕ ПРИ НИЗКИХ РАБОЧИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Чтобы двигатель работал в нормальном режиме, его рабочая температура должна быть выше некоторого минимально допустимого уровня. Если рабочая температура слишком низкая, то не хватает тепла для нормального испарения топлива, требующегося для получения необходимого состава топливно-воздушной смеси. Вследствие этого приходится увеличивать расход топлива, чтобы создать концентрацию его паров, обеспечивающую возгораемость рабочей смеси. Тяжелые, обладающие меньшей летучестью компоненты бензина не испаряются и остаются в виде несгоревшего жидкого топлива. Вдобавок к этому, часть рабочей смеси, соприкасаясь с холодными стенками двигателя, остывает, что приводит к неполному сгоранию топлива и образованию нагара.
Сгорание бензина — это бурный окислительный процесс, представляющий собой химическую реакцию соединения углеводородного топлива с кислородом, содержащемся в воздухе. Эта реакция проходит с выделением тепла. При сжигании одного галлона топлива образуется один галлон воды в виде паров. Часть этой влаги конденсируется и попадает в масляный поддон вместе с несгоревшим топливом и сажей, что приводит к образованию отложений шлама. Конденсированная влага вступает в реакцию с несгоревшими углеводородами и присадками, в результате чего образуются кислоты: угольная, серная, азотная, бромисто-водородная и соляная. Эти кислоты ответственны за износ двигателя, вызванный внутренней коррозией и ржавлением. Когда температура охлаждающей жидкости опускается ниже 130°Ф (55°С), сразу же появляется ржавчина. При температуре ниже 110°Ф (45°С) вода, образующаяся в процессе сгорания топлива, скапливается в масле. При температуре охлаждающей жидкости ниже 165°Ф (65°С) происходит быстрый износ стенок цилиндров.
Для ослабления негативных процессов в двигателе, связанных с низкой температурой, и облегчения пуска двигателя в холодную погоду, большинством производителей в качестве дополнительного оснащения двигателя предлагаются обогреватели блока цилиндров. Эти обогреватели подключаются к обычной электрической сети (сети переменного тока напряжением НОВ) и нагревательный элемент подогревает охлаждающую жидкость (рис. 7.2).
ПРОБЛЕМЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В ДВИГАТЕЛЕ ПРИ ВЫСОКИХ РАБОЧИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Для защиты двигателя от перегрева его рабочая температура не должна выходить за пределы максимально
Рис. 7.2. Для того чтобы вынуть нагревательный элемент, необходимо выкрутить винт, которым он крепится в технологическом отверстии в стенке блока цилиндров (а). Нагревательный элемент вынут из блока цилиндров. Охлаждающая жидкость, нагреваемая погруженным в нее нагревательным элементом, расширяется и, поднимаясь вверх, вытесняет холодную охлаждающую жидкость. За счет конвективного теплообмена происходит нагрев охлаждающей жидкости по всему двигателю (6)
допустимой температуры. Высокие температуры вызывают окисление масла. Под их действием происходит диссоциация масла с образованием кокса и олиф. При продолжительном перегреве кокс откладывается на поршневых кольцах, забивая их. Лакообразный нагар вызывает заедание плунжеров гидравлических толкателей клапанов. При высокотемпературном нагреве неизбежно происходит снижение вязкости масла и уменьшение толщины слоя смазки. Если слой смазки становится слишком тонким, возникает сухой контакт поверхностей движущихся деталей. При этом возрастает коэффициент трения, что вызывает снижение мощности двигателя и ускоренный износ его узлов. При повышенной текучести масла поршневые кольца и направляющие втулки клапанов уже не в состоянии
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 179
| Перегрев двигателя обходится недешево
Выход из строя системы охлаждения является главной причиной выхода из строя двигателей. Автомехаников часто мучают ночные кошмары — им снится, как в сервисном центре только что отремонтированный ими двигатель ставят в автомобиль, радиатор которого забит. После переборки или ремонта двигателя, как правило, производится обязательная замена водяного насоса и всех шлангов. При любом ремонте двигателя или его замене следует также проверить радиатор на отсутствие утечек и засорения. Перегрев — вот наиболее распространенная причина поломки двигателя.
удержать его, и масло проникает в камеру сгорания и сгорает в ней, что увеличивает его расход.
Процесс сгорания топлива очень чувствителен к температуре. Высокая температура охлаждающей жидкости вызывает рост температуры сгорания, которая, дойдя до определенной точки, приводит к нарушению нормального режима сгорания — детонации и преждевременному воспламенению смеси. Если эти процессы не остановить, то все закончится повреждением двигателя.
КОНСТРУКЦИЯ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
Охлаждающая жидкость проходит через двигатель, поглощая тепло, выделяющееся в нем. Затем она течет в радиатор, который рассеивает тепло в окружающую среду. Охлаждающая жидкость непрерывно циркулирует по системе охлаждения, как показано на рис. 7.3 и 7.4. Проходя через двигатель, охлаждающая жидкость нагревается на целых 15°Ф (8°С). Проходя затем через радиатор, она остывает. Скорость прокачки охлаждающей жидкости может достигать 1 галлона (4 литра) в минуту в расчете на одну лошадиную силу мощности, вырабатываемой двигателем.
Радиатор охлаждения
Поток воздуха
Рис. 7.3. Схема движения потока охлаждающей жидкости через двигатель
Температура двигателя и токсичность выхлопных газов .л--7 ‘. Г ij*
• .п ; - - - г- - J
Во многих районах США и Канады действует контроль токсичности выхлопных газов автомобилей. Выбросы угле- j водородов (НС) — это просто несгоревшее топливо. Для I того чтобы снизить выброс несгоревших углеводородов и успешно пройти контроль токсичности выхлопных газов, следите за тем, чтобы перед прохождением контроля двигатель был прогрет до нормальной рабочей температуры. Производители автомобилей определяют достижение "нормальной рабочей температуры" по следующим признакам:
1. Верхний шланг радиатора становится горячим и находится под повышенным давлением.
2. Дважды включается и выключается электрический вентилятор (вентиляторы) системы охлаждения.
Перед тем как проходить контроль токсичности выхлопных газов убедитесь, что двигатель прогрелся до нормальной рабочей температуры. Лучше всего проехать на автомобиле 20 миль (32 км), — тогда уж точно каталитический нейтрализатор, масло, а также охлаждающая жидкость нагреются до нормальной рабочей температуры. Особенно важно позаботиться об этом в холодную погоду. Большинство водителей считают, что для прогрева двигателя достаточно дать ему поработать на холостом ходу до тех пор, пока из отопителя салона не пойдет теплый воздух. Отопитель салона отбирает тепло у охлаждающей жидкости. Производители автомобилей рекомендуют не допускать работы двигателя на холостом ходу более 5 минут, а для прогрева двигателя — дать ему поработать одну-две минуты на холостом ходу, после чего для дальнейшего прогрева необходимо медленно проехать на автомобиле, чтобы поднять давление масла в системе смазки.
Рис. 7.4. На фотографии этого блока цилиндров, с которого срезана плита, видны каналы системы охлаждения, окружающие цилиндры. Обратите внимание на то, что охлаждающая жидкость омывает цилиндры со всех сторон и проходит также в промежутках между ними
180 Глава?
Горячая охлаждающая жидкость через клапан термостата, установленный в самой верхней точке двигателя, поступает в радиатор. Выпускной патрубок системы охлаждения соединен с верхним впускным патрубком радиатора шлангом, который фиксируется с помощью хомутов. Охлаждающая жидкость остужается в радиаторе потоком обдувающего его воздуха. Остывая, она опускается вниз радиатора и через нижний выпускной патрубок поступает в водяной насос, который обеспечивает принудительную циркуляцию охлаждающей жидкости в двигателе.
ПРИМЕЧАНИЕ
В ряде двигателей новых конструкций, например, восьмицилиндровом V-образном двигателе объемом 4,7 л компании Chrysler, восьмилитровых V-образных двигателях объемом 4,7,5,3 и 5,7 л компании General Motors термостат установлен на впуске водяного насоса. Когда в термостат поступает остывшая жидкость, он закрывается и остается закрытым до тех пор, пока температура охлаждающей жидкости не достигает температуры его открытия. Таким образом, размещение термостата на впуске водяного насоса уменьшает диапазон колебаний температуры охлаждающей жидкости, ослабляя резкие изменения температуры, которые могли бы привести к возникновению термических напряжений в двигателе, особенно в двигателях с алюминиевой головкой блока цилиндров и чугунным блоком.
Эффективность отвода тепла системой охлаждения определяется главным образом эффективностью работы радиатора. Конструкции радиаторов рассчитаны на обеспечение максимальной эффективности теплообмена при минимальных размерах. Воздушный поток обдува радиатора усиливается с помощью вентилятора охлаждения с ременным или электрическим приводом.
КАК ТЕРМОСТАТ РЕГУЛИРУЕТ ТЕМПЕРАТУРУ
Диапазон нормальных рабочих температур ограничен минимально допустимой и максимально допустимой температурами. Термостат поддерживает нижнюю границу нормальной рабочей температуры. Термостат представляет собой термочувствительный клапан на выпуске двигателя (рис. 7.5), срабатывающий при определенной, заданной температуре охлаждающей жидкости. На стороне термостата, обращенной к двигателю, расположен термодатчик, представляющий собой герметичную пластмассовую капсулу, заполненную парафином. При нагреве двигателя термодатчик под действием тепла увеличивается в объеме и через механический привод, связанный с ним, открывает клапан термостата. Как только термостат начинает открываться, часть потока охлаждающей жидкости направляется через него в радиатор, где она охлаж-
Рис. 7.5. Пример типичного термостата, используемого в автомобильных двигателях. В этой конструкции термостата предусмотрено небольшое отверстие с подвижной пробкой — так называемый вибрирующий клапан. Этот клапан, двигаясь, дробит воздушные пузыри, облегчая выход воздуха из двигателя в радиатор. Это позволяет предотвратить образование в двигателе воздушных пробок, которые могут привести к его перегреву. Термостат обычно устанавливается вибрирующим клапаном вверх
дается. Остальная часть потока жидкости продолжает течь через перепускной канал, в обход термостата, и возвращается в двигатель (рис. 7.6). Номинальная рабочая температура, на которую рассчитан термостат, — это температура, при которой термостат начинает открываться. Полностью термостат открывается при температуре, примерно на 20°Ф (10°С) превышающей номинальную. Ниже приведены примеры технических параметров термостатов.
Номинальная рабочая температура термостата Термостат начинает открываться при температуре Термостат полностью открыт при температуре
180°Ф (82°С) 180°Ф (82°С) 200°Ф (93°С)
195°Ф (91 °C) 195°Ф (91 °C) 215°Ф (102°С)
Если радиатор, водяной насос и каналы системы охлаждения функционируют нормально, то нормальная рабочая температура двигателя будет постоянно поддерживаться в диапазоне между номинальной рабочей температурой термостата и температурой, при которой термостат полностью открыт (рис. 7.7).
ПРОВЕРКА ТЕРМОСТАТА
Для проверки работоспособности термостата используются три основных метода.
Метод нагревания в воде. Если термостат, снятый с двигателя, находится в закрытом положении, под клапан термостата просовывается пластина калиберного щупа толщиной 0,015 дюйма (0,4 мм), — так, чтобы
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 181
Рис. 7.6. Типичное направление движения охлаждающей жидкости BV-образном двигателе
ПРИМЕЧАНИЕ
Перепускной канал в обход закрытого термостата обеспечивает циркуляцию в двигателе охлаждающей жидкости во время его прогрева. Он представляет собой небольшой канал, который идет от того места в двигателе, где стоит термостат, прямо к водяному насосу. Часть потока охлаждающей жидкости продолжает идти в обход термостата даже тогда, когда он полностью открыт. Перепускной канал может быть предусмотрен при отливке частей двигателя и насоса или просверлен в них (рис. 7.8 и рис. 7.9). Перепускной канал повышает равномерность нагрева двигателя при его прогреве. Он устраняет опасность местного перегрева в двигателе и предотвращает возможность возникновения избыточного давления в системе охлаждения, когда термостат закрыт.
ОБМЕН О
Рис. 7.7. Пример типичного термостата, расположенного во впускном коллекторе системы охлаждения двигателя, — со снятой крышкой (а). Термостат, застрявший в открытом положении. Это привело к переохлаждению двигателя, и в результате этой неисправности автомобиль не прошел контроль токсичности выхлопных газов (6)
Г— ----------------------------—-------—— |
Не выбрасывайте термостат из двигателя!
Некоторые автовладельцы и автомеханики выбрасывают I термостат из системы охлаждения, чтобы "раз и навсегда устранить" проблему перегрева. В некоторых случаях такие действия могут не предотвратить перегрев двигателя, а, наоборот, привести к нему. Это действительно так, и объясняется следующими причинами:
1. В системе охлаждения без термостата скорость движения :ч потока охлаждающей жидкости через радиатор возрас- 1
тает. Термостат создает определенное сопротивление потоку охлаждающей жидкости и поэтому она медленней проходит через радиатор. Таким образом, при наличии термостата охлаждающая жидкость, прежде чем попадет обратно в двигатель, успевает сильнее остыть.
2. Эффективность теплообмена тем выше, чем больше разница между температурой охлаждаемой жидкости и температурой воздуха, обдувающего радиатор. Вследствие повышения скорости потока охлаждающей жидкости через радиатор (при снятом термостате), эта разница температур снижается.
З.В отсутствие термостата, создающего определенное сопротивление потоку охлаждающей жидкости, большая его часть зачастую течет в обход радиатора, возвращаясь прямиком в двигатель.
При возникновении такой проблемы как перегрев двигателя, удаление из системы охлаждения термостата обычно не решает ее. Помните, что термостат поддерживает температуру охлаждающей жидкости в двигателе, открываясь при определенной температуре и закрываясь, когда температура падает ниже минимально допустимой температуры — номинальной температуры термостата. Если двигатель перегревается, то двумя основными причинами этого являются следующие:
1. Двигатель вырабатывает слишком много тепла, с которым система охлаждения не в состоянии справиться. Например, если двигатель работает на слишком бедной смеси или в случае неверной установки угла опережения зажигания (угол опережения зажигания слишком большой или слишком маленький), происходит перегрев двигателя.
2. Нарушение нормального функционирования системы охлаждения или ее неисправность, в результате чего нарушается нормальный теплоотвод.
182 Глава?
Рис. 7.8. Один из вариантов внутреннего перепускного канала системы охлаждения
Рис. 7.9. Один из вариантов наружного перепускного канала системы охлаждения
термостат держался на нем. Затем висящий на лезвии калиберного щупа термостат погружают в сосуд с водой и опущенным в нее термометром (рис. 7.10). Вода нагревается до тех пор, пока термостат не раскроется настолько, что соскользнет с подвеса. Температура, при которой это происходит, является температурой открывания термостата. Если измеренная температура открывания отличается от значения, выштампованно-го на крышке термостата, не более чем на 5°Ф (4°С), термостат годен для работы. Если разность температур оказывается больше, термостат подлежит замене.
Рис. 7.10. Измерительная установка, используемая для проверки температуры открытия термостата
Метод с использованием ИК-пирометра. Температуру охлаждающей жидкости, омывающей термостат, можно измерить с помощью ИК-пирометра. Термостат установлен в том месте двигателя, в котором температура охлаждающей жидкости — наивысшая. Если система охлаждения функционирует нормально, показания пирометра будут следующими:
• При прогреве двигателя температура достигает температуры открытия термостата.
• Как только термостат открывается, направляя охлаждающую жидкость через радиатор, температура сразу же снижается.
• В процессе циклического открытия-закрытия термостата температура колеблется в пределах от температуры открытия термостата до температуры, превышающей температуру открытия термостата на 20°Ф(11°С).
Метод с использованием программы, заложенной в компьютерную систему контроля двигателя. Во многих автомобилях можно узнать фактическое значение температуры охлаждающей жидкости с помощью заложенной в компьютерную систему программы контроля, которая выдаст показание датчика температуры охлаждающей жидкости (ЕСТ-датчик — engine coolant temperature sensor). Хотя не исключено,
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 183
ПРИМЕЧАНИЕ
Если температура охлаждающей жидкости возрастает более чем на 20°Ф (11 °C) по сравнению с температурой открывания термостата, необходимо проверить систему охлаждения на величину расхода потока охлаждающей жидкости и выяснить, что вызывает ее ограничение или снижение. Причиной чрезмерного повышения температуры может оказаться также засоренный радиатор.
что сам датчик или сигнальный кабель могут оказаться неисправными, но такая проверка позволяет, по крайне мере узнать, какое значение температуры получает бортовой компьютер, управляющий режимом работы двигателя.
ЗАМЕНА ТЕРМОСТАТА
Перегрев двигателя может быть вызван неисправностью термостата. Если двигатель нагревается недостаточно, то причиной этого наверняка является неисправность термостата.
Для замены термостата необходимо слить часть охлаждающей жидкости через сливной кран радиатора, чтобы опустить уровень охлаждающей жидкости ниже термостата. Для этого не г необходимости полностью сливать охлаждающую жидкость. Затем необходимо отсоединить шланг от выпускного патрубка на крышке термостата и снять крышку термостата, чтобы достать его (рис. 7.11).
Рис. 7.11. Термостат может иметь неразъемную конструкцию с крышкой. Этот термостат нельзя вынуть из крышки, которая служит патрубком выпуска охлаждающей жидкости в радиатор, поэтому он проходит техническое обслуживание как единая деталь. В некоторых конструкциях термостат просто "защелкивается" в заливную горловину радиатора под гермопробкой радиатора
Необходимо очистить поверхности фланцев посадочного места на двигателе и крышки термостата и проверить, чтобы они были гладкими. Новый термостат устанавливается в двигатель термочувствительной капсулой к двигателю. Необходимо убедиться в том, что термостат стоит в правильном положении, после чего установить крышку термостата на посадочное место с новой уплотнительной прокладкой.
ВНИМАНИЕ
Если термостат неправильно садится в посадочное гнездо из-за того, что оно изношено, это может привести к искривлению крышки термостата при затягивании болтов крепления. В этом случае затягивание болтов крепления приводит обычно к тому, что крышка трескается и возникает течь.
После этого к патрубку крышки термостата подсоединяется шланг от радиатора и система охлаждения заполняется слитой ранее охлаждающей жидкостью. Хомут крепления шланга должен соответствовать его размеру (рис. 7.12).
Рис. 7.12. Варианты хомутов, используемых для крепления шлангов системы охлаждения. Большинство ремонтных хомутов являются винтовыми. Хомуты шлангов продаются по номеру. Чем больше номер хомута, тем больше его размер. Типичными размерами хомутов, используемых для крепления шланга отопителя салона, являются №10 или №12, а для крепления шланга радиатора — от №24 до №30
184 Глава 7
АНТИФРИЗ
По удельной теплоемкости вода превосходит любую охлаждающую жидкость. При нормальном давлении вода закипает при температуре 212°Ф (100°С) и замерзает при температуре 32°Ф (0°С). Вода при замерзании расширяется в объеме примерно на 9%. Если вода замерзнет в двигателе, то, расширяясь, она легко разорвет блок цилиндров, головку блока цилиндров и радиатор. Всеми производителями рекомендуется для защиты от этой опасности использовать в качестве незамерзающей охлаждающей жидкости смесь этиленгликоля с водой.
На рис. 7.13 приведен график зависимости точки замерзания охлаждающей жидкости от процентного содержания антифриза в растворе. Из этого графика видно, что при повышении концентрации антифриза выше 60% температура замерзания раствора возрастает. Обычно используется смесь воды с антифризом в пропорции 50% на 50%. Антифризы на основе этиленгликоля содержат в своем составе антикоррозионные добавки, ингибиторы коррозии и вещества, предназначенные для смазки водяного насоса.
В растворе, имеющем самую низкую температуру замерзания, концентрация этиленгликоля составляет 60% — такой раствор обладает удельной теплоемкос-
Процентное содержание антифриза в охлаждающей жидкости
Рис. 7.13. График зависимости точки замерзания охлаждающей жидкости от процентного содержания в ней антифриза
тью, составляющей 85% удельной теплоемкости воды. Антифриз на основе этиленгликоля имеет также более высокую температуру кипения, чем вода (рис. 7.14). При кипении охлаждающая жидкость превращается в пар и перестает выполнять роль теплоносителя, потому что она уже не находится в жидкой фазе и не контактирует с охлаждаемыми поверхностями.
ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ
НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ДОБАВОК
Незамерзающая охлаждающая жидкость на основе органических добавок или ОАТ-антифриз (ОАТ — organic additive technology) не содержит в своем составе силикатов и фосфатов. Жидкость этого типа имеет обычно оранжевый цвет. Эта охлаждающая жидкость, впервые разработанная компанией Havoline (под названием DEX-COOL), используется в двигателях компании General Motors с 1996 г. Новый вариант этой охлаждающей жидкости — НОАТ-ан-тифриз, изготавливаемый по усовершенствованной технологии (НОАТ — hybrid organic additive
Процентное содержание антифриза в охлаждающей жидкости
Рис. 7.14. График зависимости точки кипения охлаждающей жидкости от процентного содержания в ней антифриза — с увеличением концентрации антифриза температура закипания охлаждающей жидкости растет
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 185
technology — гибридная технология на основе органических добавок), близок по своим характеристикам ОАТ-антифризу — в нем также используются добавки, которые не оказывают абразивного действия на водяные насосы, но при этом НОАТ-антифриз имеет нужный водородный показатель.
У антифризов водородный показатель обычно превышает 11. Если он равен 7, то жидкость — химически нейтральна. При более низких значениях pH она проявляет кислотные свойствам при более высоких — щелочные. При слишком высоком значении pH происходит образование накипи и снижение эффективности теплопередачи, обеспечиваемой охлаждающей жидкостью. При слишком низком значении pH под действием кислотного раствора происходит коррозия деталей двигателя, контактирующих с охлаждающей жидкостью.
АНТИФРИЗ НА ОСНОВЕ ПРОПИЛЕНГЛИКОЛЯ
Антифриз на основе пропиленгликоля считается менее токсичным веществом, чем этиленгликолевый антифриз. Хотя пропиленгликоль и оказывает меньшее отравляющее действие на людей и животных, но все же при попадании в организм он также опасен.
ВНИМАНИЕ
Поскольку этиленгликоль — сладкий на вкус, он приятен на вкус животным и они выпьют такую охлаждающую жидкость, если доберутся до нее. Попадание в организм этиленгликоля чаще всего приводит к смерти.
Точки замерзания и кипения у пропиленгликоля и этиленгликоля имеют близкие значения. Но при смешивании этих двух типов антифриза эффективность теплопередачи охлаждающей жидкости может понизиться. По этой причине производители автомобилей предупреждают о том, что перед использованием охлаждающей жидкости на основе пропиленгликоля необходимо тщательно промыть систему охлаждения от остатков ранее использовавшегося антифриза. Перед тем как заливать антифриз на основе пропиленгликоля обязательно ознакомьтесь с инструкцией производителя.
АНТИФРИЗ, В КОТОРОМ ОТСУТСТВУЮТ ФОСФАТЫ
Компанией Фольксваген (Volkswagen) во всех двигателях жидкостного охлаждения, выпускаемых ею, допускается использование только антифриза, в котором отсутствуют фосфаты. Исследования, проведенные компанией Фольксваген, показали, что фосфатные добавки выпадают в осадок из охлаждающей жидкости, если раствор приготовлен на высокоминерализованной (жесткой) воде.
В случае использования антифриза, свободного от фосфатов, конечно же образуется белый кальциевый налет, но он не создает никаких проблем в работе системы охлаждения. А антифриз, содержащий фосфатные добавки, хотя он препятствует образованию такого налета, компания Фольксваген запрещает использовать в выпущенных ею двигателях. Но возможен компромиссный вариант: использовать высококачественный антифриз, содержащий в своем составе фосфатные добавки, но разводить его дистиллированной водой. Это снизит опасность возникновения проблем, связанных с использованием фосфатов, и избавит от необходимости покупать дорогой охлаждающий состав, не содержащий фосфатов.
АНТИФРИЗЫ ЗАМЕРЗАЮТ
Смесь антифриза с водой является примером состава, температура замерзания которого отличается от температур замерзания входящих в него компонентов — чистого антифриза и чистой воды.
Чистая вода
Чистый антифриз*
Смесь: 50/50
Смесь: 70% антифриза на 30% воды
Точка замерзания
32°Ф (0°С)
0°Ф (-18°С)
-34°Ф (-37°С)
-84°Ф (-64°С)
*Чистый антифриз обычно представляет собой 95% раствор этиленгликоля, в котором содержится от 2% до 3% воды, и от 2% до 3% добавок. В зависимости от процентного содержания воды антифриз, продаваемый в канистрах, замерзает при температурах от 8°Ф до -8°Ф (от -13°С до -22°С). Следовательно, проще всего просто запомнить, что антифриз замерзает, как правило, при температуре около 0°Ф (-18°С).
Точка кипения смеси антифриза с водой также зависит от концентрации компонентов смеси.
Точка кипения на уровне моря Точка кипения при давлении, повышенном на 15 фунтов на кв. дюйм, — под гермопробкой
Чистая вода 212°Ф(100°С) 257°Ф(125°С)
Смесь: 50/50 218°Ф(103°С) 265°Ф(130°С)
Смесь: 70% антифриза на 30% воды 225°Ф (107°С) 276°Ф (136°С)
ПРОВЕРКА ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ С ПОМОЩЬЮ АРЕОМЕТРА
Охлаждающую жидкость можно проверить с помощью ареометра. Ареометром измеряется плотность
186 Глава 7
И> опыт* ди
вИчиГ
Ml /’1'4 Щ-
______________________
Если 50% — это хорошо, то 100% должно быть еще лучше
Владелец автомобиля считал, что в системе охлаждения просто не может образоваться ни лея ни ржавчина, потому что вместо смеси "50 на 50" антифриза с водой он залил в свою машину стопроцентный антифриз (этиленгликоль).
Но когда температура воздуха упала до -20°Ф (-29°С), охлаждающая жидкость в радиаторе замерзла и он лопнул. (Чистый антифриз замерзает при температуре около 0°Ф (-18°С)). После того как радиатор был разморожен, его пришлось ремонтировать. Владелец автомобиля был рад уже хотя бы тому, что блок цилиндров двигателя не лопнул.
ЭДЖл ------------------—-----
Для максимальной защиты от замерзания, при сохранении достаточно высокой эффективности теплообмена, используйте смесь антифриза с водой в равных пропорциях.1 Такая смесь является наилучшим компромиссным вариантом по температурным характеристикам и эффективности теплопередачи, необходимым для работы системы охлаждения. Не превышайте концентрацию антифриза в растворе выше 70% (30% воды). При увеличении концентрации антифриза (вплоть до 70%) температура кипения смеси возрастает, температура замерзания смеси снижается, но одновременно снижается эффективность теплопередачи смеси.
охлаждающей жидкости. Чем выше ее плотность, тем выше концентрация антифриза в воде. Большинство ареометров для охлаждающей жидкости сразу показывают точку замерзания и точку кипения (рис. 7.15). Если двигатель перегревается, а ареометр показывает значение, близкое к -50°Ф (-46°С), то это означает, что в системе охлаждения находится чистый антифриз. Лучше всего, когда точка замерзания используемой охлаждающей жидкости находится ниже -20°Ф (-29°С), а точка кипения — выше 234°Ф (112°С).
Рис. 7.15. Проверка точки замерзания и точки кипения охлаждающей жидкости с помощью ареометра
ОБМЕН ОПЫ'
-----,--------------------------------—----—-q
Ветер здесь совершенно ни при чем Л / is ]
Ветровой коэффициент теплопотерь — это поправочный < коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери при данной температуре, в зависимости от скорости ветра. -Он, по существу, определяет эквивалентную температуру, при которой теплопотери с поверхности незащищенной кожи при полном отсутствии ветра равны теплопоте-рям при данной температуре и данной скорости ветра.
* Поскольку этот коэффициент представляет собой коэффициент теплопотерь для незащищенной кожи, ветровая температура неприменима для оценки морозостойкости охлаждающей жидкости.
Обдув радиатора ускоряет охлаждение жидкости, но не влияет на температуру, до которой может остыть охлаждающая жидкость. Она зависит от температуры воздуха, на которую скорость ветра не влияет. Не верите? Убедитесь в этом сами. Внесите в комнату термометр и подождите, пока его показания установятся. Теперь включите вентилятор и направьте поток воздуха на термометр. На его показания это не повлияет.
РЕГЕНЕРИРОВАННАЯ ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ
Отработанная охлаждающая жидкость (антифриз и вода) подлежит регенерации. В отработанной охлаждающей жидкости могут находиться металлы, — свинец, алюминий и железо, которые накапливаются в процессе ее работы в двигателе.
В регенерационных установках производится очистка жидкости от этих металлов и загрязнений и восстановление концентрации истощенных добавок. Регенерированная охлаждающая жидкость после восстановления опять становится как новая и ее можно повторно использовать в автомобиле.
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 187
ВНИМАНИЕ
Большинство производителей автомобилей предупреждают, что повторное использование охлаждающей жидкости допускается только после ее регенерации и восстановления процентного содержания добавок.
ХРАНЕНИЕ ОТРАБОТАННОЙ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
Отработанную охлаждающую жидкость, слитую из автомобиля, обычно можно сливать в одну емкость с отработанным маслом. В установках, используемых для регенерации отработанного масла, охлаждающая жидкость легко отделяется от отработанного масла. Уточните у компаний, которым решением местных органов власти или правительством штата поручено выполнять утилизацию этих отходов, какой именно способ хранения отработанной жидкости установлен в вашем районе (рис. 7.16).
Рис. 7.16. Отработанная охлаждающая жидкость должна храниться отдельно, в герметичной канистре, до ее регенерации или утилизации в соответствии с федеральными законами, законами штата и местными законами. Обратите внимание на то, что емкость для сбора отработанной охлаждающей жидкости стоит в поддоне, — это сделано с целью не допустить пролива охлаждающей жидкости из емкости, в которой она хранится
РАДИАТОР
В легковых автомобилях широко используются радиаторы с сердцевинами двух типов: трубчато-ленточными и трубчато-пластинчатыми. В обоих типах конструкций охлаждающая жидкость течет по трубкам сердцевины, которые в поперечном сечении имеют овальную форму. Тепло передается через стен
ки трубок и паяные швы охлаждающим пластинам. Охлаждающие пластины обдуваются потоком воздуха, который отбирает тепло от радиатора и уносит его (рис. 7.17-7.20).
Раньше автомобильные радиаторы изготавливались из латуни. С 1980-х годов большинство радиаторов стали изготавливать из алюминия. Эти материалы обладают высокой коррозионной стойкостью, высокой теплопроводностью и легко обрабатываются.
Трубки сердцевины радиатора изготавливаются из листовой латуни или алюминия толщиной от 0,0045 до 0,012 дюйма (от 0,1 до 0,3 мм) — при этом их стенки стараются, с учетом условий работы, сделать как можно тоньше. На трубопрокатном оборудовании из листового металла изготавливают круглые трубки, стыки которых завальцовываются замковым фальцем.
Рис. 7.17. Радиатор старой конструкции с вертикальным расположением трубок сердцевины (публикуется с любезного разрешения компании Dow Chemical Company)
Рис. 7.18. Радиатор типичной конструкции с горизонтальным расположением трубок сердцевины (публикуется с любезного разрешения компании Modine Manufacturing Company)
188 Глава?
Рис. 7.19. Секция сердцевины радиатора трубчато-ленточной конструкции (публикуется с любезного разрешения компании Modine Manufacturing Company)
Основным фактором, ограничивающим теплопередачу в системе охлаждения, является теплопередача от радиатора в окружающую среду. Передача тепла от охлаждающей жидкости к ребрам охлаждения происходит в семь раз быстрее, чем от ребер охлаждения — воздуху, при равных площадях поверхностей охлаждения. Радиатор должен быть рассчитан на рассеивание количества тепла, примерно равного количеству тепла, выделяющемуся в работающем двигателе. Одна лошадиная сила мощности, вырабатываемой двигателем, эквивалентна 42 BTU (10 800 калорий) в минуту. Чем выше мощность двигателя, тем жестче требования к производительности системы охлаждения.
При заданной площади поперечного сечения радиатора его производительность может быть увеличена за счет увеличения толщины сердцевины радиатора, повышения плотности компоновки конструкции или комбинации обоих способов. Производительность радиатора можно также увеличить, окружив вентилятор охлаждения кожухом, усиливающим поток воздуха через радиатор.
ПРИМЕЧАНИЕ
Нижний передний спойлер, устанавливаемый на автомобилях, используется для увеличения потока воздуха, обдувающего радиатор. Поломка или отсутствие этого элемента могут привести к перегреву двигателя, особенно при движении по высокоскоростной магистрали, вследствие снижения потока обдува радиатора.
Рис. 7.20. На этом разрезе радиатора видны типичные отложения на стенках трубок сердцевины, снижающие пропускную способность радиатора. Регулярная замена антифриза способствует предотвращению возникновения такого рода проблем
Коллекторы и бачки радиатора, которые объединяют концы трубок сердцевины, ранее изготавливались из листовой латуни толщиной от 0,020 до 0,050 дюйма (от 0,5 до 1,25 мм), но сейчас изготавливаются из пластмассы методом литья под давлением. Если в конструкции радиатора охлаждения предусмотрен теплообменник охлаждения трансмиссионного масла, он устанавливается в выпускном бачке радиатора — там, где температура охлаждающей жидкости минимальна (рис. 7.21).
Рис. 7.21. Разрез радиатора, на котором виден теплообменник охлаждения трансмиссионной жидкости, проложенный внутри радиатора охлаждения. Воздух охлаждает нагретую охлаждающую жидкость, которая в свою очередь охлаждает трансмиссионную жидкость, прокачиваемую через теплообменник, проложенный в радиаторе системы охлаждения (публикуется с любезного разрешения компании Dow Chemical Company)
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 189
ГЕРМОПРОБКА РАДИАТОРА
Заливная горловина радиатора герметично закрывается гермопробкой. В гермопробке установлен пружинный предохранительный клапан, перекрывающий вентиляционное отверстие системы охлаждения, сообщающееся с внешней средой. В результате давление в системе возрастает на величину, на которую рассчитана гермопробка. Как только оно достигает установленного предела, клапан открывается и стравливает избыточное давление во избежание повреждения системы охлаждения (рис. 7.22).
Повышенное давление создается в системе охлаждения с целью повышения температуры кипения охлаждающей жидкости. При повышении давления на один фунт на кв. дюйм температура кипения возрастает примерно на 3°Ф (1,6°С). При нормальном атмосферном давлении вода закипает при температуре 212°Ф (100°С). Под гермопробкой, повышающей рабочее давление на 15 фунтов на кв. дюйм (100 кПа), вода будет закипать при температуре 257°Ф (125°С), которая является максимально допустимой рабочей температурой двигателя.
Повышение температуры кипения охлаждающей жидкости в системе охлаждения двигателя преследует две цели:
• Обеспечить работу двигателя при наиболее эффективной температуре, близкой к 200°Ф (93°С), исключив при этом опасность закипания охлаждающей жидкости.
• Чем выше температура охлаждающей жидкости, тем больше тепла отводит система охлаждения. Количество тепла, отводимого системой охлаждения, пропорционально разнице температур охлаждающей жидкости и наружного воздуха. Эта зависимость привела к созданию радиаторов малогабаритных конструкций, рассчитанных на высокое рабочее давление и способных рассеивать большое количество тепла. Для того чтобы система охлаждения обеспечивала надлежащий теплоотвод, гермопробка радиатора должна быть соответствующего типа, и должна быть правильно установлена на горловине радиатора (рис. 7.23).
Уплотнительная прокладка
К расширительному бачку
Прокладка парового клапана
Через открытый паровой клапан гермопробки сбрасывается избыточное давление
Пружина парового клапана
Выпуск пара
поступает наружный воздух, устраняя
пониженное давление в системе охлаждения
Рис. 7.22. Принцип работы стандартной гермопробки радиатора
ПРИМЕЧАНИЕ
Правильность функционирования гермопробки радиатора особенно важна на больших высотах. На каждые 550 футов высоты подъема над уровнем моря температура кипения воды снижается примерно на 1 °Ф. Таким образом в Денвере (Denver), штат Колорадо (расположенном на высоте 5280 футов на уровнем моря) точка кипения воды составляет около 202°Ф (94°С), а на вершине пика Пайка (Pike's Peak) в штате Колорадо (высота над уровнем моря 14 110 футов) вода закипает при температуре 186°Ф (86°С).
Рис. 7.23. В некоторых моделях автомобилей гермопробка стоит на расширительном бачке. Это означает, что в расширительном бачке охлаждающая жидкость находится под таким же давлением, что и в остальной части системы охлаждения
190 Глава 7
МЕТРИЧЕСКИЕ ГЕРМОПРОБКИ РАДИАТОРОВ
В соответствии с документом SAE Handbook гермопробки радиаторов должны иметь маркировку, указывающую номинальное (стандартное) давление, на которые они рассчитаны. Большинство гермопробок, устанавливаемых на радиаторы серийных автомобилей,рассчитаны на номинальное рабочее (избыточное) давление в пределах от 14 до 16 фунтов на кв. дюйм (от 97 до 110 кПа).
Однако многие японские и европейские производители автомобилей указывают на радиаторе рабочее давление, выраженное в барах. Атмосферное давление на уровне моря равно одному бару, что соответствует примерно 14,7 фунтам на кв. дюйм. При замене гермопробки радиатора для правильного выбора рабочего давления может оказаться полезной приведенная ниже таблица пересчета.
Давление, выраженное в барах или атмосферах Давление, выраженное в фунтах на кв. дюйм (psi)
1,1 16
1,0 15
0,9 13
0,8 12
0,7 10
0,6 9
0,5 7
f------------------г— --------------”-------
г Под давлением работает лучще
Иногда в системе охлаждения высокого давления возникает проблема, связанная с нарушением работы водяного насоса. Для нормальной работы насоса необходимо, чтобы давление на его впуске было ниже давления на его выпуске. Но если давление на впуске водяного насоса становится чрезмерно низким, охлаждающая жидкость в насосе закипает, превращаясь в пар. В таком случае насос начинает качать пар, а не охлаждающую жидкость. Такое нарушение режима работы насоса называется кавитацией. Таким образом, неисправная гермопробка может оказаться причиной перегрева двигателя. Водяной насос не может подавать достаточное количество охлаждающей жидкости, если давление в системе охлаждения не соответствует необходимому для предотвращения закипания охлаждающей жидкости.
СИСТЕМА РЕКУПЕРАЦИИ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
Избыточное давление обычно приводит к тому, что часть охлаждающей жидкости вытесняется через переливную трубу. В большинстве систем охлаждения
ПРИМЕЧАНИЕ
В ремонтных мастерских на отремонтированные радиаторы часто ставят гермопробки, рассчитанные на рабочее давление 7 фунтов на кв. дюйм (0,5 бар).
Такие гермопробки, тем не менее, обеспечивают повышение температуры кипения охлаждающей жидкости примерно на 21°Ф (12°С) (3° х 7 фунтов на кв. дюйм = 21°Ф). Например, если точка кипения охлаждающей жидкости равна 223°Ф (106°С), то дополнительные 21 °Ф, обеспечиваемые гермопробкой, позволяют поднять ее до 244°Ф (118°С) (223°Ф + 21 °Ф = 244°Ф). Но, несмотря на то, что гермопробка радиатора, рассчитанная на меньшее рабочее давление, обеспечивает определенную защиту от опасности закипания охлаждающей жидкости, одновременно защищая отремонтированный радиатор от повышенного давления, охлаждающая жидкость под такой гермопроб-кои все-таки может закипеть раньше, чем на приборном щитке загорится сигнальная лампа "перегрев".
переливная труба идет в пластмассовый резервуар (расширительный бачок), в котором собирается излишек охлаждающей жидкости и хранится до тех, пока система не остынет (рис. 7.24). Когда система остывает, давление в ней снижается и возникает частичное разрежение. Под его действием охлаждающая жидкость, перелившаяся ранее в расширительный бачок, высасывается из него обратно в систему охлаждения, и она остается полностью заполненной. Система, выполняющая такую функцию, называется системой рекуперации охлаждающей жидкости. В системах охлаждения, не оснащенных системой рекуперации охлаждающей жидкости, в пробке заливной горловины радиатора предусмотрен вакуумный клапан. При снижении давления в системе охлаждения ниже определенного уровня через этот клапан в нее поступает наружный воздух, что предотвращает разрушение радиатора под действием пониженного внутреннего давления.
Рис. 7.24. Пример типичного расширительного бачка системы охлаждения
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 191
ИСПЫТАНИЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
С помощью ручного устройства для проверки герметичности можно быстро и просто испытать систему охлаждения под давлением. Для этого с горловины радиатора снимается гермопробка (двигатель должен быть холодным!) и вместо нее к радиатору присоединяется устройство для проверки герметичности. С помощью ручного насоса в системе охлаждения создается избыточное давление (рис. 7.25).
ВНИМАНИЕ
Не повышайте давление в системе охлаждения выше установленного производителем автомобиля. Большинство систем охлаждения рассчитано на избыточное давление не выше 14 фунтов на кв.дюйм (100 кПа). Превышение этой границы может привести к выходу из строя водяного насоса, радиатора, теплообменника отопителя салона и шлангов.
а)
6)
Рис. 7.25. Проверка системы охлаждения под давлением — с помощью устройства для проверки герметичности, оснащенного ручным насосом (а). Обратите внимание на утечку через повреждение в шланге радиатора охлаждения. Вот откуда появился запах "горячего антифриза", который почувствовал владелец этого минифургона (6)
Если в системе охлаждения отсутствуют утечки, давление в ней должно держаться, не снижаясь. Если давление падает, ищите следы утечек в системе охлаждения. Проверьте:
• Шланги теплообменника отопителя салона.
• Шланги радиатора.
• Радиатор охлаждения.
• Теплообменник отопителя салона.
• Головку блока цилиндров.
• Пробки технологических отверстий в стенках блока цилиндров и головки блока цилиндров.
При обнаружении утечки или подозрении в том, что она существует, необходимо обязательно проверить систему охлаждения под давлением. Устройство проверки герметичности можно использовать также для проверки гермопробки радиатора. Для этого оно соединяется с гермопробкой через переходник. Если гермопробка не держит давления, она подлежит замене.
ВЫЯВЛЕНИЕ УТЕЧЕК МЕТОДОМ КАПИЛЛЯРНОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ
Одним из самых эффективных методов выявления утечек является метод капиллярной дефектоскопии с использованием флуоресцентного красителя, добавляемого в охлаждающую жидкость. После добавки красителя в охлаждающую жидкость прогрейте двигатель на ходу, чтобы он нагрелся до нормальной
Г---------------------------------------•----
Используйте в системе охлаждения дистиллированную воду
Два автомеханика обсуждают вопрос о том какую воду луч-J ше всего использовать для заливки в систему охлаждения при замене охлаждающей жидкости. Один из них считает, что лучше всего использовать дистиллированную воду, потому что в ней нет солей, а значит не будет и отложений в каналах системы охлаждения. Другой считает, что для этого подойдет любая питьевая вода. И оба они правы. Однако, если в воде содержатся соли, то на стенках каналов системы охлаждения могут образоваться отложения, снижающие эффективность теплоотвода, обеспечиваемого сис- -темой. Поскольку содержание солей в обычной питьевой воде, как правило, неизвестно, дистиллированная вода, из которой соли удалены, лучше подходит для систем охлаждения. Хотя необходимо принимать в расчет стоимость дистиллированной воды, ее количество, необходимое для заполнения системы охлаждения (требуется обычно не более 2 галлонов (8 литров) воды) не столь велико, и эти расходы ни в какое сравнение не идут с той ценой, которую придется заплатить в случае выхода из строя системы охлаждения или радиатора.
192 Глава 7
рабочей температуры. Осмотрите все участки системы охлаждения под ультрафиолетовым освещением. Любая утечка, если таковые есть, легко обнаруживается, поскольку краситель, добавленный в охлаждающую жидкость, в ультрафиолетовых лучах светится ярко-зеленым светом.
ПРИНЦИП РАБОТЫ ВОДЯНОГО НАСОСА
Водяной насос (который называют также насосом системы охлаждения) приводится в действие ременной передачей от коленчатого вала или распределительным валом. Охлаждающая жидкость циркулирует по кругу — из двигателя в радиатор и обратно — из радиатора в двигатель. Остывшая охлаждающая жидкость покидает радиатор через нижний выпуск. Она нагнетается под давлением в теплый блок цилиндров, и проходя по нему, отбирает часть тепла. Из блока цилиндров теплая охлаждающая жидкость течет в горячую головку блока цилиндров, где отбирает больше тепла.
ПРИМЕЧАНИЕ
В ряде конструкций двигателей охлаждающая жидкость прокачивается в противоположном направлении. Сначала она поступает из радиатора в головку(и) блока цилиндров, а затем уже в блок цилиндров.
Водяной насос не относится к насосам вытеснительного типа. Водяной насос представляет собой центробежный насос, который способен перекачивать мощный поток охлаждающей жидкости, не вызывая повышения давления в системе охлаждения. Жидкость втягивается во всасывающее отверстие в центре насоса вращающейся крыльчаткой. Под действием центробежных сил поток, всасываемый насосом, отбрасывается к внешнему краю лопастей крыльчатки, как показано на рис. 7.26.
При повышении скорости вращения двигателя выделяется больше тепла, при этом, соответственно, должен увеличиваться отбор тепла системой охлаждения. С повышением скорости вращения двигателя растет и скорость вращения крыльчатки водяного насоса, что обеспечивает автоматическое повышение расхода охлаждающей жидкости в соответствии с требуемой производительностью системы охлаждения. Охлаждающая жидкость, отбрасываемая крыльчаткой, попадает в так называемую “улитку”. “Улиткой” называется спиралевидный выпускной канал, который направляет поток охлаждающей жидкости с минимальными потерями скорости. “Улитка” крепится к двигателю спереди, направляя поток охлаждающей жидкости в блок цилиндров. В V-образных двигателях
УЛИТКА
Рис. 7.26. Направление движения потока жидкости через крыльчатку и "улитку" водяного насоса системы охлаждения V-образного двигателя
используются два впуска — для каждого ряда цилиндров предусмотрен отдельный впуск. Иногда для выравнивания потоков охлаждающей жидкости, поступающих в оба впуска V-образного двигателя, в “улитке” водяного насоса не удается обойтись без дефлекторов, устанавливаемых для выравнивания потоков, направляемых в оба канала, — чтобы обеспечить одинаковое охлаждение обоих рядов цилиндров.
ДВИЖЕНИЕ ПОТОКА ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ В ДВИГАТЕЛЕ
В двигателях используются два варианта компоновки каналов охлаждения, по которым охлаждающая жидкость движется через двигатель — параллельный и последовательный. В двигателе с параллельными каналами охлаждения охлаждающая жидкость нагнетается в блок цилиндров под давлением, и затем через уплотнительную прокладку попадает в головку блока цилиндров через магистральные каналы охлаждения, расположенные возле каждого цилиндра. На рис. 7.27 показаны проходные отверстия в уплотнительной прокладке головки блока цилиндров двигателя с параллельными каналами охлаждения. В двигателе с последовательными каналами охлаждения охлаждающая жидкость омывает последовательно все цилиндры ряда, после чего собирается в один поток в конце блока цилиндров и уже оттуда поступает в головку блока цилиндров через проходные отверстия магистральных каналов охлаждения в уплотнительной прокладке. На рис. 7.28 показаны проходные отверстия магистральных каналов охлаждения в уплотнительной прокладке головки блока цилиндров двигателя с последовательными каналами охлаждения. В головку блока цилиндров охлаждающая жидкость втекает в конце двигателя и течет через нее вперед — к выпуску, расположенному в самой верхней
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 193
ДРЕНАЖНЫЕ ОТВЕРСТИЯ
ОТВЕРСТИЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ КАНАЛОВ ОХЛАЖДЕНИЯ
Рис. 7.27. Проходные отверстия магистральных каналов охлаждения в уплотнительной прокладке головки блока цилиндров двигателя с параллельными каналами охлаждения
ДРЕНАЖНЫЕ ОТВЕРСТИЯ
Рис. 7.28. Проходные отверстия магистральных каналов охлаждения в уплотнительной прокладке головки блока цилиндров двигателя с последовательными каналами охлаждения
точке системы охлаждения двигателя. Он обычно находится на передней стенке двигателя. Выпускной патрубок размещается или на головках блока цилиндров или во впускном коллекторе. В некоторых конструкциях двигателей используется комбинированная компоновка каналов охлаждения, которая называется последовательно-параллельной. Образующийся пар сразу же отводится в верхний бачок радиатора охлаждения. В двигателе с последовательными каналами охлаждения пар стравливается через дренажные отверстия или пароотводящие щели в уплотнительной прокладке, блоке цилиндров и головке блока цилиндров.
Охлаждающая жидкость также пропускается через переходник масляного фильтра, облегчая прогрев масла при запуске двигателя в холодную погоду, а также охлаждение горячего масла (рис. 7.29).
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ВОДЯНОГО НАСОСА
Износ крыльчатки водяного насоса приводит к снижению потока охлаждающей жидкости, прогоняемого
ЧАВО •• -... ???
Сколько охлаждающей жидкости перекачивает водяной насос?
^Типичный водяной насос способен перекачивать, прибли- j зительно, семь с половиной тысяч галлонов (28 000 литров) охлаждающей жидкости в час, иными словами, он способен за одну минуту прокачать всю охлаждающую жидкость через двигатель более двадцати раз. Это означает, что с помощью такого водяного насоса можно выкачать из типичного частного плавательного бассейна всю воду за час! Чем ниже скорость работы двигателя, тем меньше мощность, потребляемая водяным насосом. Однако, даже при скорости автомобиля в 35 миль в час (56 км/час) водяной насос перекачивает около 2000 галлонов (7500 литров) в час, или 0,5 галлона (2 литра) в секунду!
через двигатель (рис. 7.30). При нарушении сальникового уплотнения в водяном насосе охлаждающая жидкость начинает вытекать через дренажное отверстие в нем, как показано на рис. 7.31. Это отверстие обеспечивает отвод охлаждающей жидкости, не позволяя ей попасть в подшипниковый узел водяного насоса.
194 Глава 7
Рис. 7.29. Масляный радиатор двигателя. Охлаждающая жидкость, подаваемая по трубопроводу, подсоединенному к переходнику масляного фильтра, отбирает тепло у горячего масла и отводит его в систему охлаждения двигателя.
Поскольку в холодную погоду нагрев охлаждающей жидкости до рабочей температуры происходит обычно быстрее, чем нагрев масла, этот масляный радиатор позволяет ускорить разогрев холодного масла до нормальной рабочей температуры и замедлить за счет этого износ двигателя
Рис. 7.31. Дренажное (сточное) отверстие в водяном насосе дает возможность охлаждающей жидкости, просачивающейся через сальниковое уплотнение, вытекать из насоса, тем самым не позволяя ей попасть в подшипниковый узел. Выход из строя подшипника может привести к более серьезным повреждениям
Рис. 7.30. Этот сильно поврежденный коррозией водяной насос не мог уже обеспечить достаточной циркуляции охлаждающей жидкости, необходимой для охлаждения двигателя. В результате двигатель перегрелся и уплотнительная прокладка головки блока цилиндров прогорела
Рис. 7.32. Разрез типичного водяного насоса, на котором видны длинный узел подшипника и сальниковое уплотнение. Между сальниковым уплотнением и подшипником в корпусе насоса сделано дренажное отверстие. При нарушении герметичности сальникового уплотнения охлаждающая жидкость, просачивающаяся через него, стравливается через дренажное отверстие
В случае неисправности подшипника водяной насос обычно начинает шуметь и его приходится заменять. Перед заменой водяного насоса, вышедшего из строя из-за разболтанного или шумящего подшипника, обязательно проверьте следующее:
1. Натяжение приводного ремня.
2. Искривление вентилятора охлаждения.
3. Сбалансированность вентилятора охлаждения.
При слишком большом натяжении приводного ремня подшипник водяного насоса может испыты
вать чрезмерную нагрузку. Вибрации, вызванные искривлением или несбалансированностью вентилятора, приводят к повреждению подшипника водяного насоса (рис. 7.32).
ВЕНТИЛЯТОРЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
Воздух прогоняется сквозь соты радиатора вентилятором охлаждения. В старых конструкциях двигателей автомобилей с задним приводом вентилятор
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 195
г------------
г Что означает на самом деле "сверхмощный водяной насос"
• Автомобиль Chevrolet с задним приводом поступил к дилеру для замены вышедшего из строя водяного насоса. Несмотря ;на то, что он не подлежал ремонту по гарантии, владелец хо-’ тел удостовериться в том, что дефектный водяной насос будет | заменен HD-насосом (HD — heavy-duty — повышенной мощности). Когда он покупал новый автомобиль, то заказал его с системой охлаждения повышенной производительности, оснащенной радиатором увеличенных размеров (большей толщины) и HD-насосом охлаждения.
Когда механик пришел на склад запчастей получить HD-насос охлаждения, кладовщик даже не взглянул на спецификационный номер детали, а принес стандартный водяной насос для восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet. Механик еще раз попросил выдать ему насос "повышенной мощности", как заказал клиент. Чтобы избавиться от докучливого механика, кладовщик показал ему, что стандартный
--------------------------------------------—
насос и HD-насос имеют один и тот же спецификационный^ номер.
Механик удивленно спросил: "Что же тогда на самом деле ; получил заказчик, заплатив за автомобиль с HD-насосом ох-1 лаждения?" На что кладовщик ответил ему: "HD-насос охлаж- < дения — это обычный насос, но работающий на более высо- | кой скорости вращения за счет того, что шкив привода в этом^ случае сделан меньшего, чем обычно, диаметра. А шкив не входит в комплект водяного насоса."
ПРИМЕЧАНИЕ
Это— одна из причин того, что ремонтные приводные ремни не всегда совпадают по длине со стандартными ремнями, установленными в автомобилях. Ремонтные приводные ремни делаются с расчетом на разные варианты установки и таким образом могут быть немного длиннее или короче стандартного ремня.
закреплен на ступице, запрессованной на валу водяного насоса (рис. 7.33).
В современных автомобилях с задним приводом и автомобилях с поперечным расположением двигателя используются вентиляторы охлаждения с электроприводом (рис. 7.34).
Вентилятор рассчитан таким образом, чтобы потока воздуха, прогоняемого через радиатор на самой низкой скорости его вращения, было достаточно для охлаждения двигателя, работающего при максимальной температуре охлаждающей жидкости.
ПРИМЕЧАНИЕ
Управление электрическим вентилятором охлаждения, как правило, осуществляется бортовым компьютером. В целях экономии энергии вентиляторы охлаждения обычно выключаются на скорости автомобиля выше 35 миль в час (55 км/час). При движении автомобиля на такой скорости напора встречного потока воздуха должно хватать для охлаждения радиатора. Конечно, если компьютер получит информацию о том, что температура продолжает оставаться слишком высокой, он включит вентилятор на максимум оборотов, чтобы охладить двигатель, во избежание серьезных повреждений.
Для повышения эффективности системы охлаждения вентилятор устанавливается в кожухе. При увеличении скорости вращения вентилятора расход мощности на его привод растет намного быстрее, чем растет скорость его вращения. При повышении скорости вращения вентилятора растет также создаваемый им шум. Уже выпускаются вентиляторы охлаждения, лопасти которых, изготовленные из пластмассы или стали, обладают заданной гибкостью. При низкой ско-
Рис. 7.33. Вал водяного насоса стандартной конструкции, на котором запрессована ступица вентилятора. Вентилятор снят
рости вращения у таких вентиляторов лопасти стоят под большим углом атаки, обеспечивающим большой напор воздуха. По мере нарастания скорости вращения, угол атаки лопастей уменьшается, за счет чего обеспечивается снижение мощности, необходимой для вращения крыльчатки вентилятора на высоких оборотах (рис. 7.35 и 7.36).
196 Глава 7
Рис. 7.34. Стандартный электрический вентилятор охлаждения
Рис. 7.35. Фотография формы лопастей вентилятора с гибкими лопастями на низкой скорости вращения, сделанная высокоскоростной камерой. Сравните ее с фотографией, приведенной на рис. 7.36
ТЕРМОРЕГУЛИРУЕМЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
С начала 1980-х годов в качестве вентиляторов охлаждения стали использоваться, как правило, вентиляторы с электроприводом, управляемые бортовым компьютером. В некоторых моделях автомобилей с задним приводом терморегулируемый вентилятор охлаждения приводится во вращение коленчатым валом через ременную передачу. Чем быстрее вращается двигатель, тем быстрее вращается и вентилятор. Обычно, чем выше скорость вращения двигателя, тем большую мощность он должен вырабатывать. Следовательно, система охлаждения должна отводить больше тепла. Повышение скорости вращения вентилятора обеспечивает необходимое повышение производительности системы охлаждения. Тепло, выделяемое двигателем, становится также критическим параметром при работе двигателя на низких скоростях, в условиях, когда автомобиль движется медленно.
Термовентилятор сконструирован таким образом, что при работе двигателя на высоких оборотах он пот-
ребляет немного энергии и создает минимальный уровень шума. Привод термовентилятора осуществляется ведущим шкивом через вязкостную гидромуфту, в которой используется кремнийорганическая вязкая жидкость.
СОВЕТ
Проводя диагностику причины перегрева двигателя, обязательно тщательно осмотрите вентилятор охлаждения. Нарушение работы вентилятора может быть вызвано утечкой кремнииорганической жидкости — такой вентилятор подлежит замене.
В другом варианте термовентилятора в конструкцию привода с гидромуфтой введена термочувствительная пружина, управляющая клапаном, который обеспечивает возможность свободного вращения вентилятора, когда радиатор холодный. Когда радиатор нагревается до температуры около 150°Ф (65°С), под действием воздуха, обдувающего термочувствительную пружину, она нагревается. При нагреве пружина
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 197
Рис. 7.36. Фотография формы лопастей вентилятора, показанного на рис. 7.35, на высокой скорости вращения. Обратите внимание на то, что угол атаки лопастей вентилятора изменился
изменяет свою форму и за счет этого открывает клапан, включая вязкостную муфту сцепления. Если двигатель очень холодный, то не исключено, что вентилятор такой конструкции может короткое время работать на высокой скорости — до тех пор пока кремнийорга-ническая жидкость в вязкостной муфте сцепления не нагреется немного. Нагревшись, кремнийорганическая жидкость перетечет в накопительную камеру, в результате чего привод разомкнется, вентилятор начнет вращаться свободно и скорость его вращения упадет.
ТЕПЛООБМЕННИК ОТОПИТЕЛЯ САЛОНА
Основная часть тепла, отводимого из двигателя системой охлаждения, рассеивается в окружающей среде. Но часть его используется отопителем салона автомобиля. Нагретая охлаждающая жидкость поступает по трубам в небольшой теплообменник отопителя салона. Ребра охлаждения этого теплообменника обдуваются воздухом, который затем поступает в салон авто-
РАБОЧАЯ КАМЕРА
ШАРИКОПОДШИПНИК
ВЕДУЩИЙ ДИСК
НАКОПИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ
БИМЕТАЛЛИЧЕСКАЯ
ПРУЖИНА
Рис. 7.37. Вид в разрезе привода термовентилятора системы охлаждения (публикуется с любезного разрешения отделения
Buick Motor Division корпорации GMC)
золотниковый диск
Рис. 7.38. Вырез в корпусе вязкостной муфты привода термовентилятора позволяет увидеть множество канавок, которые во время работы вентилятора заполнены вязкой кремнийорганической жидкостью
мобиля. В некоторых моделях автомобилей отопитель салона и система кондиционирования включены последовательно, поддерживая необходимую температуру в салоне (рис. 7.40).
198 Глава 7
Рис. 7.39. Обратите внимание на то, как вентилятор охлаждения размещен в кожухе. Вентилятор должен быть как минимум наполовину спрятан в кожухе, во избежание перегрева двигателя из-за того, что вентилятор засасывает воздух из-под капота, вместо того чтобы засасывать наружный воздух, прогоняя его через соты радиатора
а)
6)
Рис. 7.40. Во многих современных автомобилях шланги теплообменника отопителя салона подсоединяются с помощью быстроразъемных штуцеров (а). Патрубок теплообменника отопителя салона с отсоединенным шлангом. Во избежание утечек эти соединения необходимо тщательно проверить и очистить (6)
ДИАГНОСТИКА ПРИЧИН
НЕИСПРАВНОСТИ ОТОПИТЕЛЯ САЛОНА
Если отопитель салона не подает необходимое количество тепла, многие владельцы автомобилей и автомеханики, прежде чем искать какую-либо иную причину этого, сразу же заменяют термостат. Действительно, неисправность термостата является причиной того, что двигатель не достигает нормальной рабочей температуры. Но отсутствие подачи тепла отопителем салона может быть вызвано не только неисправностью термостата, но многими другими причинами. Для выявления истинной причины необходимо выполнить следующую процедуру диагностики:
Шаг 1. После того, как двигатель поработает на ходу, потрогайте верхний шланг радиатора охлаждения. Если двигатель прогревается до нормальной ра
бочей температуры, то этот шланг будет слишком горячим, чтобы вы были в состоянии удержать руку на нем. Должно чувствоваться, что шланг находится под давлением.
а. Если шланг недостаточно горячий, замените термостат.
6. Если шланг не распирает давлением, проверьте его. Замените гермопробку радиатора охлаждения, если она не держит заданное давление.
в. Если все в порядке, перейдите к шагу 2.
Шаг 2. Пощупайте оба шланга отопителя салона при работающем двигателе (отопитель салона должен быть включен на максимальный нагрев). Оба шланга должны быть настолько горячими, чтобы на них нельзя было долго держать руку. Если оба шланга теплые (но не горячие) или холодные, проверьте правильность
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 199
ОБМЕ
Причина и следствие
Распространенной причиной перегрева двигателя являет- I ся неработающий вентилятор охлаждения. В большинстве переднеприводных автомобилей и многих моделях автомобилей с задним приводом используются вентиляторы охлаждения с электромотором. Неисправность сети питания вентилятора охлаждения часто приводит к перегреву двигателя при медленном движении автомобиля в городском цикле.
Даже незначительный перегрев двигателя вызывает размягчение и разрушение резиновых вакуумных шлангов и уплотнительных прокладок. Среди уплотнительных прокладок больше всего страдают от перегрева прокладки крышек головок блока цилиндров и прокладки впускных коллекторов. Повреждение уплотнительной прокладки и/или вакуумного шланга часто заканчивается подсосом воздуха (потерей разрежения), который приводит к обеднению топливно-воздушной смеси. Обедненная смесь сгорая, создает перегрев в цилиндрах, способствуя еще большему перегреву двигателя.
Бортовой компьютер во многих случаях способен компенсировать незначительный подсос воздуха (потерю разрежения), но если утечка становится достаточно большой, это приводит к нарушению нормальной работы двигателя, особенно на холостом ходу. При достаточно большой утечке компьютер может выдать код диагностики, сигнализирующий об обедненной смеси. Если в системе самодиагностики такой код отсутствует, то может быть выдан код, сигнализирующий о том, что датчик давления во впускном коллекторе неисправен или его показания находятся за пределами допустимого диапазона.
Таким образом, зачастую типичное серьезное нарушение работы двигателя сводится к простой неисправности в системе охлаждения двигателя, которую легко устранить.
функционирования регулирующего крана отопителя салона. Если один из шлангов — горячий, а другой (обратный) всего лишь теплый или холодный, отсоедините оба шланга от теплообменника отопителя салона или от двигателя и промойте теплообменник отопителя салона струей воды из садового шланга.
СОВЕТ
Если отопитель салона то подает тепло, то не подает его, причина этого, скорее всего, связана с недостаточным уровнем охлаждающей жидкости. Обычно, когда двигатель работает на холостом ходу, поток охлаждающей жидкости через теплообменник отопителя салона оказывается достаточным для его нормальной работы. Но на более высоких оборотах возрастает поток охлаждающей жидкости, циркулирующей по каналам охлаждения головок и блока цилиндров, в результате чего поток охлаждающей жидкости, пропускаемый через теплообменник отопителя салона, становится недостаточным.
АВАРИЙНЫЙ СИГНАЛ ПЕРЕГРЕВА ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
Большинство автомобилей оснащено термодатчиком, измеряющим рабочую температуру двигателя. Если во время поездки загорается аварийный сигнал перегрева (или стрелка индикатора температуры переходит в красную зону опасного нагрева), это значит, что температура охлаждающей жидкости находится между 250°Ф и 258°Ф (между 120°С и 126°С). Эта температура все еще остается ниже температуры кипения охлаждающей жидкости (при условии, что система охлаждения и гермопробка радиатора охлаждения исправны). Если загорается сигнал перегрева охлаждающей жидкости, необходимо сделать следующее:
Шаг 1. Выключить кондиционер салона и включить отопитель салона. Это поможет быстрее отобрать у двигателя лишнее тепло. Установить вентилятор на максимальную скорость вращения.
Шаг 2. Если возможно, выключить двигатель и дать ему остыть (на это может потребоваться более часа).
Шаг 3. Ни в коем случае не пытаться снять гермопробку радиатора, пока двигатель не остынет.
Шаг 4. Если горит аварийный сигнал перегрева, продолжать поездку нельзя, в противном случае двигатель может получить серьезные повреждения.
Шаг 5. Если двигатель не пышет жаром и явно не перегрет, то, возможно, что проблема связана с неисправностью термодатчика или индикатора температуры. Тогда можно продолжить движение, но для перестраховки необходимо время от времени останавливаться, чтобы проверить, не появились ли признаки перегрева двигателя и нет ли следов утечки охлаждающей жидкости.
РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ПРИЧИНЫ ПЕРЕГРЕВА ДВИГАТЕЛЯ
• Низкий уровень охлаждающей жидкости.
• Засоренный, грязный или заблокированный радиатор.
• Неисправная муфта привода вентилятора или неисправный электрический вентилятор.
• Неправильно установленный угол опережения зажигания.
• Низкий уровень масла в системе смазки двигателя.
• Оборванный ремень привода вентилятора.
• Неисправная гермопробка радиатора.
• Заедание тормозов.
• Замерзание охлаждающей жидкости (в морозную погоду).
200 Глава 7
• Неисправный термостат.
• Неисправный водяной насос системы охлаждения (проскальзывание крыльчатки на внутреннем валу насоса).
ТЕКУЩЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
Система охлаждения, по сравнению с остальными системами автомобиля, требует к себе наименьшего внимания. Уход за системой охлаждения сводится к периодической проверке уровня охлаждающей жидкости. Необходимо также периодически осматривать двигатель на наличие следов утечек охлаждающей жидкости и проверять состояние шлангов системы охлаждения и приводных ремней вентиляторов.
ВНИМАНИЕ
Уровень охлаждающей жидкости необходимо проверять только в остывшем двигателе. Если снять гермопробку с радиатора горячего двигателя, то давление в системе охлаждения упадет, в то время как температура охлаждающей жидкости может быть в этот момент выше температуры ее кипения при нормальном атмосферном давлении. Снять гермопробку при этих условиях означает сбросить давление в системе охлаждения до атмосферного — в результате охлаждающая жидкость моментально закипит. Пары кипящей жидкости вырвутся из горловины радиатора, разбрызгиваясь во все стороны. Мало того, что часть охлаждающей жидкости будет потеряна, но нагретая до высокой температуры охлаждающая жидкость, вырвавшаяся из горловины радиатора, может привести к травмам и ожогам.
Замена охлаждающей жидкости производится периодически. Ряд производителей автомобилей рекомендуют при замене охлаждающей жидкости добавлять в нее противотечевые таблетки (рис. 7.41).
ВНИМАНИЕ
Компания General Motors рекомендует использовать эти противотечевые таблетки только в определенных моделях двигателей. В некоторых двигателях использование этих таблеток может вызвать засорение в системе охлаждения и привести к перегреву двигателя.
Рис. 7.41. Компания General Motors рекомендует добавлять эти противотечевые таблетки в систему охлаждения при замене охлаждающей жидкости в некоторых моделях двигателей, в частности восьмицилиндровых V-образных двигателях Cadillac объемом 4,1,4,5 и 4,9 литра
----------~~--------------:--“~-------• ----
Перегревается, но только на высокой скорости yTw была устранена, после того как была заменена уплотнитель**
Владелец пожаловался на то, что двигатель его автомобиля перегревается, но происходит это только тогда, когда он едет по автостраде на высокой скорости. Автомобиль был оснащен двигателем QUAD 4 компании General Motors, который при езде в городском цикле работал безупречно.
Механик промыл систему охлаждения и заменил гермопробку радиатора и водяной насос, полагая, что причиной возникновения перегрева было снижение расхода охлаждающей жидкости в системе охлаждения. В ходе дальнейшей проверки было выявлено, что при проворачивании двигателя стартером при выкрученных свечах зажигания из одного из цилиндров разбрызгивается охлаждающая жидкость. Проблема
ная прокладка головки блока цилиндров. Очевидно, что утеч- в ка, вызванная дефектом прокладки, была не настолько велика, чтобы вызвать нарушение режима работы двигателя — до тех пор, пока скорость и нагрузка на двигатель не возрастали настолько, что вызванный ими рост утечки охлаждающей жидкости и выделения тепла не приводили к стремительному нарастанию температуры.
Механик заменил также кислородный (О2) датчик, потому что в состав охлаждающей жидкости входят кремнийорганичес-кие соединения и силикаты, которые, попав на этот датчик, обычно отравляют его. Ухудшение характеристик датчика могло способствовать возникновению этой неисправности.
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 201
Компрессор системы
кондиционирования
Натяжитель ремня
Воздушный
воздуха Насос системы насос
охлаждения (водяной)
Ремень привода
Насос гидроусилителя системы рулевого управления
Г енератор переменного тока
Коленчатый вал
Рис. 7.42. В середине 1980-х годов многие производители начали использовать приводные поликлиновые ремни (ремень с продольными рубчиками V-образной формы вместо поперечных зубцов). Водяные насосы старых моделей подойдут к двигателю, но может оказаться, что вращаться они будут в направлении противоположном тому, в котором должны. Это может привести к перегреву двигателя после замены насоса. Если установить вентилятор неподходящего типа, то угол атаки его лопастей не будет соответствовать требуемому для создания необходимого потока воздуха через радиатор
Для правильной работы системы охлаждения имеет большое значение состояние и правильная установка приводного ремня (рис. 7.42 и 7.43).
Рис. 7.43. Натяжение приводного ремня оказывает определяющее влияние на режим работы водяного насоса, а также генератора переменного тока, компрессора системы кондиционирования и других агрегатов с ременным приводом. При замене ремня или регулировке его натяжения обязательно производится измерение натяжения ремня с помощью измерителя натяжения ремня, с целью проверки, что оно точно соответствует требуемому
дения и замены антифриза. Во избежание травм, вызванных попаданием горячей охлаждающей жидкости, слив отработанной охлаждающей жидкости производится из остывшего двигателя. Из радиатора охлаждения охлаждающая жидкость сливается через спускной кран, установленный в нижнем бачке радиатора, а из блока цилиндров — через дренажные отверстия в нижней части канала охлаждения, из которых выкручиваются пробки. Отработанная охлаждающая жидкость собирается в подходящий резервуар (рис. 7.44).
Не закрывая дренажных отверстий, в заливную горловину радиатора льют воду — промывка продолжается до тех пор, пока вода, сливающаяся из системы охлаждения, не станет чистой.
Необходимо знать объем системы охлаждения. Он указывается в руководстве по эксплуатации и в руководстве по техническому обслуживанию двигателя. Количество антифриза, необходимое для получения охлаждающей жидкости с требуемыми температурными характеристиками, указывается в таблице, которой снабжаются канистры с антифризом. Открывают выпускные клапаны для стравливания воздуха и заливают в систему охлаждения необходимый объем антифриза указанного типа, после чего в систему заливают воду до полного ее заполнения (рис. 7.45). Расширительный бачок системы рекуперации должен заполниться до отметки “level-cold” (уровень холодной охлаждающей жидкости) смесью воды и антифриза, составленной в надлежащей пропорции.
ПРОМЫВКА И ЗАПОЛНЕНИЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
УДАЛЕНИЕ ВОЗДУХА ИЗ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
Производители рекомендуют соблюдать устанавливаемую ими периодичность промывки системы охлаж-
После замены охлаждающей жидкости в системе охлаждения, как правило, остаются небольшие
202 Глава 7
Рис. 7.44. Чтобы тщательно очистить каналы охлаждения в блоке цилиндров, во многих сервисных центрах вынимают пробки из дренажных отверстий блока и промывают каналы охлаждения в блоке отдельно от остальной части системы охлаждения
воздушные пробки. Для того чтобы термостат открылся, необходимо основательно прогреть двигатель. Необходимо также включить отопитель салона на полную мощность.
СОВЕТ
Если не удалить из системы охлаждения воздух после замены охлаждающей жидкости, то система охлаждения не сможет нормально работать. Простой метод заключается в том, что после заполнения системы охлаждения новой охлаждающей жидкостью ослабляют гермопробку радиатора, но не полностью снимают ее, а устанавливают в первое фиксированное положение. Поездив несколько минут, проверяют уровень охлаждающей жидкости в радиаторе. При негерметично стоящей пробке давление в системе охлаждения расти не будет, а прогон двигателя в движении, под нагрузкой, обеспечит достаточно сильный напор жидкости для выталкивания всех воздушных пробок из системы охлаждения через неплотно закрытую пробку радиатора. После завершения этой процедуры радиатор доливают доверху и плотно, до упора, закрывают гермопробку. Если не удается полностью удалить воздух из системы охлаждения, это часто приводит к нарушению работы отопителя салона и может привести к перегреву двигателя.
а)
б)
Рис. 7.45. Компания DaimlerChrysler рекомендует при заполнении системы охлаждения обязательно открывать стравливающий клапан (а). Компания DaimlerChrysler рекомендует также подсоединить к стравливающему клапану чистый пластмассовый шланг (внутренним диаметром 1/4 дюйма) и свободный конец его опустить в подходящую канистру, чтобы предотвратить разбрызгивание охлаждающей жидкости на землю и на двигатель, и обеспечить возможность наблюдения за наличием остаточных пузырьков воздуха в потоке охлаждающей жидкости (6)
ШЛАНГИ
Состояние шлангов системы охлаждения определяет эффективность охлаждения двигателя. Шланги в процессе эксплуатации размягчаются или охрупчиваются, а иногда растягиваются в диаметре. Состояние шлангов
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 203
зависит от материала, из которого они изготовлены, и от условий эксплуатации двигателя. При разрыве шланга во время работы двигателя, из него полностью вытекает охлаждающая жидкость. Если шланг кажется по виду некачественным, его следует заменить.
СОВЕТ
Чтобы было легче снять шланг с горловины радиатора и не повредить при этом радиатор, разрежьте его вдоль перочинным ножом и затем просто снимите.
Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не искривить мягкий металлический патрубок радиатора на который надевается шланг. Прежде чем натягивать новый шланг, патрубок необходимо очистить. Сначала на шланг надевается хомут, затем шланг до упора натягивается на патрубок. Шланг должен быть обрезан так, чтобы хомут оказался рядом с буртиком патрубка радиатора. Это особенно важно для алюминиевых патрубков — для предотвращения коррозии. После того как шланги поставлены на место и стянуты хомутами, проверяют, что спускной кран закрыт, и только после этого заполняют систему охлаждения охлаждающей жидкостью требуемого состава.
ОЧИСТКА РАДИАТОРА ОБРАТНОЙ ПРОМЫВКОЙ
Перегрев двигателя может быть вызван снижением пропускной способности радиатора, вызванной отложениями в нем. Зачастую их можно разрыхлить обратной промывкой радиатора. Для обратной промывки необходим специальный гидрант, в котором воздух смешивается с водой. Во избежание повреждения системы охлаждения при обратной промывке используется сжатый воздух низкого давления (рис. 7.46). Разрыхленные отложения выводятся через заливное отверстие и через шланг, надетый на наконечник верхнего шланга радиатора охлаждения.
Если полностью освободить трубки сердцевины радиатора от перекрывающих их отложений путем промывки не удается, то радиатор приходится снимать и отправлять для очистки на специализированное предприятие по ремонту радиаторов.
ОЧИСТКА РАДИАТОРА СНАРУЖИ
Перегрев может быть вызван не только засорением радиатора изнутри, но и тем, что радиатор забит грязью снаружи. Соты радиатора могут быть забиты грязью и насекомыми. Проверить степень внешнего засорения радиатора легко, если посмотреть сквозь него при встречном освещении. Чаще всего засорение сот радиатора происходит в автомобилях повышенной проходимости. Радиатор обычно легко очищается снаружи струей воды из шланга. Струя воды направляется на радиатор со стороны двигателя. Вода должна свободно проходить через все соты в любом месте радиатора. Если таким способом очистить радиатор снаружи не удается, его необходимо снять и произвести очистку на специализированном предприятии по ремонту радиаторов.
Ге ~ ~ - *
! Быстрый и простои способ диагностики проблем, связанных с работой системы охлаждения
Если двигатель перегревается в режиме медленного дви- ! жения с частыми остановками, то обычно причиной этого является недостаточно мощный лоток воздуха, обдувающего радиатор. В этом случае необходимо проверить, чтобы на пути обдувающего потока воздуха не было препятствий, и. при выявлении — устранить их, а также проверить правильность работы вентилятора охлаждения. Если перегрев двигателя возникает во время движения на высокой скорости, причина этого обычно кроется в неисправности радиатора или нарушении циркуляции охлаждающей жидкости. Необходимо проверить радиатор на наличие засорений и отложений.
Рис. 7.46. Установка для обратной промывки радиатора
Отвод промывочной воды
204 Глава 7
ФОТОРЯД Проверка радиатора под давлением
Ил. 14.1. В этом автомобиле явно виден след утечки.
Проверка радиатора охлаждения под давлением позволяет легко установить точное место, откуда происходит утечка
Ил. 14.2. Дав двигателю остыть, снимают гермопробку радиатора и тщательно осматривают ее на наличие явных повреждений. Также тщательно осматривают заливную горловину радиатора и соединительный шланг, идущий к расширительному бачку системы рекуперации охлаждающей жидкости
Ил. 14.3. Необходимо также проверить сам расширительный бачок. В данном случае было обнаружено, что уровень охлаждающей жидкости в расширительном бачке ниже нормы, но в радиаторе уровень охлаждающей жидкости — нормальный
Ил. 14.4. Для подсоединения устройства проверки герметичности к заливной горловине радиатора этого автомобиля необходим переходник. С помощью ручного насоса повышают давление в системе охлаждения до тех пор, пока манометр не покажет давление, соответствующее номинальному давлению, указанному на гермопробке радиатора. Гермопробка радиатора в этом автомобиле рассчитана на номинальное давление в 1,1 бар. Поскольку один бар равен 14,7 фунта на кв. дюйм, то давление в системе охлаждения было поднято до 16 фунтов на кв. дюйм по показанию манометра
Ил. 14.5. С помощью устройства для проверки герметичности проверяется сама гермопробка — для этого устройство подсоединяется к ней через переходник и под гермопробкой создается номинальное рабочее давление. В данном случае проверка гермопробки под давлением показала, что она не держит давление — это и было причиной потери охлаждающей жидкости
Принцип работы и диагностика системы охлаждения 205
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Система охлаждения предназначена для поддержания нормальной рабочей температуры работающего двигателя.
2. Термостат регулирует температуру охлаждающей жидкости в двигателе. Он открывается при нагреве до номинальной температуры, пропуская поток охлаждающей жидкости через радиатор охлаждения.
3. Морозостойкая охлаждающая жидкость обычно представляет собой водный раствор этиленгликоля. Используются и другие составы охлаждающей жидкости — на основе пропиленгликоля и бесфос-фатные.
4. Отработанную охлаждающую жидкость необходимо сдавать на регенерацию, если это возможно.
5. Вентиляторы охлаждения предназначены для прокачивания воздуха сквозь соты радиатора с целью повышения эффективности теплоотвода за счет ускорения процесса отбора тепла из охлаждающей жидкости радиатором и рассеивания его в окружающую среду потоком воздуха.
6. Система охлаждения должна быть проверена на отсутствие утечек под рабочим давлением, которое создается с помощью ручного насоса.
7. Температура замерзания и температура кипения охлаждающей жидкости проверяются с помощью ареометра.
8. Текущее техническое обслуживание системы охлаждения обычно сводится к замене охлаждающей жидкости каждые два года или после 24 000 миль (36 000 км) пробега автомобиля.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните, почему нормальная рабочая температура охлаждающей жидкости поддерживается в диапазоне от 200°Ф до 220°Ф (от 93°С до 104°С).
2. Объясните, почему в качестве охлаждающей жидкости обычно используется смесь воды с этиленгликолем в пропорции 50/50.
3. Объясните, как поток охлаждающей жидкости циркулирует через двигатель и радиатор охлаждения.
4. Зачем в системе охлаждения создается повышенное давление?
5. Объясните, в чем заключаются различия между системами охлаждения с последовательными и параллельными каналами охлаждения.
6. Объясните назначение перепускного канала в системе охлаждения.
7. Расскажите о том, как производится слив отработанной охлаждающей жидкости, промывка и заполнение системы охлаждения.
8. Объясните, как работает терморегулируемый вентилятор охлаждения.
9. Опишите методику диагностики причин нарушения работы отопителя салона автомобиля.
10. Перечислите десять самых распространенных причин перегрева двигателя.
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. В качестве антифриза длительной эксплуатации используется главным образом.
а. Метанол.
6. Глицерин.
в. Керосин.
г. Этиленгликоль.
2. При повышении концентрации антифриза в охлаждающей жидкости.
а. Точка замерзания понижается (до определенной минимальной температуры).
б. Точка кипения повышается.
в. Теплопередача возрастает.
г. Верно все вышесказанное.
3. Теплопередача от охлаждающей жидкости в воздух выше.
а. При большой разнице температур охлаждающей жидкости и воздуха.
б. При небольшой разнице температур охлаждающей жидкости и воздуха.
в. При концентрации антифриза в охлаждающей жидкости, составляющей 95%.
г. Верны утверждения айв.
4. Водяной насос по своему типу относится к насосам вытеснительного типа.
а. Правильно.
6. Неправильно.
5. Водяные насосы.
а. Работают только на холостом ходу и низких рабочих оборотах двигателя. На высоких оборотах двигателя водяные насосы выключаются.
б. Смазываются и охлаждаются маслом, поступающим из системы смазки.
в. Вращаются почти на такой же частоте оборотов, что и двигатель.
г. Отключаются в морозную погоду во избежание повреждения радиатора охлаждения.
206 Глава 7
6. Процедура заполнения опустошенной системы охлаждения включает следующие операции
а. Определяется емкость системы охлаждения и она заполняется на половину емкости антифризом, оставшийся объем заполняется водой.
6. Система охлаждения заполняется полностью антифризом, а расширительный бачок системы рекуперации — смесью антифриза с водой в пропорции 50/50.
в. В блок цилиндров, — до полного его заполнения, и в радиатор — до половины его объема, заливается неразбавленный антифриз. Остальной объем радиатора заполняется водой.
г. Радиатор заполняется антифризом, после чего двигатель запускается, из радиатора сливается антифриз и он заполняется смесью антифриза с водой в пропорции 50/50.
ГЛАВА
Диагностика состояния
двигателя
Цель главы 8 — научить читателя:
1. Знать перечень того, что проверяется путем осмотра при диагностике состояния двигателя.
2. Разбираться в том, какие шумы могут возникать в двигателе, и каким образом они связаны с состоянием двигателя.
3. Знать методику выполнения сухого и "мокрого" теста компрессии.
4. Знать методику проверки цилиндров на утечку.
5. Уметь измерять величину провисания цепи привода механизма газораспределения.
6. Понимать, как использовать анализ образца масла из системы смазки двигателя для определения состояния двигателя.
►канцел
Чехлы удобно кре ► скрепками '
Приступая к любой работе над двигателем, нужно обя тельно закрыть крылья автомобиля защитными чехлами. Но чехлы постоянно сползают, поэтому они зачастую больше мешают, чем защищают. Для фиксации чехлов по краям крыльев большинства автомобилей очень удобны зажи-
мы для документов, которые можно купить практически в любом магазине канцтоваров (рис. 8.1). Чехол, прижатый таким зажимом по краю крыла, будет надежно держаться на нем и никогда не сползет. Это способ подходит как для
тканевых, так и для виниловых чехлов.
Нарушение нормальной работы двигателя может быть вызвано множеством причин, в том числе состоянием самого двигателя. При неудовлетворительной работе двигателя необходимо обязательно проверить, в каком состоянии он находится.
ТИПИЧНЫЕ ЖАЛОБЫ НА НАРУШЕНИЕ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ
Многие проблемы нарушения нормального режима работы двигателя вовсе не связаны с неисправностями механической части двигателя. Перед тем как приступать к проверке механической части двигателя, необходимо тщательно осмотреть и проверить систему зажигания и топливную систему.
Типичными жалобами на работу двигателя являются следующие:
Рис. 8.1. Необходимо обязательно закрывать крылья автомобиля чехлами, чтобы защитить красочное покрытие автомобиля. Чтобы чехлы не сползали, для их фиксации по краям крыльев удобно использовать зажимы для документов, которые можно купить в магазине канцтоваров
208 Глава 8
• Повышенное потребление масла.
• Перебои зажигания.
• Падение мощности.
• Появление копоти из двигателя или выхлопной трубы.
• Шум двигателя.
ДИАГНОСТИКА ПО выхлопным ГАЗАМ
Цвет выхлопных газов может служить индикатором того, какие проблемы могли возникнуть в двигателе.
Типичный цвет выхлопных газов Возможные причины
Синий Синий выхлоп указывает на то, что сгорает
масло. Масло попадает в камеру сгорания или через поршневые кольца или через направляющие втулки клапанов. Синий выхлоп, возникающий только после пуска, обычно вызван дефектными манжетами стержней клапанов.
Черный Черный выхлоп возникает при сжигании в камере сгорания избытка топлива.
Среди типичных причин — неисправный или разрегулированный карбюратор, протекающая топливная форсунка или избыточное давление, создаваемое топливным насосом.
Белый (пар) Белый выхлоп или пар из выхлопной трубы — это нормальное явление в холодную погоду. Он представляет собой пар, возникший вследствие конденсации влаги. При сжигании одного галлона бензина в любом двигателе образуется примерно один галлон воды. Однако, если из выхлопной трубы идет густой пар, это означает, что в камеру сгорания попадает вода (охлаждающая жидкость). Типичными причинами этого являются: дефектная уплотнительная прокладка головки блока цилиндров, трещина в головке блока цилиндров или в самых тяжелых случаях — трещина в самом блоке цилиндров (рис. 8.3).
ПРИМЕЧАНИЕ
Белый выхлоп также образуется при сгорании жидкости, используемой в автоматических коробках передач. Эта жидкость обычно попадает в двигатель через неисправный клапан вакуумного модулятора автоматической трансмиссии.
Рис. 8.2. Газы, прорывающиеся из цилиндров, выходят из шланга системы вентиляции картера. Через поршневые кольца в картер прорывается слишком много газов
Рис. 8.3. Белый пар из выхлопной трубы обычно является признаком пробитой (дефектной) уплотнительной прокладки головки блока цилиндров, которая не обеспечивает герметичности, в результате чего охлаждающая жидкость попадает в камеру сгорания, где превращается в пар
КТО ЛУЧШЕ САМОГО ВОДИТЕЛЯ ЗНАЕТ СВОЙ АВТОМОБИЛЬ
Водитель знает множество подробностей о своем автомобиле и особенностях его поведения. Прежде не. приступать к диагностике обязательно расспросите водителя — задайте ему следующие вопросы:
• Когда впервые возникла проблема?
• При каких условиях она возникла
1. Двигатель был холодным или горячим?
2. При разгоне, крейсерской скорости или торможении?
3. Какое расстояние проехал автомобиль перед тем как возникла проблема?
Диагностика состояния двигателя 209
После выяснения условий возникновения и масштабов проявления проблемы необходимо убедиться в том, что нарушение, на которое жалуется клиент, в действительности имеет место, и только поле этого приступать к диагностическим проверкам.
ОСМОТР
Первым и наиболее важным из “тестов”, которым подвергается двигатель, является его тщательный осмотр.
Уровень и состояние масла
Первое, что необходимо проверить, — это уровень масла и его состояние.
1. Уровень масла должен соответствовать требуемому.
2. Состояние масла проверятся следующим образом:
а. Наберите масло щупом для измерения уровня и постарайтесь его поджечь спичкой или зажигалкой. Если масло сразу же загорается, значит, в нем есть бензин.
б. Дайте капле масла стечь со щупа на горячий выпускной коллектор. Если масло пузырится или кипит, значит, в нем есть охлаждающая жидкость.
в. Проверьте масло на наличие твердых частиц загрязнений, растирая его между пальцами.
Уровень и состояние охлаждающей жидкости
Большинство проблем в механической части двигателя возникает вследствие его перегрева. Для ресурса двигателя правильное функционирование системы охлаждения имеет решающее значение.
ПРИМЕЧАНИЕ
Уровень охлаждающей жидкости проверяют только в холодном радиаторе. Если снять гермопробку с горячего радиатора, падение давления в системе охлаждения немедленно приведет к вскипанию охлаждающей жидкости. Кипящая струя охлаждающей жидкости из горловины радиатора, разлетаясь во все стороны, может привести к серьезным ожогам.
1. Уровень охлаждающей жидкости в системе рекуперации должен находиться в пределах, указанных на расширительном бачке. Если он слишком низок или бачок пуст, то необходимо проверить уровень охлаждающей жидкости в радиаторе (но только в холодном) а также проверить исправность гермопробки радиатора.
2. Необходимо измерить точку кипения и точку замерзания охлаждающей жидкости с помощью аре
ометра. Эта проверка покажет, достаточна ли концентрация антифриза в охлаждающей жидкости для обеспечения необходимой защиты двигателя.
3. Производится проверка под давлением системы охлаждения на наличие возможных утечек. Утечка охлаждающей жидкости часто проявляется в виде: а. серовато-белесого пятна;
б. пятна ржавого цвета;
в. цветных следов антифриза (обычно зеленоватого цвета).
4. Проверяется поверхность радиатора на неравномерность нагрева — таким способом выявляются засоренные участки сердцевины радиатора.
5. Проверяется функционирование и состояние муфты привода вентилятора охлаждения, самого вентилятора и приводного ремня водяного насоса системы охлаждения.
ПРИМЕЧАНИЕ
Дополнительная информация о работе системы охлаждения и диагностике связанных с нею проблем приведена в главе 7.
F-------------------------
* Что протекает?
ОБМЕ1
.................Н|
. Цвет следов утечек под автомобилем помогает определить! и устранить их причины. Некоторые течи, например конденсат (вода) из системы кондиционирования воздуха, являются следами нормальной работы системы. В то же время утечка гидротормозной жидкости — очень опасна. Ниже приведена диагностическая таблица типичных утечек:
Сажисто-черный
Желтый, зеленый, синий или оранжевый
Красный
Масло
Антифриз (охлаждающая жидкость)
Жидкость, используемая в автоматической трансмиссии
Жидкость, используемая в гидроусилителе рулевого управления, гидротормозная жидкость или очень давно не менявшийся антифриз (охлаждающая жидкость)
Конденсат (вода) из системы кондиционирования воздуха (нормальное явление)
Грязно-коричневый
Чистая вода
Проверка с помощью листка бумаги (так называемый "бумажный" тест)
У хорошо работающего двигателя выхлопные газы должны выходить из выхлопной трубы равномерным и устойчивым потоком. Поднесите листок бумаги (по
210 Глава 8
дойдет даже однодолларовая банкнота) или карточку размерами 3x5 дюймов к выхлопной трубе двигателя, работающего на холостых оборотах, и держите ее перед отверстием выхлопной трубы на расстоянии примерно одного дюйма (2,5 см) (рис. 8.4). Поток выхлопных газов должен ровно, без порывов, отклонять листок бумаги от отверстия выхлопной трубы. Если лист бумаги время от времени притягивается к отверстию выхлопной трубы, причиной этого могут быть прогоревшие клапаны в некоторых цилиндрах двигателя. Другими возможными причинами притягивания листа бумаги к отверстию выхлопной трубы могут быть следующие:
1. Пропуски зажигания из-за обедненной смеси,— такое нарушение работы возникает обычно, если двигатель холодный.
2. Пульсирующее притягивание листка бумаги к выхлопной трубе может быть вызвано образованием отверстия в системе выпуска отработавших газов. Прорыв отработавших газов через отверстие в системе выпуска может сопровождаться подсосом воздуха — в промежутках между выхлопами — из выхлопной трубы в отверстие в системе выпуска, вызывая притягивание листка бумаги к отверстию выхлопной трубы.
3. Причиной пропуска зажигания может быть неисправность системы зажигания.
Рис. 8.4. "Бумажный"тест заключается в том, что к отверстию выхлопной трубы подносится листок бумаги. Если двигатель работает нормально, то на холостых оборотах выхлопные газы идут из выхлопной трубы ровными клубами. Если листок бумаги присасывает к отверстию выхлопной трубы, то возможная причина этого — прогоревший клапан
Утечки масла
Утечки масла могут привести к серьезным повреждениям двигателя, если не восстановить нормальный уровень масла. Помимо того, что на месте стоянки автомобиля появляется лужа масла, его утечка из двигателя может сопровождаться появлением синего дыма из-под капота, вызванным попаданием капель масла на
узлы системы выпуска отработавших газов. Отыскать место, откуда происходит утечка масла, часто бывает непросто (рис. 8.5 и 8.6). Облегчить этот поиск поможет следующая методика:
Шаг 1. Очистите поверхность двигателя или участок вокруг предполагаемого места утечки. Двигатель очищается с помощью мощной струи горячей воды. Для этого также можно воспользоваться автоматической платной мойкой автомобилей. Поливайте струей со всех сторон работающий двигатель и моторное отделение. Старайтесь, чтобы вода не попадала в воздухозаборник, а также на распределитель зажигания и катушку(и) зажигания.
СОВЕТ
Если двигатель начинает работать неровно или глохнет, когда становится влажным, причиной этого могут быть дефекты или непрочная изоляция высоковольтных проводов (идущих к свечам зажигания) или крышки распределителя зажигания. Если двигатель глохнет, насухо вытрите все высоковольтные провода и крышку распределителя зажигания мягкой сухой тряпкой.
Альтернативный способ очистки заключается в разбрызгивании по поверхности двигателя средства для очистки от грязи. После этого двигатель заводят и дают ему прогреться, пока он не станет теплым. Тепло, выделяемое двигателем, помогает чистящему составу проникнуть в следы смазки и грязи. После чего двигатель и моторный отсек промывают струей воды из шланга.
Шаг 2. Если следов утечки масла не видно или если кажется, что оно вытекает “отовсюду”, припудрите поверхность порошком белого талька. След утечки масла проявится в виде темного пятна на белой поверхности талька. Об этом читайте в заметке “С помощью порошка от потливости ног” в рубрике “ОБМЕН ОПЫТОМ”
Шаг 3. Добавьте в масло флуоресцентный краситель. На пять кварт масла потребуется примерно пол-унции (15 куб.см) красителя. Заведите двигатель и дайте ему поработать минут десять, чтобы краситель равномерно разошелся по всему двигателю. После этого в ультрафиолетовых лучах осмотрите все места, подозреваемые на утечку. В ультрафиолетовых лучах все утечки масла будут ясно видны, потому что краситель при ультрафиолетовом освещении будет светиться ярким желто-зеленым светом.
ДИАГНОСТИКА ПРИЧИНЫ ШУМОВ В ДВИГАТЕЛЕ
Причину возникновения стука в двигателе часто бывает непросто выявить. Причины сильного стука двигателя могут быть разнообразными, в том числе:
Диагностика состояния двигателя 211
ОБМЕН ОПЫТОМ S
f~--------------------
С помощью порошка от потливости ног
Часто бывает непросто установить, откуда происходитутеч-ка масла или жидкости. Быстрый, простой и эффективный способ выявления источника течи заключается в следующем. Во-первых, вся поверхность очищается. Лучше всего это сделать с помощью имеющегося в продаже средства для очистки от грязи, которое наносится разбрызгиванием на очищаемую поверхность. Необходимо подождать, пока оно пропитает и растворит грязь, смешанную со смазкой и маслом, и после этого промыть очищаемую поверхность струей воды. После того как очищенная поверхность высохнет, заведите двигатель и "припудрите" его поверхность аэрозольным порошком от потливости ног или другим аэрозольным порошком. Течь проявится в виде темного пятна на белом порошке. Таким способом можно легко выявить место, откуда происходит течь.
Рис. 8.6. Следы утечки масла на передней стенке двигателя могут быть вызваны утечкой через передний сальник, через уплотнительную прокладку поддона картера или крышки цепи привода распределительного вала
Рис. 8.5. Типичная утечка через уплотнительную прокладку крышки головки блока цилиндров. Выясняя, откуда происходит утечка жидкости, обязательно проверяйте самые верхние и самые передние части участков двигателя, покрытых влагой
• Щелканье клапанов из-за недостаточной подачи смазки к толкателям клапанов. Этот стук сильнее всего заметен на холостых оборотах, когда давление в системе смазки — самое низкое (рис. 8.7).
• Ослабление затяжки болтов или гаек крепления гидротрансформатора к ведущему диску. В этом случае шум наиболее заметен на холостых оборотах или при выключенной трансмиссии.
• Треснувший ведущий диск. Шум, создаваемый треснувшим ведущим диском, часто ошибочно принимают за шум шатуна поршня или коренного подшипника (рис. 8.8 и 8.9).
• Ослабление натяжения или дефекты приводных ремней. Шлепающий звук, возникающий при ослаблении натяжения или повреждении ремня привода агрегатов двигателя, часто напоминает стук подшипника (рис. 8.10).
Рис. 8.7. Штанга толкателя насквозь протерла клапанное коромысло
212 Глава 8
Рис. 8.8. В двигателях, оснащенных автоматической трансмиссией, на стороне отбора мощности двигателя стоит обычно ведущий диск такого типа
Рис. 8.9. Треснувший ведущий диск. Шум, издаваемый им, напоминал стук неисправного подшипника нижней головки шатуна
• Стук поршневого пальца. Этот стук обычно не изменяется при отключении зажигания цилиндра. Если зазор слишком велик, то во время работы на холостом ходу слышен двойной стук. Если при поочередном заземлении свечей зажигания цилиндров стук не изменяется, его причиной может быть дефектный поршневой палец.
• Стук поршня. Стук поршня обычно возникает из-за недостаточных размеров или неправильной
Рис. 8.10. Механизм натяжения (натяжитель) ремня привода агрегатов двигателя. На большинстве натяжителей ремня стоит метка, показывающая нормальное рабочее положение ремня. Если ремень растянут, эта метка-указатель будет находиться вне помеченного на механизме натяжения диапазона нормы. При любой неисправности ремня или механизма его натяжения возникает шум
формы поршня или большего, чем необходимо диаметра расточки цилиндра. Стук поршня отчетливей всего слышен, когда двигатель холодный. По мере прогрева двигателя этот стук становится слабее и может вовсе исчезнуть, поскольку поршень в процессе работы двигателя расширяется.
• Шум, создаваемый цепью привода распределитель ного вала. При чрезмерном провисании цепи привода распределительного вала возникает сильный стук, вызванный тем, что цепь стучит об крышку цепи. Этот стук часто напоминает стук подшипника нижней головки шатуна.
• Стук тепловой заслонки. Разболтанный (изношенный) или неисправный клапан, называемый тепловой заслонкой, который находится в выпуском коллекторе двигателя, может издавать стук, напомина ющий стук подшипника. Даже тепловая заслонка с вакуумным мембранным приводом (называемая также клапаном системы опережающего испарения топлива (early fuel evaporation — EFE)) может сту-
Диагностика состояния двигателя 213
чать, особенно под нагрузкой, в результате небольших колебаний давления на диафрагме привода. Для того чтобы исключить тепловую заслонку из числа возможных источников стука, отсоедините вакуумный шланг от ее привода или помешайте термостатическому клапану двигаться с помощью проволочки или другим удобным способом.
• Шум подшипника нижней головки шатуна. Шум, издаваемый неисправным подшипником нижней головки шатуна, обычно зависит от нагрузки на шатун и его громкость изменяется при увеличении и уменьшении нагрузки на двигатель. Какой подшипник поврежден, часто удается определить, поочередного заземляя свечи зажигания цилиндров. Если при заземлении свечи зажигания одного из цилиндров стук ослабевает или исчезает, то источник этого стука находится именно в этом цилиндре.
• Стук коренного подшипника. Стук коренного подшипника часто не удается “привязать” к определенному цилиндру. Этот шум может изменяться по
громкости, а временами и вовсе исчезать, — в зависимости от нагрузки на двигатель (рис. 8.11).
При возникновении громкого стука, — независимо от того, какой характер он имеет, — после того, как возможные внешние причины его возникновения исключены, двигатель необходимо разобрать и тщательно осмотреть, чтобы точно установить истинную причину этого шума.
ОБМЕН ОПЫ'
Во что обходится шум двигателя
Часто в двигателе слышен тихий, тикающий звук с частотой вдвое ниже частоты оборотов. Так стучит клапанный механизм двигателя, и этот звук представляет собой не настолько серьезную проблему, как сильный стук, возникший в двигателе. Как правило, чем сильнее посторонний звук в двигателе, тем дороже обойдется владельцу его ремонт. Тихое "тиканье", хотя и оно часто стоит недешево, ни в какое сравнение не идет с ценой, в которую обходится громкий стук двигателя.
Типичный характер шума Возможная причина
Щелчки, напоминающие щелканье колпачка шариковой ручки 1. Болтающаяся свеча зажигания 2. Неплотно прикрученные ai регаты двигателя (компрессор системы кондиционирования воздуха, генератор переменного тока, насос гидроусилителя рулевою управления и т.д.) 3. Болтающееся клапанное коромысло 4. Изношенная шарнирная стоика клапанного коромысла 5. Топливный насос (лопнувшая возвратная пружина в механическом топливном насосе) 6. Изношенный распределительный вал 7. Утечка в системе выпуска отработавших газов 8. Хлопки (детонация)
Металлический лязг 1. Изношенный поршневой палец 2. Лопнувший поршень 3. Чрезмерный тепловой зазор в клапанном механизме 4. Стук цепи привода распределительного вала об крышку
Стук, напоминающий стук в дверь 1. Подшипник(и) нижней головки шатуна 2. Коренной(ые) подшипник(и) 3. Упорный(е) подшипник(и) 4. Неплотно прикрученный гидротрансформатор 5. Треснувший ведущий диск
Звук, напоминающий грохот детской погремушки 1. Тепловая заслонка 2. Лопнувший гаситель колебаний 3. Неплотно прикрученные агрегаты двигателя 4. Болтающийся ремень привода агрегатов или механизм натяжения ремня
Цокающий звук, напоминающий цокот друг об друга мраморных шариков Завывающий звук электромотора 1. Подшипники нижней головки шатуна 2. Поршневой палец 3. Ненатянутая цепь привода распределительного вала 1. Подшипник генератора переменного тока 2. Приводной ремень 3. Рулевое управление с гидроусилителем 4. Шум, создаваемый ремнем (привода агрегатов или привода распределительного вала)
Звук глухого удара, напоминающий звук при закрывании двери 1. Подвеска двигателя 2. Универсальный шарнир карданного вала ведущего моста или шарнир равных угловых скоростей
214 Плавав
Рис. 8.11. Типичный износ поликлинового приводного ремня. Поврежденный или изношенный ремень может создавать разнообразные шумы, в том числе визг и сильный стук, напоминающий стук, издаваемый засаленным или разболтанным коренным подшипником
ПРОВЕРКА ДАВЛЕНИЯ МАСЛА
Для нормальной работы двигателя очень важное значение имеет надлежащее давление масла. Низкое давление масла приводит к износу двигателя, а износ двигателя приводит к еще большему снижению давления масла.
При износе коренных и шатунных подшипников давление масла снижается из-за утечки через зазоры в них. В главе 3 подробно описаны устройство и работа масляного насоса и системы смазки. Проверка давления масла осуществляется обычно по следующей методике:
Шаг 1. Двигатель прогревают на ходу до нормальной рабочей температуры.
Шаг 2. После этого двигатель выключают и вынимают из маслопровода датчик давления масла — обычно он стоит рядом с масляным фильтром. Вкручивают в посадочное гнездо датчика давления масла масляный манометр (рис. 8.12).
СОВЕТ
В качестве масляного манометра можно использовать другой манометр, например, манометр из системы кондиционирования воздуха, отслужившей свое, присоединив к нему гибкий шланг, используемый в тормозной системе. Резьба на штуцере шланга обычно совпадает с резьбой в резьбовом гнезде датчика давления масла.
Шаг 3. Заводят двигатель и следят за показаниями манометра. Регистрируют показания манометра на оборотах холостого хода и на 2500 оборотах в минуту.
Согласно техническим требованиям большинства производителей, минимальное давление масла долж-
Рис. 8.12. Чтобы измерить давление масла, выньте из маслопровода датчик давления масла — он обычно стоит рядом с масляным фильтром. Вкрутите в посадочное гнездо датчика манометр
но составлять 10 фунтов/кв. дюйм на каждую тысячу оборотов в минуту. Таким образом на 2500 оборотах в минуту давление масла должно быть не ниже 25 фунтов/кв. дюйм. Обязательно сверьте измеренные данные с номинальным давлением масла, установленным производителем.
Низкое давление масла, помимо износа подшипников, может быть вызвано следующими причинами:
• Низким уровнем масла.
• Разжижением масла.
• Застреванием клапана сброса давления.
ЛАМПОЧКА АВАРИЙНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ПАДЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ МАСЛА
Красная лампочка аварийной сигнализации падения давления масла, стоящая на приборной панели автомобиля, загорается, когда давление масла падает ниже определенного уровня — обычно от 4 до 7 фунтов/кв. дюйм, в зависимости от модели автомобиля и двигателя. Недопустимо продолжать движение, если горит этот сигнал. Если только загорается сигнал
Диагностика состояния двигателя 215
Г------------------— -----7— --------—
Начинать всегда нужно с проверки самых простых вещей
^Проверка двигателя производится для того, чтобы най-~ти причину проблемы, возникшей в нем. Начинать всегда {
нужно с проверки самых простых вещей. -
(Стук болтающегося приводного ремня генератора или ^открутившихся болтов крепления гидротрансформатора > может напоминать стук неисправного толкателя клапана
; или подшипника шатуна. Незакрученная свеча зажигания может привести к тому, что двигатель будет шуметь так, как
^будто в нем прогорел клапан. Простые причины могут со- ' I здать серьезные проблемы, например: •*.
- Сгорание масла может быть вызвано:
Р • низким уровнем масла;
‘ • разжижением масла из-за протекающего топливного насоса (бензин, попав в масло, снижает его вязкость);
г • засорением клапана или каналов системы
с принудительной вентиляции картера, которое приводит
г к попаданию прорывающихся из цилиндров в картер газов и масла в систему фильтрации воздуха;
• грязным маслом, которое давно не заменялось. (В этом случае замените масло и, проехав примерно 1000 миль (1600 км), еще раз замените масло и масляный фильтр).
Шумы могут быть вызваны: » .<
• незатянутыми болтами (или гайками) крепления гидротрансформатора к ведущему диску, в результате чего возникает громкий стук;
СОВЕТ
Часто шум, вызванный этой причиной, возникает только на холостых оборотах и исчезает во время движения или когда двигатель нагружен.
• неисправностью топливного насоса, — в этом случае может появиться тикающий звук, напоминающий шум толкателя (может не влиять на работу насоса, если неисправность сводится к поломке возвратной пружины рычага подкачки). (Локализуйте местоположение источника шума с помощью стетоскопа);
• Слабым натяжением или/или повреждением приводного ремня — в этом случае шум может напоминать стук шатунного или коренного подшипника. (Болтающаяся или лопнувшая опора генератора, насоса гидроусилителя системы рулевого управления или компрессора системы кондиционирования воздуха также издает стук).
падения давления масла, необходимо немедленно остановиться. Прежде чем приступать к ремонту двигателя, необходимо обязательно проверить давление масла с помощью механического манометра — ведь неисправными могут оказаться датчик давления масла или электросхема.
АНАЛИЗ МАСЛА
В большинстве крупных автопарков и транспортных компаний анализ масла является стандартной частью программы профилактического технического обслуживания. Из картера автомобиля берется образец масла и отправляется на анализ в местную или региональную лабораторию. Результаты анализа позволяют выявить проблемы, зреющие в механической конструкции двигателя задолго до того, как появятся какие либо иные их признаки. Анализ масла “спас” множество двигателей. Двигатель можно разобрать и устранить нарушения, выявленные по анализу масла, прежде чем он выйдет из строя всерьез и надолго. Некоторыми грузовыми и пассажирскими транспортными компаниями анализ масла используется не только для раннего обнаружения нарушений в режиме работы автомобиля, но также и для контроля максимально допустимого интервала между заменами масла. Лаборатории, выполняющие анализ масла, можно найти во многих крупных городах — полистайте “Желтые страницы” в разделе “лаборатории” или “испытательные лаборатории” (рис. 8.13).
Рис. 8.13. В продаже имеются наборы для проведения анализа масла. В цену такого набора входит емкость для пробы, почтовый адрес, по которому необходимо отослать пробу на анализ, и стоимость проведения анализа
216 Глава 8
КАК БЕРЕТСЯ ПРОБА МАСЛА
Чтобы результаты анализа были как можно белее точными, пробу масла необходимо брать из теплого двигателя.
Рекомендуется следующая методика взятия пробы масла: открыть дренажное отверстие и начать сливать масло обычным способом. Чтобы в пробу масла не попал осадок, накопившийся на дне масляного поддона, следует набирать ее не сразу, а дать маслу стечь в течение нескольких секунд и только после этого подставлять под струю масла емкость для пробы. Альтернативный метод заключается в отсасывании масла сифоном из картера через маслозаливную горловину или вентиляционные каналы картера. Для лабораторной проверки достаточно будет четырех унций (120 куб. см. масла).
АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ АНАЛИЗА
Результаты анализа масла, полученные из испытательной лаборатории, необходимо тщательно проанализировать, чтобы выяснить, нужно ли предпринимать какие-то меры в отношении двигателя, или результаты являются нормальными, с учетом наработки и пробега двигателя и условий его эксплуатации. Хотя иногда лаборатории дают пояснения к результатам анализа, многие из них присылают результаты заказчикам, не давая никаких пояснений. Большинство испытательных лабораторий требуют прилагать к пробе масла следующую дополнительную информацию, облегчающую им и заказчику оценку результатов анализа:
1. Общий пробег автомобиля в милях (километрах).
2. Пробег после последней замены масла (продолжительность эксплуатации масла в милях).
3. Характеристики двигателя (бензиновый, дизельный и т.д.).
4. Исходная вязкость масла.
Ниже приводится описание параметров, по которым проводится стандартный анализ масла, и дается краткое объяснение того, что означают те или иные результаты анализа.
Повышение вязкости
Если вязкость масла оказывается выше первоначальной вязкости данного сорта масла (масло стало гуще), это обычно означает, что произошло окисление масла. Чрезмерное окисление масла может быть вызвано следующими причинами:
• Перегрев, вызванный недостаточной эффективностью теплоотвода, осуществляемого системой охлаждения.
• Аэрация (насыщение масла воздухом) из-за перемешивания масла движущимися деталями двигателя (такое обычно происходит в случае, когда уровень масла ниже установленного).
• Наличие мелких частиц металла, которые обычно попадают в масло в процессе износа двигателя. (Эти частицы металла действуют как катализатор, ускоряя химическую реакцию соединения кислорода с маслом, в результате которой происходит загустевание масла).
В результате окисления масла происходит образование осадка, смол, олиф, лакообразного и коксообразного нагара и кислот. Максимально допустимая вязкость масла обычно устанавливается на 30% выше исходной. Если вязкость пробы масла более чем на 30% превышает исходную вязкость, необходимо тщательно проверить систему охлаждения двигателя. При необходимости следует принять меры по восстановлению нормального режима работы двигателя и заменить масло и масляный фильтр. Необходимо тщательно проследить за режимом работы двигателя и автомобиля, чтобы гарантированно устранить интенсивное окисление масла в последующей эксплуатации.
Снижение вязкости
Большинство испытательных лабораторий рассматривают снижение вязкости масла (масло становится более жидким), как результат разжижения масла попавшим в него топливом. Общепринятым является предел максимально допустимого разжижения масла топливом, составляющий 3% по объему. Разжижение масла топливом приводит к повышению текучести масла и ускоренному износу двигателя. Высокая степень разжижения масла топливом может быть вызвана следующими причинами:
• Эксплуатация автомобиля в режиме коротких поездок (особенно в холодную погоду).
• Неисправность термостата (застревание клапана в открытом состоянии), в результате чего двигатель не может достичь нормальной рабочей температуры.
• Неисправность воздушной заслонки карбюратора или датчика температуры охлаждающей жидкости.
• Засорен ие перехода систем ы вы пуска отработавш их газов, проходящего под впускным коллектором.
• Неисправность тепловой заслонки или ее следящего привода, влияющая на температуру всасываемого воздуха.
• Неисправность поплавковой системы и системы компенсации состава смеси карбюратора или неисправность топливной форсунки.
Диагностика состояния двигателя 217
• Засорение воздушного фильтра или перекрытый воздухозаборник.
Влагосодержание
Загрязнение масла влагой (водой) приводит к ухудшению качества смазывания и образованию шлама. Нормальным считается содержание влаги, не превышающее 0,05%. Если этот показатель превышает 2%, то большинством испытательных лабораторий он квалифицируется как чрезмерно высокий.
Высокий уровень влаги в масле может быть вызван следующими причинами:
• Протекание уплотнительной прокладки головки блока цилиндров.
• Трещина в блоке цилиндров.
• Трещина в головке блока цилиндров.
• Засорение клапана и/или шлангов системы принудительной вентиляции картера.
• Нефункционирующий сапун картера.
• Эксплуатация автомобиля в режиме коротких поездок.
• Увеличенные интервалы между заменами масла.
Антифриз
Попадание в масло антифриза (этиленгликоля) вызывает коагуляцию (застывание) масла. Если масло коагулирует, то оно становится слишком густым и теряет текучесть и смазывающую способность. Возможными причинами попадания антифриза в масло являются следующие:
• Трещина в головке блока цилиндров.
• Протекающая уплотнительная прокладка головки блока цилиндров.
• Трещина в блоке цилиндров.
• Умышленное добавление антифриза с целью порчи двигателя.
Железо
Железо (Fe) — это основной металл, подвергающийся изнашиванию в двигателе. Практически в любой пробе масла будет обнаружено наличие железа, попадающего в результате нормального износа. Концентрация железа измеряется количеством его частиц на миллион частиц анализируемой пробы (промиль).
• Нормальное содержание частиц железа: от 50 до 250 промиль.
• Повышенное содержание частиц железа: от 250 до 350 промиль.
• Чрезмерно высокое содержание частиц железа: свыше 350 промиль.
Железо попадает в масло в результате износа и ржавления:
• клапанных коромысел или шарнирных осей коромысел;
• цилиндров или гильз цилиндров;
• распределительного вала;
• направляющих втулок клапанов;
• звездочек и/или цепи привода;
• коленчатого вала;
• поршневых колец;
• масляного насоса;
• толкателей клапанов;
• коромысла и шарнирной опоры коромысла привода топливного насоса.
Алюминий
Алюминий (А1) также подвергается изнашиванию в двигателе и его содержание в масле также измеряется количеством частиц на миллион частиц анализируемой пробы (промиль).
• Нормальное содержание частиц алюминия: от 5 до 25 промиль.
• Повышенное содержание частиц алюминия: 30 промиль.
• Чрезмерно высокое содержание частиц алюминия: свыше 40 промиль.
Алюминий попадает в масло в результате износа:
• поршней;
• коренных и шатунных подшипников;
• подшипников распределительного вала;
• топливного насоса.
Медь
Медь (Си) — еще один металл, подвергающийся изнашиванию в двигателе.
• Нормальное содержание частиц меди: от 5 до 25 промиль.
• Повышенное содержание частиц меди: 100 промиль.
• Чрезмерно высокое содержание частиц меди: свыше 300 промиль.
Медь попадает в масло в результате износа:
• подшипников;
• втулок (распределителя зажигания, топливного насоса и масляного насоса).
• подшипников распределительного вала;
• топливного насоса.
218 Плавав
Олово
В масле могут быть обнаружены частицы олова (Sn).
• Нормальное содержание частиц олова: от 0 до 1 промиль.
• Повышенное содержание частиц олова: от 5 до 10 промиль.
• Чрезмерно высокое содержание частиц олова: свыше 15 промиль.
Источниками олова в масле являются:
• покрытие поршней;
• подшипники.
Обычно частицы олова оказываются в масле в результате износа покрытия поршней, которое, как правило, наносится на алюминиевые поршни, но олово может попадать также и из подшипников.
Хром
В масле могут быть обнаружены также частицы износа хрома (Сг). Причиной попадания в масло частиц хрома является почти исключительно износ хромированных поршневых колец. В пробе масла, взятой из двигателя, в котором стоят нехромированные поршневые кольца, не будет обнаружено хрома. В большинстве дизельных двигателей большой мощности используются хромированные поршневые кольца и содержание частиц износа хрома в пробе масла является индикатором степени их износа.
• Нормальное содержание частиц хрома: от 5 до 25 промиль.
• Повышенное содержание частиц хрома: 30 промиль.
• Чрезмерно высокое содержание частиц хрома: 40 промиль.
Кремний
Кремний, попавший в масло, — это, главным образом грязь и песок. Кремний — это самый распространенный на Земле химический элемент. Земная кора более чем на четверть состоит из кремния. Слово silicon (кремний) часто путают со словом silicone (силикон). (Силикон — это термин, охватывающий большую группу химических соединений, в то время как кремний — это химический элемент, который вводят в органический состав, замещая им углерод, с целью повышения стабильности и стойкости химического состава к высоким температурам. Таким образом, силиконами (silicone — с буквой е в конце слова) являются различные масла, смазки, резины и синтетический каучук).
• Нормальное содержание частиц кремния: от 5 до 25 промиль.
• Повышенное содержание частиц кремния: 30 промиль.
• Чрезмерно высокое содержание частиц кремния: 40 промиль.
ПРОВЕРКА КОМПРЕССИИ В ДВИГАТЕЛЕ
Проверка истинной степени сжатия (компрессии) в двигателе является одной из основополагающих диагностических проверок. Чтобы двигатель работал ровно, компрессия во всех цилиндрах должны быть одинаковой. Потеря компрессии может возникнуть вследствие возникновения утечки воздуха в любом из трех указанных мест двигателя:
• Впускной или выпускной клапан.
• Поршневые кольца (или поршень, если в нем образовалось отверстие).
• Уплотнительная прокладка головки блока цилиндров.
Для получения максимально точных результатов испытаний перед их началом необходимо прогреть двигатель до нормальной рабочей температуры.
Чтобы правильно выполнить проверку, следуйте методике проверки компрессии, приведенной ниже.
Шаг 1. Из всех цилиндров вынимают свечи зажигания. Это обеспечивает возможность равномерного вращения двигателя с помощью стартера. Обязательно необходимо промаркировать все высоковольтные провода.
ВНИМАНИЕ
Отключите систему зажигания — для этого отсоедините провода первичной цепи от катушки зажигания или блока зажигания или заземлите вывод катушки зажигания, отсоединив его от центральной клеммы распределителя зажигания. Кроме того, отключите систему впрыска топлива во избежание впрыскивания топлива в цилиндры проверяемого двигателя.
Шаг 2. Блокируют дроссельную заслонку и воздушную заслонку карбюратора (если они имеются) в полностью открытом положении. Это обеспечивает максимальный впуск воздуха в двигатель. Эта мера также обеспечивает получение устойчивых результатов измерений.
Шаг 3. Вкручивают компрессометр в гнездо свечи зажигания одного из цилиндров и проворачивают двигатель (рис. 8.14). Двигатель проворачивают до тех пор, пока проверяемый цилиндр не пройдет четыре такта сжатия. В каждом такте сжатия раздается “хлопок”.
Шаг 4. Сравните наивысшие показания компрессо-метра, полученные для всех цилиндров. Большинством
Диагностика состояния двигателя 219
СОВЕТ
Заметьте показание компрессометра после первого хлопка. Оно должно быть не меньше половины последнего, наивысшего, показания. Например, если последнее, наивысшее показание составляет 150 фунтов/кв. дюйм, то показание после первого хлопка воздуха должно быть не ниже 75 фунтов/кв. дюйм. Низкое показание компрессометра после первого хлопка указывает на возможную утечку через поршень. Сбросьте давление с компрессометра и повторите процедуру измерений на остальных цилиндрах.
ПРИМЕЧАНИЕ
Во время проворачивания двигателя масляный насос не обеспечивает нормального давления масла. Продолжительное проворачивание двигателя, которое приходится делать в процессе проверки компрессии, может привести к опусканию гидравлических толкателей. При запуске двигателя после завершения проверки может появиться громкое щелканье клапанов. Это нормальное явление, которое является последствием проверки компрессии, и это шум исчезнет после того, двигатель немного поработает на ходу.
производителей автомобилей регламентируется минимально допустимая компрессия и максимально допустимый ее разброс между цилиндрами. Максимально допустимый разброс между максимальным и минимальным измеренными показаниями устанавливается, как правило, равным 20%. Например:
Если максимальное показание
составляет 150 фунтов/кв. дюйм
Вычитаем из него 20% -30 фунтов/кв. дюйм
Минимально допустимая
компрессия составляет 120 фунтов/кв. дюйм
СОВЕТ
Чтобы облегчить расчет, возьмите 10% от 150 — это составит 15 (передвиньте точку, отделяющую целую часть числа от дробной, на один разряд влево). Теперь удвойте полученное значение: 15 х 2 = 30. Это и есть величина, составляющая 20%.
"МОКРАЯ" ПРОВЕРКА КОМПРЕССИИ В ДВИГАТЕЛЕ
Если результаты проверки компрессии в двигателе показывают низкую компрессию в одном или нескольких цилиндрах, впрысните три порции масла из ручной масленки с насосиком в такой цилиндр и повторно проверьте его. Проверка компрессии, при которой для повышения уплотнения, создаваемого поршневыми кольцами, в цилиндр впрыскивается масло, называется “мокрой” проверкой.
ВНИМАНИЕ
Не впрыскивайте больше трех порций масла из ручной масленки. При слишком обильном смазывании возникает опасность образования гидростатической пробки, которая может привести к повреждению или поломке поршней или шатунов, или даже к образованию трещины в головке блока цилиндров.
Рис. 8.14. Проверка компрессии в одном из цилиндров восьмицилиндрового V-образного двигателя с помощью стандартного компрессометра. Для получения максимально точных результатов при выполнении такой проверки необходимо вынуть свечи зажигания из всех цилиндров, чтобы обеспечить равномерную скорость вращения двигателя
ОБМЕН ОП
- «— --------------------------Ч
г Вкручивайте свечу зажигания с помощью шланга я г Вкрутить свечу зажигания в резьбовое гнездо будет легче, J если надеть на ее конец отрезок резинового шланга. Это I может быть кусочек вакуумного или топливного шлан- I га, или даже старый колпачок высоковольтного провода (рис. 8.15). С помощью шланга станет легче наживлять свечу в резьбовое гнездо в головке блока цилиндров. Наживив свечу в резьбовом гнезде, сделайте еще несколько оборотов, прежде чем снимать шланг. При использовании шланга в качестве инструмента вращения свечи зажигания не произойдет ее перекоса в резьбовом гнезде — это особенно опасно при вкручивании свечи зажигания в алюминиевую головку блока цилиндров.
Повторите проверку компрессии в “подозрительном” цилиндре и сравните полученные результаты. Если показание компрессометра после первого хлопка воздуха резко возросло и полученные результаты стали намного выше, чем при проверке без использования масла, причиной этого является износ или
220 Глава 8
Рис. 8.15. Наденьте на свечу зажигания кусок вакуумного или топливного шланга и с его помощью наживляйте ее в резьбовом гнезде головки блока цилиндров. Этот способ предохранит от опасности перекоса свечи при ее вкручивании
Рис. 8.16. Сильно прогоревший выпускной клапан. Проверка компрессии в этом цилиндре позволила бы выявить эту проблему, а для точной диагностики этой проблемы можно было бы использовать проверку цилиндра на утечку
повреждение поршневых колец. Если показания возросли, но ненамного (или вовсе не изменились), то причиной низкой степени сжатия оказываются обычно неисправные клапаны (рис. 8.16).
ПРОВЕРКА КОМПРЕССИИ В ДВИГАТЕЛЕ НА РАБОЧЕМ ХОДУ
Проверка компрессии широко используется для определения состояния двигателя. Эта проверка обычно выполняется при проворачивании неработающего двигателя с помощью стартера.
Ну а какой должна быть скорость проворачивания двигателя? На холостом ходу двигатель работает на скорости от 600 до 900 оборотов в минуту, но стартер, очевидно, не в состоянии проворачивать двигатель с такой скоростью. В технических требованиях большинства производителей указывается, что стартер должен проворачивать двигатель со скоростью от 80 до 250 оборотов в минуту. Таким образом, проверка компрессии в двигателе, проворачиваемом с помощью стартера, позволяет определить состояние двигателя в режиме, в котором двигатель никогда не работает.
А какой же будет компрессия в работающем двигателе? Может показаться, что она должна стать значительно выше, из-за того, что перекрытие клапанов, создаваемое распределительным валом, становится более эффективным с повышением скорости работы двигателя, что должно привести к повышению компрессии.
Но в действительности, давление сжатой смеси, создаваемое в двигателе, работающем в нормальном режиме, будет намного ниже давления, создаваемого при проворачивании двигателя с помощью стартера. Это определяется объемным кпд. Двигатель вращается быстрее, следовательно, на заполнение камеры сгорания рабочей смесью отводится меньше времени. Поскольку сжимается меньшее количество газа, давление сжатого газа становится меньше. Как правило, чем выше скорость работы двигателя, тем меньше рабочая компрессия. У большинства двигателей давление смеси в такте сжатия находится в следующих пределах:
• Компрессия при проворачивании стартером
• Компрессия на оборотах холостого хода
• Компрессия на скорости 2000 оборотов в минуту
от 125 до 160 фунтов/кв. дюйм
от 60 до 90 фунтов/кв. дюйм
от 30 до 60 фунтов/кв. дюйм
Величина рабочей компрессии, как и величина компрессии при вращении двигателя стартером, у всех цилиндров двигателя должна быть одинаковой. Таким образом, для диагностики состояния двигателя более информативным является не величина компрессии цилиндра, а разброс величин рабочей компрессии между цилиндрами. Лопнувшие пружины клапанов,
Диагностика состояния двигателя 221
изношенные направляющие втулки клапанов, искривленные штанги толкателей клапанов и изношенные кулачки распределительного вала — вот те проблемы, на которые указывает низкая величина рабочей компрессии в одном или нескольких цилиндрах, измеренная на низких оборотах двигателя.
Методика проверки рабочей компрессии
При измерении рабочей компрессии свечи зажигания вынимаются из цилиндров двигателя поочередно. Вынув свечу, посадите ее высоковольтный провод на массу, соединив с помощью проводниковой перемычки с мощной земляной клеммой в двигателе во избежание повреждения катушки зажигания. Заведите двигатель, нажмите кнопку сброса на компрессомет-ре и прочитайте показание индикатора. Увеличьте скорость вращения двигателя до 2000 оборотов в минуту и снова нажмите кнопку сброса на компрессо-метре. Прочитайте новое показание на индикаторе. Остановите двигатель, перейдите к следующему цилиндру и повторите вышеописанную процедуру. И так до тех пор, пока не проверите все цилиндры. Точно так же, как и проверка компрессии при вращении двигателя стартером, проверка рабочей компрессии необходима специалисту по ремонту для получения сравнительных данных о компрессии во всех цилиндрах двигателя.
ПРОВЕРКА ЦИЛИНДРОВ НА УТЕЧКУ
Одним из наилучших тестов, который может быть использован для определения состояния двигателя, является проверка цилиндров на утечку. Эта проверка заключается в том, что в цилиндры поочередно подается под давлением воздух. Скорость утечки и места, через которые она происходит, дают техническому специалисту информацию о состоянии двигателя. Сжатый воздух подается в цилиндр от измерителя утечки через резьбовое гнездо свечи зажигания (рис. 8.17 и 8.18).
Шаг 1. Для повышения точности проверки двигатель должен быть прогрет до нормальной рабочей температуры (верхний шланг радиатора должен быть на ощупь горячим и надутым).
Шаг 2. Поршень в проверяемом цилиндре должен стоять в верхней мертвой точке (ВМТ) такта сжатия.
ПРИМЕЧАНИЕ
Верхняя часть цилиндра подвергается максимальному износу, потому что максимальный нагрев цилиндра происходит в этом месте. Упругость поршневых колец также способствует ускоренному износу цилиндра в верхней части.
ШагЗ. Производится калибровка измерителя утечки цилиндра в соответствии с инструкцией производителя.
Шаг 4. Воздух нагнетается в цилиндры поочередно, в последовательности работы цилиндров. При этом двигатель проворачивается так, чтобы в проверяемом цилиндре поршень оказывался в верхней мертвой точке (ВМТ) такта сжатия.
Шаг 5. Оцениваются результаты измерений:
Утечка меньше 10%: хорошо.
Утечка меньше 20%: допустимо.
Утечка меньше 30%: плохо.
Утечка больше 30%: явная проблема.
Рис. 8.17. Типичный измеритель утечки цилиндра. Индикатор манометра показывает непосредственно процент утечки воздуха из цилиндра. Если двигатель находится в хорошем состоянии, то утечка воздуха, закачиваемого в цилиндр, не должна превышать 20%
222 Глава 8
СОВЕТ
Если измеренная утечка оказывается неприемлемо высокой, повторите проверку еще раз, убедившись при этом, что выполняете проверку правильно и что поршень в проверяемом цилиндре действительно находится в верхней мертвой точке такта сжатия.
поочередно отключают зажигание во всех цилиндрах. Если при отключении зажигания в каком-то из цилиндров сопровождаемое этим снижение скорости вращения двигателя оказывается заметно меньшим, чем в остальных цилиндрах, то этот цилиндр, безусловно, по вырабатываемой мощности уступает остальным. Например:
Рис. 8.18. Ручной малогабаритный измеритель утечки цилиндра. Такие сравнительно недорогие устройства можно приобрести практически в любом магазине автозапчастей или у разъездных торговцев инструментом, которые объезжают дилерскую сеть и центры автосервиса
Номер цилиндра Снижение частоты оборотов двигателя при отключении зажигания в цилиндре, оборотов в минуту
1 75
2 70
3 15
4 65
5 75
6 70
Цилиндр №3 — потеря мощности.
ПРИМЕЧАНИЕ
В испытательном оборудовании для диагностики автомобилей используются автоматические средства измерения баланса мощности цилиндров. Необходимо правильно идентифицировать дефектный цилиндр, выявленный в процессе автоматической диагностики. Цилиндр, указанный под номером три в результатах автоматической проверки, может быть на самом деле не цилиндром №3, а третьим в порядке очередности работы цилиндров.
Шаг 6. Проверяются возможные причины утечки воздуха.
а. Если слышно, как воздух выходит через пробку маслозаливной горловины, — изношены или повреждены поршневые кольца.
б. Если пузырьки воздуха выходят из радиатора, — возможно, пробита уплотнительная прокладка головки блока цилиндров или в головке блока цилиндров имеется трещина.
в. Если слышна утечка воздуха из карбюратора, или, в двигателях, оснащенных системой впрыска топлива, — из воздухозаборника, это свидетельствует о неисправности впускного(ых) клапана(ов).
г. Если слышно, как воздух выходит из выхлопной трубы, — это означает неисправность выпускного(ых) клапана(ов).
ПРОВЕРКА БАЛАНСА МОЩНОСТИ ЦИЛИНДРОВ
В большинстве анализаторов мощных двигателей предусмотрена такая проверка как измерение баланса мощности цилиндров. Цель измерения баланса цилиндров по мощности — проверить, все ли цилиндры вырабатывают одинаковую мощность. Для этого
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ПРОВЕРКЕ БАЛАНСА МОЩНОСТИ ЦИЛИНДРОВ
Когда во всех автомобилях использовалось классическая электромеханическая система зажигания, для того чтобы установить, какой из цилиндров потерял мощность, обычно делали просто: следя за показаниями тахометра и вакуумметра поочередно снимали наконечники высоковольтных проводов со свечей зажигания. Такая методика проверки не подходит для автомобилей, оснащенных электронной системой зажигания любого типа. Если в этом случае отсоединить высоковольтный провод от свечи зажигания в работающем двигателе, электронная система будет повышать напряжение на катушке зажигания, пытаясь пробить зазор, увеличившийся в результате отсоединения высоковольтного провода. Такое высокое напряжение может легко пробить катушку зажигания или привести к выходу из строя модуля электронного управления или даже полностью вывести из строя систему зажигания.
Методом отключения зажигания цилиндров, который подходит для систем зажигания любого типа, в том числе бесконтактных, является заземление вторичной
Диагностика состояния двигателя 223
Рис. 8.19. С помощью вакуумного шланга и индикаторной лампочки-пробника производится поочередное заземление высоковольтных проводов цилиндров двигателя, оснащенного бесконтактной системой зажигания. Этот способ подходит для любых систем зажигания и позволяет поочередно отключать зажигание в цилиндрах, не опасаясь повреждения каких-либо компонентов системы
цепи зажигания на сам цилиндр (рис. 8.19). Тот из цилиндров, при отключении зажигания которого падение частоты вращения двигателя оказывается наименьшим, не вырабатывает положенную мощность.
ПРОВЕРКА РАЗРЕЖЕНИЯ
Разрежение означает снижение давления газа ниже атмосферного, — оно измеряется в дюймах (или миллиметрах) ртутного столба. Если механическая часть двигателя находится в хорошем состоянии, то при его работе во впускном коллекторе будет создаваться высокое разрежение. Разрежение во впускном коллекторе, создаваемое поршнями, когда они движутся вниз в такте впуска, необходимо для всасывания порции топливно-воздушной смеси из карбюратора. Воздух, всасываемый во впускной коллектор, проходит через дроссельную заслонку. Разрежение во впускном коллекторе, при фиксированном положении дроссельной заслонки, тем выше, чем выше скорость работы двигателя и чем лучше герметичность цилиндра. Разрежение снижается при снижении скорости двигателя и в случае, когда цилиндры уже не обеспечивают эффективного всасывания.
Проверка разрежения при проворачивании двигателя стартером
Измерение величины разрежения во впускном коллекторе при проворачивании двигателя стартером — это быстрый и простой способ проверки качества уплотнения, создаваемого поршневыми кольцами и клапанами (для получения достоверных результатов двигатель должен быть прогрет, а дроссельная заслонка — закрыта).
Шаг 1. Отключают зажигание.
Шаг 2. Подключают вакуумметр к точке отбора давления во впускном коллекторе.
Шаг 3. Проворачивают двигатель стартером, одновременно следя за показаниями вакуумметра.
Разрежение, создаваемое при проворачивании двигателя стартером, должно быть более 2,5 дюймов ртутного столба. (Как правило, величина разрежения на скорости вращения, обеспечиваемой стартером, находится в пределах от 3 до 6 дюймов ртутного столба). Если разрежение оказывается менее 2,5 дюймов ртутного столба, то причинами этого могут быть следующие:
• Слишком низкая скорость проворачивания двигателя стартером.
• Изношенные поршневые кольца.
• Протекающие клапаны.
• Чрезмерное просачивание воздуха мимо карбюратора (это может привести к тому, что показания вакуумметра окажутся неоправданно заниженными. Как правило, одними из причин этого являются неплотно закрытая дроссельная заслонка или стоящий в двигателе нестандартный распределительный вал с увеличенным перекрытием клапанов).
Проверка разрежения на оборотах холостого хода
Если двигатель находится в нормальном состоянии, разрежение, создаваемое при его работе на холостом ходу, должно находиться в пределах от 17 до 21 дюйма ртутного столба (рис. 8.20).
ПРИМЕЧАНИЕ
Величина разрежения в двигателе зависит от того, на какой высоте над уровнем моря он находится. Если двигатель работает на высоте над уровнем моря, которая превышает 1000 футов (300 м), то измеренную величину разрежения необходимо скорректировать с учетом этого, вычтя из нее по одному дюйму ртутного столба на каждую 1000 футов высоты подъема над уровнем моря.
224 Глава 8
Исправный двигатель
Нормальное разрежение при проворачивании двигателя стартером
опускается вниз и опять возвращается к нормальному показанию, это свидетельствует о застревании клапана. Распространенной причиной застревания клапанов является недостаточная смазка стержней клапанов.
Застрявший или прогоревший клапан
СОВЕТ
Некоторые автомеханики используют известный прием: в задроссельное пространство впускного коллектора или в воздухозаборник прогретого двигателя впрыскивается небольшое количество трансмиссионной жидкости. Часто это помогает повысить разрежение на оборотах холостого хода и восстановить нормальные показания вакуумметра. Конечно, впрыск трансмиссионной жидкости приводит к тому, что в выхлопных газах на короткое время появляется копоть, но это не должно нанести вреда кислородным датчикам и каталитическим нейтрализаторам.
Если стрелка вакуумметра колеблется в обе стороны относительно центральной точки, это указывает на возможное прогорание клапанов или слабые пружины клапанов. При медленных устойчивых пульсациях причина может заключаться в непостоянстве состава смеси.
работе клапанов или позднее зажигание
Нормальное разрежение на высокой частоте оборотов
Рис. 8.20. Использование вакуумметра в качестве диагностического инструмента. Вакуумметр подсоединяется к точке отбора во впускном коллекторе (канал, в котором на холостом ходу создается разрежение)
Низкое, но устойчивое разрежение
Если разрежение ниже нормы, но стрелка вакуумметра стоит на одном месте, то наиболее вероятными причина этого являются:
• Позднее зажигание.
• Запаздывание в работе системы газораспределения, создаваемое распределительным валом (проверьте величину провиса цепи привода распределительного вала и правильность установки ремня привода).
Пульсирующее разрежение
Если стрелка вакуумметра падает вниз, затем возвращается к нормальному показанию, затем снова
ПРОВЕРКА ПРОПУСКНОЙ
СПОСОБНОСТИ СИСТЕМЫ ВЫПУСКА
При снижении пропускной способности системы выпуска двигатель будет недобирать мощности, хотя работать будет по-прежнему ровно. Распространенными причинами снижения пропускной способности системы выпуска являются следующие:
• Засорение каталитического нейтрализатора. Необходимо обязательно проверить систему зажигания на наличие неисправностей, которые способны вызвать попадание избыточного количества несгоревшего топлива в отработавшие газы. Чрезмерное загрязнение отработавших газов несгоревшим топливом приводит к перегреву каталитического нейтрализатора и сплавлению ячеек наполнителя нейтрализатора, в результате чего возникает препятствие на пути отработавших газов. Причиной чрезмерного выброса несгоревшего топлива в каталитический нейтрализатор может быть также неисправность в топливной системе.
• Засорение или сужение в канале глушителя. Этс вызывает снижение мощности двигателя. Чаете при неисправности каталитического нейтрали затора из него выбрасываются частицы, которьк забивают глушитель. Дефектные внутренние пере городки глушителя также создают препятствие hi пути выхлопных газов.
• Поврежденные или дефектные трубопроводь в системе выпуска. Это всегда приводит к сниже нию мощности двигателя. Конструкция выхлопны:
Диагностика состояния двигателя 225
труб в некоторых случаях выполняется с двойными стенками и при разрушении внутренней трубы возникает препятствие, которое невозможно обнаружить при осмотре выхлопной трубы снаружи.
ПРОВЕРКА ВЕЛИЧИНЫ ПРОТИВОДАВЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ВАКУУММЕТРА
С помощью вакуумметра измеряется разрежение во впускном коллекторе на повышенных оборотах холостого хода (в пределах от 2000 до 2500 оборотов в минуту). В случае снижения пропускной способности системы выпуска давление в ней возрастает. Это давление называется противодавлением. Если держать двигатель, в котором пропускная способность системы выпуска снижена, на постоянной частоте оборотов, то разрежение во впускном коллекторе постепенно будет снижаться.
Причиной снижения разрежения является то, что отработавшие газы, выбрасываемые в систему выпуска, не успевают полностью пройти через нее из-за ограничения ее пропускной способности. Очень скоро (в пределах минуты) перед препятствием, снижающим пропускную способность системы выпуска, возникает “затор” отработавших газов и они, в конце концов, остаются в цилиндре в конце такта выпуска. Следовательно, в начале такта впуска, когда при движении поршня вниз давление во впускном коллекторе должно снижаться (разрежение — возрастать), оставшиеся в цилиндре лишние выхлопные газы снижают величину нормального разрежения. При достаточно серьезном ограничении пропускной способности системы выпуска автомобиль вообще может отказаться двигаться, потому что заполнение цилиндров рабочей смесью будет возможным только на оборотах холостого хода.
ПРОВЕРКА ВЕЛИЧИНЫ ПРОТИВОДАВЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МАНОМЕТРА
Величину противодавления в системе выпуска можно прямо измерить с помощью манометра, подсоединив его к системе выпуска отработавших газов. Это можно сделать одним из следующих способов:
• Воспользоваться старым кислородным датчиком. Из корпуса негодного кислородного датчика выбрасывается начинка и вкручивается переходник для подсоединения вакуумметра или манометра.
• Использовать клапан рециркуляции отработавших газов (EGR). Для этого необходимо снять клапан рециркуляции с посадочного места и сделать переходник для подсоединения манометра.
ПРИМЕЧАНИЕ
Переходник можно легко изготовить, вставив в корпус металлический патрубок. Прекрасно подойдет короткий кусок трубки от тормозной магистрали. Эту трубку можно припаять к корпусу кислородного датчика твердым припоем или приклеить эпоксидным клеем. Можно также приспособить к посадочному отверстию кислородного датчика переходник компрессометра, имеющий 18-миллиметровую резьбу (рис. 8.21).
• Использовать обратный клапан системы нагнетания воздуха (AIR), обеспечивающей интенсификацию нейтрализации отработавших газов. Для этого необходимо демонтировать такой запорный клапан из выпускной трубы, идущей к одному из выпускных коллекторов. Герметично присоедините трубку одним концом, с надетым на него конусным наконечником, к выпускной трубе, а вторым концом — к манометру.
На оборотах холостого хода максимальное противодавление должно быть меньше 1,5 фунта/кв. дюйм (меньше 10 кПа) и меньше 2,5 фунта/кв. дюйм (меньше 15 кПа) — на скорости 2500 оборотов в минуту.
ДИАГНОСТИКА СОСТОЯНИЯ ЦЕПИ ПРИВОДА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
В двигателе с большим пробегом приводные цепи часто имеют слишком большое, для нормальной работы, растяжение. Если цепь растянута, возникает запаздывание распределительного вала по отношению к положению коленчатого вала и поршней. Поскольку распределительный вал управляет клапанами, то в результате клапаны также открываются и закрываются с запаздыванием. (Это обсуждение касается только
Рис. 8.21. Приспособление для проверки противодавления можно собрать, например, из переходника компрессометра с 18-миллиметровой резьбой и шланга со штуцером с четвертьдюймовой наружной резьбой. У кислородных датчиков корпус имеет 18-миллиметровую резьбу для вкручивания в посадочное отверстие, а для подсоединения к нему манометра можно использовать резиновый шланг с соответствующим штуцером. Обе эти недорогие детали продаются в любом магазине автозапчастей
226 Глава 8
двигателей с цепным приводом распределительного вала, но не двигателей с ременным приводом распределительного вала). Такая задержка или запаздывание закрывания впускного и выпускного клапанов вызывает снижение номинальной мощности двигателя на холостом ходу. В то же время запаздывание в работе распределительного вала действительно способствует небольшому росту высокоскоростных характеристик двигателя. Владельцы автомобилей, в которых обнаруживается чрезмерное растяжение цепи привода распределительного вала, отмечают, как правило, что двигатель лучше всего работает “после того как его раскочегаришь”.
Диагностика состояния цепи привода распределительного вала выполняется по следующей методике:
Шаг 1. Двигатель при отключенном зажигании проворачивают вручную по часовой стрелке, если смотреть на него спереди — с той стороны, на которой стоят ременные приводы агрегатов — до тех пор, пока установочная метка не совпадет с отметкой верхней мертвой точки (ВМТ).
ПРИМЕЧАНИЕ
Если проскочите мимо отметки верхней мертвой точки, не пытайтесь вернуться к ней, вращая двигатель против часовой стрелки! Это приведет к ослаблению натяжения цепи и результаты проверки окажутся неверными. Если при проворачивании двигатель проскочил мимо ВМТ, продолжайте проворачивать его по часовой стрелке до тех пор, пока установочная метка снова не дойдет до отметки ВМТ.
Шаг 2. Снимают крышку распределителя зажигания.
Шаг 3. Медленно проворачивают двигатель против часовой стрелки, если смотреть на двигатель спереди (со стороны приводов агрегатов двигателя), следя за движением ротора распределителя зажигания.
Шаг 4. Как только ротор начнет двигаться, измеряют угол, на который установочная метка сместилась относительно отметки верхней мертвой точки.
Угол меньше 5 градусов является нормальным и допустимым, особенно для двигателя с большим пробегом. Угол в пределах от 5 до 8 является допустимым для двигателя с большим пробегом, но недопустимым для двигателя с коротким пробегом. Замена цепи в этом случае совсем незначительно скажется на работе двигателя. Если угол смещения превышает 8 градусов, цепь привода вне всяких сомнений подлежит замене для восстановления нормального режима работы двигателя и во избежание серьезного его повреждения.
АНАЛИЗ СОСТАВА ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ И ПОЛНОТА СГОРАНИЯ СМЕСИ
При проверке двигателя широко используется оборудование для четырехкомпонентного анализа состава выхлопных газов (рис. 8.24). Ниже приводится перечень анализируемых компонентов и объясняется их значение для оценки состояния двигателя.
Углеводороды
Углеводороды — это несгоревший бензин. Их содержание в выхлопных газах измеряется количеством частиц на миллион частиц анализируемой пробы (промиль). В правильно работающем двигателе бензин должен сгорать (окисляться) практически полностью. Поэтому в выхлопных газах должно содержаться чрезвычайно малое количество несгоревшего бензина. Предельно допустимый уровень содержания углеводородов установлен в 50 промиль. Высокий уровень содержания углеводородов может возникать вследствие повышенного потребления масла, вызванного слабыми поршневыми кольцами или изношенными направляющими втулками клапанов. Наиболее распространенной причиной повышенного содержания углеводородов является неисправность системы зажигания. Необходимо проверить следующие детали и параметры системы зажигания двигателя:
к———:-------- /‘ v
[Не торопитесь разбирать двигатель, пока точно не уста* ? иовите, откуда же идет ЭТОТ стук
Г Автомеханик установил, что стук в восьмицилиндровом V-образном двигателе, возникав щ <й на холостом ходу, издает f шумящий (дефектный) гидравлический толкатель клапана.
При прослушивании с помощью стетоскопа был слышен стук f в развале блока цилиндров с частотой в два раза ниже частоты оборотов двигателя. Поскольку этот шум был типичным шумом клапанного механизма, автомеханик снял впускной коллектор и тщательно осмотрел все детали клапанного механизма. При осмотре и проверке всех гидравлических толкателей не было выявлено ни одного дефектного и все они были возвращены на свои места. Был тщательно осмотрен
распределительный вал. Не найдя явных дефектов, автомеха*1 ник собрал двигатель. После того как двигатель был заведен, I оказалось, что шум не исчез.
В этот раз автомеханик прошелся пр двигателю вдоль и поперек, вылавливая с помощью стетоскопа место, откуда же7! идет шум. Самый громким стук слышался в топливном насосе. После замены топливного насоса (в нем оказалась лопнувшей ‘ возвратная пружина коромысла) стук прекратился. Привод топливного насоса осуществлялся распределительным валом. Лопнувшая возвратная пружина коромысла не повлияла на работу топливного насоса, но именно она создавала шум, который разносился по всему двигателю распределительным валом.
Диагностика состояния двигателя 227
Рис. 8.22. Проверка угла опережения зажигания с помощью стробоскопа. Если установочная метка двигается при импульсном освещении взад-вперед, это признак возможного износа цепи привода, или звездочек, или нарушения работы распределителя зажигания (если автомобиль им оснащен)
Рис. 8.23. В восьмицилиндровом V-образном двигателе компании Ford был выявлен недопустимый износ цепи привода распределительного вала (провис оказался более 10 градусов). После ее замены была наконец обнаружена фактическая причина — изношенная шестерня распределителя зажигания
Рис. 8.24. Пример типичного зонда для измерения содержания компонентов в потоке выхлопных газов в миллионных долях (промиль)
• свечи зажигания;
• высоковольтные провода системы зажигания;
• крышку и ротор распределителя зажигания (если автомобиль оснащен им);
• угол опережения зажигания;
• катушку зажигания.
Окись углерода
Окись углерода (СО) отличается нестабильностью и легко соединяется с кислородом, образуя стабильную двуокись углерода — углекислый газ (СО2). Именно потому, что окись углерода легко соединяется с кислородом, она является ядовитым газом (попав в легкие, она соединяется с кислородом, образуя углекислый газ и лишая мозг снабжения кислородом). Содержание окиси углерода в выхлопных газах нормально работающего двигателя должно быть ниже 0,5%. Высокий уровень содержания окиси углерода может быть вызван засорением или снижением пропускной способности узлов системы принудительной вентиляции картера — клапана принудительной вентиляции, шланга(ов) и трубопроводов. Другими причинами повышенного содержания окиси углерода в выхлопных газах могут быть:
• забитый воздушный фильтр;
• неправильно отрегулированная скорость работы двигателя на холостом ходу;
• избыточное давление в топливной системе, создаваемое топливным насосом;
• любые нарушения, которые приводят к повышению степени обогащения топ л ивно-воздушной смеси.
228 Глава 8
ДВУОКИСЬ УГЛЕРОДА
Двуокись углерода, или углекислый газ (СО,), образуется в результате соединения кислорода с углеродом, входящим в химический состав бензина. Допустимый уровень содержания углекислого газа в выхлопных газах находится в пределах от 1 до 15%. Высокий уровень содержания углекислого газа свидетельствует об эффективной работе двигателя. Если уровень содержания углекислого газа низок, то причиной этого может быть чрезмерно обогащенная или чрезмерно обедненная смесь.
Кислород
Последним из четырех компонентов является кислород (О,). Содержание кислорода в атмосфере составляет примерно 21%, и в процессе сжигания рабочей смеси большая его часть расходуется на окисление углеводородного топлива. Уровень содержания кислорода в выхлопных газах должен быть очень низким (примерно 0,5%). Высокий уровень содержания кислорода, особенно на холостом ходу, является следствием угечек в системе выпуска отработавших газов.
ПРИМЕЧАНИЕ
Добавка спирта в бензин в количестве 10% обеспечивает дополнительный кислород для более эффективного сгорания топлива и приводит к снижению уровня содержания окиси углерода и повышению уровня содержания кислорода в выхлопных газах.
а)
б)
- ---------- - — „ ---— I JR 41
Ужасный скрежет из моторного отделения
Владелец микроавтобуса Dodge пожаловался на то, что при разгоне автомобиля он начинает ужасно скрежетать. Осмотр показал, что одна из опор двигателя лопнула, в результате чего при разгоне он наваливался на заднюю стенку моторного отсека, а при торможении откатывался назад. После замены поврежденной опоры двигателя шум исчез, а клиент радовался тому, что звук оказался на самом деле не настолько страшным, как это казалось (рис. 8.25).
ДИАГНОСТИКА НЕИСПРАВНОСТИ УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ ПРОКЛАДКИ ГОЛОВКИ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
Облегчить диагностику повреждений уплотнительной прокладки головки блока цилиндров позволяют следующие методы:
• Анализ состава выхлопных газов. Сняв гермопробку радиатора, размещают датчик газоанализатора над отверстием заливной горловины радиатора. Если
в)
Рис. 8.25. Двигатель в моторном отсеке при отключенной трансмиссии. Обратите внимание на то, в каком положении он стоит в моторном отсеке (а). Тот же самый двигатель с включенной трансмиссией, когда водитель отпускает педаль тормоза, постепенно наращивая обороты двигателя. Обратите внимание на то, как сильно сместился двигатель в моторном отсеке (6). Внешний вид лопнувшего кронштейна нижней опоры двигателя (в)
Диагностика состояния двигателя 229
газоанализатор отмечает рост содержания углеводородов, это означает, что в охлаждающую жидкость проникают из камеры сгорания отработавшие газы (несгоревшие углеводороды).
• Химический тест. Производится химический тест с помощью лакмусовой бумаги. Если голубая лакмусовая бумага при нанесении на нее капли охлаждающей жидкости желтеет, это означает наличие в охлаждающей жидкости растворенных выхлопных газов.
• Пузырьки газа в охлаждающей жидкости. Отключают привод водяного насоса системы охлаждения, сняв ремень его привода. Снимают гермопробку радиатора и заводят двигатель. Если в охлаждающей жидкости, еще до того, как она закипит, появляются пузырьки газа, это указывает на неисправность уплотнительной прокладки головки блока цилиндров или наличие трещины в самой головке блока цилиндров.
• Из выхлопной трубы выходит струя пара. Если из выхлопной трубы заметно вытекание воды или струи пара, это означает, что охлаждающая жидкость попадает в камеру сгорания вследствие нарушения герметичности уплотнительной прокладки головки блока цилиндров или через трещину в головке блока цилиндров. В случае возникновения утечки между цилиндрами в двигателе обычно возникают перебои в зажигании. Подтвердить наличие такого дефекта можно с помощью проверки баланса мощности цилиндров и/или проверки компрессии цилиндров.
При возникновении любого из вышеуказанных признаков неисправности уплотнительной прокладки головки блока цилиндров производится демонтаж головки(ок) блока цилиндров и проверяются все позиции, перечисленные ниже:
1. Уплотнительная прокладка.
2. Поверхность нижней плоскости головки — на коробление.
3. Литые детали — на наличие трещин.
ЛАМПЫ АВАРИЙНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ НА ПРИБОРНОЙ ПАНЕЛИ
Большинство автомобилей оснащено различными лампами аварийной сигнализации, часто называемыми просто— сшнальными. Эти индикаторы часто являются единственными сигналами, по которым водитель узнает о возникновении нарушения в работе двигателя. Ниже приведен обзор назначения ламп аварийной сигнализации, обычно стоящих на приборной панели.
ИНДИКАТОР ПАДЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ МАСЛА
Красный индикатор падения давления в системе смазки загорается, когда оно становится слишком низким (обычно, когда давление опускается до отметки в интервале от 3 до 7 фунтов/кв. дюйм (от 20 до 50 кПа)). Нормальное давление масла находится в пределах от 10 до 60 фунтов/кв. дюйм (от 70 до 400 кПа), или составляет порядка 10 фунтов/кв. дюйм на каждую тысячу оборотов в минуту двигателя.
При загорании этой аварийной сигнализации необходимо немедленно остановить двигатель и проверить уровень масла. Если уровень масла находится в пределах нормы, это означает, что возникло серьезное нарушение в режиме работы двигателя, или неисправность датчика давления масла. При подозрении на низкое давление в системе смазки автомеханик должен обязательно проверить его с помощью надежного механического манометра.
ПРИМЕЧАНИЕ
Некоторые производители в своих моделях автомобилей объединяют лампы аварийной сигнализации нарушения давления масла и нарушения температуры охлаждающей жидкости в один сигнальный индикатор, который обычно маркируется словом ""engine (двигатель)" Если загорается этот индикатор, автомеханику необходимо проверить как возможные причины, вызывающие перегрев охлаждающей жидкости, так и причины, вызывающие снижение давления масла.
СОВЕТ
При возникновении утечки в термостате системы охлаждение могут появиться признаки, аналогичные признакам, вызванным повреждением уплотнительной прокладки головки блока цилиндров. Термостат, как правило, вкручивается в резьбовое отверстие в стенке канала системы охлаждения и зачастую протекает только после того, как нагреется.
Аварийный индикатор температуры охлаждающей жидкости
Большинство автомобилей оснащено указателем температуры охлаждающей жидкости или индикатором аварийной сигнализации перегрева охлаждающей жидкости. Индикатор аварийной сигнализации может иметь маркировку “coolant (охлаждающая жидкость)” “hot (перегрев)” или “temperature (температура двигателя)” Если во время поездки вспыхивает лампа
230 Глава 8
аварийной сигнализации перегрева охлаждающей жидкости, это — сигнал о том, что температура охлаждающей жидкости превысила безопасный уровень, то есть стала выше примерно 250°Ф (120°С). Нормальная температура охлаждающей жидкости — это температура в пределах, примерно, от 200°Ф до 220°Ф (от 90°С до 105°С).
1. Если во время поездки вспыхивает лампа аварийной сигнализации перегрева охлаждающей жидкости, во избежание возможного повреждения двигателя необходимо выполнить следующие действия:
2. Выключить систему кондиционирования воздуха и включить отопитель салона. Включение отопителя салона поможет увеличить отвод тепла из системы охлаждения двигателя. Установить сцепление на нейтраль или парковку, чтобы увеличить прокачку охлаждающей жидкости через радиатор.
3. Если возможно, то лучше всего выключить двигатель и дать ему остыть (на это может потребоваться больше часа).
4. Во избежание серьезного повреждения двигателя не следует продолжать движение с горящим индикатором аварийной сигнализации температуры охлаждающей жидкости (или стрелкой термометра, стоящей в красной зоне, — показывающей, что температура охлаждающей жидкости превышает 260°Ф (126°С)).
ПРИМЕЧАНИЕ
Если двигатель на ощупь и по запаху не кажется перегретым, то, возможно, вся проблема сводится к неисправности датчика температуры охлаждающей жидкости или измерительного прибора.
Аварийная сигнализация неисправности системы подзарядки аккумулятора
Красный аварийный сигнал неисправности системы подзарядки аккумулятора информирует об отказе этой системы. Индикатор аварийной сигнализации системы подзарядки аккумулятора может иметь маркировку “gen (генератор)” или “alt (альтернатор)” Поскольку аккумулятор, как правило, рассчитан на энергоснабжение электросистемы автомобиля в течение некоторого, пусть и небольшого, промежутка времени, то при загорании этого индикатора аварийной сигнализации нет необходимости останавливаться.
Однако если не отремонтировать систему подзарядки аккумулятора, то двигатель в конце концов заглохнет, потому что для функционирования сис
темы зажигания, которая обеспечивает работу свечей зажигания, воспламеняющих смесь, необходимо минимальное напряжение питания (обычно, не менее 9 вольт).
Аварийный сигнал компьютерной системы
В большинстве автомобилей, оснащенных бортовой компьютерной системой управления двигателем, на приборной панели стоит индикатор аварийной сигнализации, информирующий о нарушении работы одного из подключенных к компьютеру датчиков или приводов, или о выходе за пределы допустимого диапазона значения одного из контролируемых компьютером параметров.
Этот индикатор аварийной сигнализации, называемый индикатором сбоя в компьютерной системе управления (MIL — malfunction), имеет обычно оранжевый цвет и сигнализирует о некритичном нарушении в работе системы, в то время как некоторые индикаторы аварийной сигнализации, управляемые компьютером, могут быть красного цвета, что указывает на более серьезное нарушение режима работы двигателя. Например, некоторые бортовые компьютеры следят за изменением давления в системе смазки в зависимости от частоты оборотов двигателя, за напряжением на клеммах аккумулятора и температурой охлаждающей жидкости. Индикаторы аварийной сигнализации, управляемые бортовым компьютером, могут иметь маркировку:
Check Engine (проверить работу двигателя)
Check Engine Soon (как можно скорее проверить работу двигателя)
Check Engine Now (незамедлительно проверить работу двигателя)
Power Loss (падение мощности)
Power Limited (недостаточная мощность)
Если загорается оранжевый индикатор аварийно» сигнализации сбоя компьютерной системы управле ния, можно продолжать поездку, но лучше, не откла дывая, проверить коды неисправностей, зафиксиро ванные системой диагностики автомобиля, в соответс твии с инструкцией по эксплуатации автомобиля. Н< если загорается красный индикатор аварийной сигна лизации компьютерной системы управления — лучш всего остановиться, выключить двигатель и проверит все его жизненно важные системы, прежде чем про должать поездку. Проверку причины, вызвавшей сра батывание аварийной сигнализации компьютерно системы управления, и необходимые действия по е устранению проводите в соответствии с процедурам! указанными производителем в инструкции по экспл) атации автомобиля.
Диагностика состояния двигателя 231
Индикатор, напоминающий о необходимости технического обслуживания автомобиля для обеспечения экологических норм
Многие автомобили оснащаются индикатором, напоминающим водителю о необходимости проведения технического обслуживания автомобиля с целью обеспечения экологических норм. Некоторые производители устанавливают индикатор с механическим приводом (флажок), который, срабатывая, частично закрывает табло счетчика пробега автомобиля, когда автомобиль проезжает определенное количество миль.
Необходимость в индикаторе, указывающем на то, что пришло время проведения технического обслуживания автомобиля с целью обеспечения экологических норм, зависит от того, на каких условиях производитель смог сертифицировать автомобиль на соответствие нормам экологической безопасности в эксплуатации. Если для обеспечения соответствия экологи
ческим нормам требуется определенное техническое обслуживание, водитель должен получать уведомление об этом через установленные интервалы пробега. При срабатывании индикатора, напоминающего о необходимости соблюдения экологических норм, необходимо ознакомиться с руководством по сервисному обслуживанию данной модели автомобиля, в котором должно быть указано, какие действия необходимо предпринять, чтобы обеспечить соответствие автомобиля экологическим нормам по токсичности выбросов, и получить точную инструкцию о сбросе предупреждающего индикатора в исходное состояние.
ПРИМЕЧАНИЕ
Часто водители путают индикатор аварийной сигнализации нарушения режима работы двигателя с индикатором, напоминающим о соблюдении норм экологической безопасности. Прежде чем приступать к техническому обслуживанию, еще раз убедитесь в том, что вы правильно поняли аварийный сигнал и выбрали необходимый вариант технического обслуживания.
----— —----------------------—-------- .
F быстрый и простой способ очистки двигателя | от коксообразного нагара
Коксообразный нагар является побочным продуктом сгорания. Отложения коксообразного нагара скапливаются в ка-I мере сгорания и на тыльной стороне впускного и выпускного Кклапанов. Эти отложения, нарастая на клапанах и направляющих втулках клапанов, приводят в неустойчивому разгону двигателя, неровной работе двигателя на холостом ходу, и даже внезапным остановкам двигателя. Коксообразный на-L гар, откладываясь на стенках камер сгорания и днище поршней, приводит к росту компрессии и повышению концентрации окислов азота (NOX) в выхлопных газах. -
Химическими средствами не удается растворить кокс, но очистить двигатель от его отложений несложно. Для этого необходимо сделать следующее:
Шаг 1. Вылейте банку моющего средства высшего качества для двигателя в емкость типа большой банки из-под кофе. Заполните опустошенную банку из-под очистителя водой и вылейте ее в эту же емкость, чтобы получить пятидесятипроцентный водный раствор моющего средства.
J ПРИМЕЧАНИЕ
Моющее средство диспергирует и впитывается коксообразными отложениями, а вода, содержащаяся в растворе, превращаясь в камере сгорания в пар, отрывает коксообразные отложения от поверхностей внутренних деталей двигателя.
--------Ulljyjy ----—— ,----------------------J Шаг 2. Заведите двигатель и прогрейте его до нормальной рабочей температуры. Один конец вакуумного шланга внут-
* ренним диаметром 5/32 дюйма и необходимой длины присо-1 едините к всасывающему “отверстию, ведущему во впускнрй ; коллектор, которое расположено рядом с дроссельной заслонкой, а второй конец шланга опустите в емкость с раствором моющего средства. ж г - ’
Шаг 3. Держите двигатель на высоких оборотах холостого хода (2500 оборотов в минуту) до тех пор, пока он не всосет в себя весь раствор моющего средства. Выключите двигатель.
Шаг 4. Подождите примерно час, чтобы моющее средство оказало действие, и затем заведите двигатель. Проедете на автомобиле, активно разгоняя двигатель, чтобы выдуть из него отслоившиеся куски коксообразного нагара. При необходимости повторите процедуру очистки.
232 Глава 8
ФОТОРЯД Выполнение измерения с помощью вакуумметра
Ил. 15.1. Подключайте вакуумметр обязательно через Т-образный разветвитель, чтобы не нарушить работу двигателя и тем самым не повлиять на результат измерений. В примере, показанном на этой фотографии, используется вакуумметр из старой контрольно-измерительной аппаратуры для проверки двигателя
Ил. 15.2. Выберите удобную точку подключения вакуумметра к впускному коллектору. Таким легкодоступным местом, в котором обычно подключают вакуумметр, является место подсоединения вакуумного шланга, идущего от впускного коллектора к штуцеру регулятора давления топлива
Ил. 15.3. Проверьте, чтобы вакуумные шланги плотно сидели на штуцерах
Ил. 15.4. Заведите двигатель и наблюдайте за показаниями вакуумметра. Разрежение на оборотах холостого хода (в прогретом двигателе, на уровне моря) должно находиться в пределах от 17 до 21 дюйма ртутного столба и не меняться. В данном примере показание вакуумметра немного превышает 20 дюймов ртутного столба, что свидетельствует о прекрасном состоянии двигателя
Диагностика состояния двигателя 233
Выполнение измерения с помощью вакуумметра продолжение
Ил. 15.5. Пропуск зажигания приводит к тому, что стрелка вакуумметра время от времени падает вниз меньше чем на один дюйм ртутного столба. Чтобы увидеть, как показания вакуумметра изменяются при пропуске зажигания, заземлите высоковольтный провод свечи зажигания с помощью индикаторной лампочки-пробника (между клеммой катушки зажигания и изоляционным колпачком высоковольтного провода, идущего в свече зажигания, вставляется двухдюймовый отрезок вакуумного шланга, и с помощью пробника искра отводится на массу)
Ил. 15.6. На этой фотографии видно, что при заземлении свечи показание вакуумметра снижается примерно на один дюйм ртутного столба
Ил. 15.7. Механическая неисправность в двигателе типа застревания клапана или разрыва пружины клапана приводит к тому, что стрелка вакуумметра колеблется, падая вниз больше чем на один дюйм ртутного столба. Низкое разрежение, измеренное вакуумметром, может быть также вызвано снижением пропускной способности системы впуска или системы выпуска. Если частично перекрыть дроссельную заслонку рукой, величина разрежения снизится
Ил. 15.8. Если вакуумметр показывает, что величина разрежения ниже нормы, обычно причина этого — позднее зажигание или запаздывание в работе клапанов. Причиной как запаздывания в работе клапанов, так и позднего зажигания может быть разрегулированность распределителя зажигания или износ (растяжение) цепи привода механизма газораспределения. Причиной устойчивого, но пониженного, по сравнению с нормальным, разрежения может быть также неправильно установленный ремень привода механизма газораспределения
234 Глава 8
• Выполнение измерения с помощью вакуумметра
продолжение
Ил. 15.9. При резком разгоне двигателя (или при движении автомобиля с двигателем на полном дросселе) стрелка вакуумметра должна упасть до нуля
Ил. 15.10. Если при резком разгоне двигателя вакуумметр показывает величину разрежения больше 1 дюйма ртутного столба, ищите причину снижения пропускной способности системы впуска
Ил. 15.11. При снижении оборотов двигателя разрежение должно стать выше, чем на холостом ходу. Не забывайте о том, что вакуумметр "чувствует" нагрузку двигателя. При небольшой нагрузке (например, при снижении оборотов двигателя) вакуумметр показывает высокое разрежение, в то время как при большой нагрузке (как при движении на полном дросселе) вакуумметр показывает очень низкое, практически нулевое разрежение
Ил. 15.12. По окончании проверки восстановите соединение вакуумного шланга со штуцером регулятора давления топлива, а Т-образный разветвитель оставьте в шланге вакуумметра на будущее
Диагностика состояния двигателя 235
ФОТОРЯД Проверка компрессии
Ил. 16.1. Инструменты и оборудование, необходимые для проверки компрессии: компрессометр, продувочное сопло, торцовые ключи и удлинительные вставки, которые могут понадобиться при выкручивании свечей зажигания из двигателя
Ил. 16.2. Для отключения системы зажигания и системы впрыска выньте их предохранители. Если это сделать невозможно, отсоедините кабели питания от системы зажигания и топливных форсунок
Ил. 16.3. Заблокируйте дроссельную заслонку (и воздушную заслонку карбюратора, если двигатель оснащен им) в полностью открытом положении. На этой фотографии показано, как механик заклинивает тягу дроссельной заслонки в открытом положении с помощью отвертки. Дроссельная заслонка должна все время быть полностью открытой, чтобы обеспечить поступление в двигатель достаточного количества воздуха — только в этом случае результаты проверки будут точны
Ил. 16.4. Перед тем как выкручивать свечи зажигания из резьбовых гнезд, необходимо с помощью воздушного сопла сдуть всю грязь, накопившуюся вокруг них, — чтобы избежать случайного попадания грязи в двигатель через эти открытые отверстия
Ил. 16.5. Вывинтите все свечи зажигания. Обязательно промаркируйте высоковольтные провода, чтобы не перепутать их при подключении к свечам зажигания по окончании проверки компрессии
Ил. 16.6. Подберите к компрессометру подходящий переходник. Размер резьбы на нем должен соответствовать размеру резьбы в резьбовом гнезде свечи зажигания
236 Глава 8
Проверка компрессии продолжение
Ил. 16.7. В случае необходимости, перед тем как приступать к проверке компрессии, подключите к аккумулятору сетевое зарядное устройство. Важно, чтобы при проверке каждого цилиндра скорость проворачивания двигателя была постоянной
Ил. 16.8. Поручите своему помощнику проворачивать двигатель стартером, а сами следите за показаниями компрессометра. Запомните его показание после первого "хлопка" воздуха, который сигнализирует о том, что в проверяемом цилиндре произошел первый такт сжатия. В двигателе с хорошими поршневыми кольцами показание компрессометра после первого хлопка должно быть не менее половины последнего, наивысшего показания. Если показание компрессометра после первого хлопка окажется низким и с каждым последующим хлопком показание компрессометра будет постепенно возрастать, это может быть признаком того, что поршневые кольца изношенные или слабые
Ил. 16.9. После четырех хлопков прекратите проворачивать двигатель и снимите последнее показание компрессометра
Ил. 16.10. Запишите показание после первого хлопка и последнее показание компрессометра для каждого цилиндра двигателя
Ил. 16.11. Если для некоторых цилиндров результат измерения оказался намного ниже, чем для остальных цилиндров, впрысните в такой цилиндр с помощью масленки две порции масла и повторите измерение компрессии. Такая проверка называется "мокрой" проверкой компрессии
Ил. 16.12. Если результаты повторной проверки окажутся намного выше результатов первой, значит, причиной низкой компрессии являются изношенные или дефектные поршневые кольца. Масло, впрыснутое в цилиндр, обеспечивает временное уплотнение колец, за счет чего и возрастают показания компрессометра
Диагностика состояния двигателя 237
ФОТОРЯД Проверка цилиндра на утечку
Ил. 17.1. Для подкрашивания установочных меток используйте мел и белую корректирующую жидкость для замазывания ошибок в документах
Ил. 17.2. Намажьте установочную метку мелом. Если не достанете до нее рукой, прикрепите мел к какой-нибудь ручке
Ил. 17.3. Сотрите излишки мела с установочной метки. Мел, забивший углубления метки, останется и разглядеть ее будет легче
Ил. 17.4. С помощью корректирующей жидкости (или мела) высветите установочную метку на гасителе крутильных колебаний
Ил. 17.5. Выньте из резьбовых гнезд свечи зажигания и внимательно проверьте их состояние. Эта свеча забрызгана бензином — возможно, в этом причина плохой работы двигателя
Ил. 17.6. Подсоедините измеритель утечки к штуцеру подачи сжатого воздуха
238 Глава 8
Проверка цилиндра на утечку
продолжение
Ил. 17.7. Подсоедините шланг измерителя утечки к резьбовому гнезду свечи зажигания проверяемого цилиндра. Проворачивайте двигатель до тех пор, пока установочные метки не совместятся, показывая, что поршень проверяемого цилиндра находится в верхней мертвой точке такта сжатия. Лучше всего начинать проверку утечки с цилиндра №1, чтобы меньше приходилось проворачивать двигатель при переходе к каждому последующему цилиндру
Ил. 17.8. После калибровки измерителя утечки и подсоединения к нему шланга, идущего к проверяемому цилиндру, стрелка манометра показывает процент воздуха, вытекающего из цилиндра. В данном случае показание манометра свидетельствует о чрезвычайно высокой утечке — это значит, что в проверяемом цилиндре имеется серьезная неисправность
Ил. 17.9. С помощью шланга, типа того, что используется в отопителе салона, прослушайте, откуда и насколько сильно происходит утечка. В данном случае наиболее сильно слышалась утечка воздуха из карбюратора. Возможная причина этого — прогоревший или погнутый впускной клапан или другая неисправность клапанного механизма
Ил. 17.10. Если в радиаторе появляются пузырьки воздуха или слышно, как из него выходит воздух, — это признак дефектной уплотнительной прокладки головки блока цилиндров или трещины в головке блока цилиндров или в самом блоке цилиндров
Ил. 17.11. Если слышно, как воздух выходит из горловины маслозаливного отверстия, это признак слабых или лопнувших поршневых колец
Ил. 17.12. Если слышно, как воздух выходит из выхлопной трубы, наиболее вероятной причиной этого является прогоревший или застрявший в открытом положении выпускной клапан. Проверьте каждый цилиндр еще раз
Диагностика состояния двигателя 239
ФОТОРЯД Измерение давления масла
Ил. 18.1. Инструменты, необходимые для измерения давления масла: масляный манометр, торцовый ключ с храповиком и удлинительной вставкой и головка торцового ключа под корпус датчика давления масла
Ил. 18.2. Для того чтобы измерить давление масла, сначала необходимо найти место установки датчика давления масла. В этом автомобиле Lincoln он находится рядом с масляным фильтром. От этого датчика идет отдельный провод к индикатору аварийной сигнализации на приборной панели
Ил. 18.3. Чтобы открыть доступ к датчику давления масла, потребовалось отсоединить воздуховод от корпуса воздушного фильтра
Ил. 18.4. Перед тем как демонтировать датчик давления масла, необходимо проверить, что зажигание отключено. Датчик выкручивается с помощью торцовой головки
Ил. 18.5. На резьбу датчика был нанесен герметик с целью предотвращения возможной утечки через резьбовое соединение
Ил. 18.6. Ввинтите штуцер масляного манометра в резьбовое посадочное гнездо датчика давления масла
240 Глава 8
Измерение давления масла . . • - продолжение
Ил. 18.7. Проверьте, чтобы манометр не мешал работе движущихся частей двигателя, и заведите двигатель
Ил. 18.8. Наблюдайте за показаниями манометра. Для холодного двигателя это — нормальное давление масла. Нормальное давление масла должно составлять примерно 10 фунтов/кв. дюйм на каждую тысячу оборотов в минуту
Ил. 18.10. Отсоедините от двигателя узел масляного
манометра
Ил. 18.9. После того как двигатель прогреется до нормальной рабочей температуры и вы убедитесь, что давление масла как на холостом ходу, так и при повышении частоты оборотов двигателя остается в нормальных пределах, остановите двигатель
Ил. 18.11. Нанесите на резьбу датчика давления масла герметик. Большинство производителей автомобилей запрещают использовать в качестве уплотнения тефлоновую ленту из-за опасности того, что она будет разрезана витками резьбы и обрезки этой ленты, попавшие в систему смазки, могут засорить маслопроводные каналы, что приведет к серьезному повреждению двигателя
Ил. 18.12. После вкручивания датчика давления масла в посадочное гнездо блока цилиндров подсоедините к нему сигнальный провод. Заведите двигатель и проверьте его на отсутствие утечек
Диагностика состояния двигателя 241
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Первым шагом в диагностике состояния двигателя является тщательный осмотр двигателя, включая проверку уровня и состояния масла и охлаждающей жидкости.
2. Места, откуда происходят утечки масла, можно установить с помощью белой пудры или флуоресцентного красителя и ультрафиолетового освещения.
3. Многие нарушения нормального режима работы двигателя сопровождаются характерными шумами.
4. Анализ состава масла в химической лаборатории позволяет установить скрытые нарушения нормального режима работы двигателя по содержанию металлов в масле.
5. Проверка компрессии цилиндров позволяет оценить состояние клапанов и поршневых колец.
6. Проверка цилиндров на утечку заключается в том, что цилиндр заполняется сжатым воздухом и с помощью манометрического измерителя утечки определяется процент воздуха, вытекающего из цилиндра.
7. Проверка баланса цилиндров по мощности позволяет определить — все ли цилиндры работоспособны.
8. Проверка разрежения, создаваемого в двигателе, это еще один способ проверки, помогающий специалисту автосервиса определить состояние двигателя.
9. Если цепь привода механизма газораспределения изношена и растянута, двигатель оказывается не в состоянии развивать номинальную мощность.
10. Анализ состава выхлопных газов — это еще один инструмент диагностики, дающий специалисту информацию о том, насколько правильно и эффективно работает двигатель.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Перечислите четыре пункта, по которым необходимо провести осмотр двигателя в случае подозрения в том, что нарушение его работы вызвано механическими дефектами.
2. Перечислите три самых распространенных причины, которые могли бы вызвать повышенное потребление масла двигателем.
3. Перечислите три самых распространенных причины, которые могли бы вызвать возникновение посторонних шумов в двигателе.
4. Объясните, какие проблемы могут быть в двигателе, если из испытательной лаборатории пришли
следующие результаты анализа посланной пробы масла:
кремний: 35 промиль;
медь: 57 промиль;
олово: 1 промиль;
хром: 8 промиль;
алюминий: 31 промиль;
железо: 303 промиль;
разжижение топливом: не обнаружено;
антифриз: не обнаружен; содержание влаги: 0.
5. Опишите методику выполнения проверки компрессии и то, как по результатам проверки компрессии установить причину нарушения работы двигателя.
6. Опишите методику проверки цилиндра на утечку.
7. Объясните, как можно поочередно отключать зажигание цилиндров, не повредив при этом электронную систему автомобиля.
8. Объясните, какими будут показания вакуумметра при застревании клапанов в направляющих втулках.
9. Опишите методику проверки с помощью вакуумметра системы выпуска, позволяющую установить, что ее пропускная способность снизилась (например, она забита).
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. Механик А считает, что “бумажный” тест позволяет определить прогорание клапана. Механик Б полагает, что серовато-белесое пятно может быть следом утечки охлаждающей жидкости. Кто из них прав? а. Только механик А.
б. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
2. Механики обсуждают способы выявления утечек масла. Механик А считает, что место утечки масла можно установить путем добавления в масло флуоресцентного красителя и осмотра двигателя в ультрафиолетовых лучах. Механик Б считает, что для определения места, откуда происходит утечка, можно использовать белую пудру, напыляемую на поверхность двигателя в предполагаемом месте утечки. Кто из них прав?
а. Только механик А.
б. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
242 Глава 8
3. Повышение вязкости масла может быть вызвано
а. Загрязнением масла металлами в результате износа деталей двигателя.
б. Разжижением масла в результате попадания в него топлива.
в. Засорением воздушного фильтра.
г. Всеми вышеуказанными причинами.
4. Попадание антифриза в масло вызывает.
а. Разжижение масла (масло становится менее вязким).
б. Загустевание масла (масло становится более вязким).
в. Коагулирование масла.
г. Верны ответы бив.
5. Двигатель работает ровно, если.
а. Большинство цилиндров обладают высокой компрессией.
б. Все цилиндры обладают одинаковой компрессией.
в. Все цилиндры обладают компрессией, превышающей 100 фунтов/кв. дюйм (700 кПа) и разброс между ними по величине компрессии находится в пределах 70 фунтов/кв. дюйм (500 кПа).
г. У большинства цилиндров величина компрессии составляет менее 100 фунтов/кв. дюйм (700 кПа).
6. Хорошими являются следующие результаты проверки цилиндров на утечку.
а. Разброс измеренной утечки между цилиндрами находится в пределах 20%.
б. У всех цилиндров величина утечки составляет менее 20%.
в. У всех цилиндров величина утечки составляет более 20%.
г. У всех цилиндров величина утечки превышает 70%, а разброс между цилиндрами по величине утечки находится в пределах 7%.
7. Механик А считает, что тот из цилиндров, при отключении зажигания которого в процессе выполнения проверки баланса мощности цилиндров
происходит наибольшее снижение частоты оборотов двигателя, является цилиндром с пониженной мощностью. Механик Б считает, что если при заземлении свечи зажигания одного из цилиндров частота оборотов двигателя не уменьшилась, то это — свидетельство того, что этот цилиндр отдает мало мощности или не работает. Кто из них прав?
а. Только механик А.
б. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
8. При проворачивании двигателя стартером разрежение в нем должно составлять.
а. Не менее 2,5 дюймов ртутного столба.
б. Более 25 дюймов ртутного столба.
в. От 17 до 21 дюйма ртутного столба.
г. От 6 до 16 дюймов ртутного столба.
9. Механик А считает, что изношенная (растянутая) цепь и изношенные звездочки привода распределительного вала вызывают запаздывание в работе клапанов и позднее зажигание. Механик Б полагает, что в случае, если провис цепи привода превышает 8 градусов, то цепь и звездочки цепного привода подлежат замене. Кто из них прав?
а. Только механик А.
б. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
10. Индикатор аварийной сигнализации давления масла загорается обычно тогда.
а. Когда требуется замена масла.
б. Когда давление масла в системе смазки становится опасно низким (от 3 до 7 фунтов/кв. дюйм).
в. Когда открывается перепускной клапан масляного фильтра.
г. Когда открывается противодренажный клапан, предотвращающий вытекание масла из системы при остановке двигателя.
ГЛАВА
Демонтаж и разборка
двигателя
Цель главы 9 — научить читателя:
1. Знать, как производится демонтаж двигателя из автомобиля.
2. Понимать, в чем заключается различие между полным и неполным блоком цилиндров двигателя.
3. Знать методику демонтажа головок блока цилиндров с блока цилиндров двигателя, исключающую опасность их коробления.
4. Знать последовательность операций, которую необходимо соблюдать при демонтаже поршня из цилиндра.
5. Знать методику демонтажа клапана из головки блока цилиндров.
Решение о целесообразности ремонта двигателя должно приниматься на основе всей информации о двигателе, имеющейся у специалиста службы автосервиса. Иногда двигатель может быть в таком состоянии, что его уже не стоит ремонтировать. Специалист обязан объяснить клиенту преимущества и недостатки различных вариантов ремонта. Окончательное решение о том, какой вариант восстановления двигателя использовать, должен принять клиент, который платит за ремонт. Его решение будет основываться на рекомендациях специалиста службы автосервиса.
ЗАМЕНА НЕИСПРАВНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Большинство клиентов хотели бы, чтобы ремонт обошелся им как можно дешевле, поэтому они ограничиваются только заменой неисправных деталей. Если какая-то деталь вышла из строя, то, возможно, что это
результат дефекта самой детали. Примером такой неисправности могут служить звездочка и цепь привода. В этом случае достаточно заменить вышедшие из строя звездочку и цепь новыми, и неисправность будет устранена. С другой стороны, выход из строя одной детали может быть вызван тем, что неправильно работает какая-то другая деталь. Примером такой неисправности может служить шарнирная стойка клапанного коромысла, сильно изношенная вследствие того, что она получала недостаточно смазки. Смазка была недостаточной, по-видимому, из-за неисправности дозирующего клапана, стоящего в гидравлическом толкателе клапана. Если ограничиться только заменой клапанного коромысла и шарнирной стойки клапанного коромысла, то новые детали в скором времени тоже выйдут из строя, потому что проблема недостаточной смазки, возникшая из-за неисправности толкателя клапана, не была устранена. На рис. 9.1 показаны клапанное коромысло и шарнирная стойка клапанного коромысла из двигателя, в котором возникла такая неисправность. Специалист-ремонтник должен объяснить клиенту, по какой причине деталь вышла из строя, и предложить варианты ремонта, которые позволили бы устранить причину отказа — чтобы эта же деталь не вышла из строя опять.
ОБРАБОТКА КЛАПАНОВ
Нарушение герметичности посадки клапана в седло является одним из наиболее часто встречающихся видов преждевременного отказа с далеко идущими последствиями для двигателя. Возникновение утечки в зоне нарушения плотного контакта клапана с седлом приводит к снижению давления газов, образующихся в процессе сгорания топливно-воздушной смеси. Это
244 Глава 9
Рис. 9.1. Задиры на клапанном коромысле и шарнирной стойке клапанного коромысла, возникшие в результате недостаточной смазки. Такая неисправность чаще всего обнаруживается в цилиндрах, которые находятся ближе всего к клапану рециркуляции отработавших газов (EGR-клапану). Дополнительный нагрев этой части двигателя отработавшими газами приводит к перегреву масла, что вызывает образование отложений, забивающих маслопроводные каналы системы смазки
приводит к снижению экономичности и мощности двигателя. Высокое давление газов, возникающее в процессе сгорания смеси, приводит к прорыву газов через щель между клапаном и седлом, вызывая обгорание рабочей фаски клапана, что, в свою очередь, увеличивает течь. После демонтажа головки блока цилиндров с целью ремонта клапанов, сразу же становятся видны днища поршней. По их состоянию можно определить, какие из поршней также следует ремонтировать.
Нарушение герметичности посадки клапана в седле может быть следствием нарушения режима сгорания смеси, неправильного теплового зазора клапанного механизма, отложений на стержне клапана, нарушения режима эксплуатации двигателя и многих других причин. Утечка через клапан устраняется путем обработки клапана. Такая обработка, сама по себе, еще не гарантирует того, что будет устранена причина, вызвавшая возникновение этой утечки. Устранение утечки клапана приводит к повышению разрежения во впускном коллекторе. Это, в свою очередь, может вызвать усиленное просачивание масла через изношенные поршневые кольца в камеру сгорания в такте впуска, и таким образом, к росту потребления масла двигателем (рис. 9.2).
ЧАСТИЧНАЯ ПЕРЕБОРКА ДВИГАТЕЛЯ
Под переборкой двигателя здесь понимается ремонт одновременно как клапанов, так и поршневых
Рис. 9.2. Альтернативой ремонту клапанов является покупка отремонтированных в заводских условиях головок блока цилиндров. На этой фотографии показаны готовые узлы головок блоков цилиндров, выставленные в демонстрационном зале одного из предприятий по ремонту двигателей. Верхнее трехзначное число означает объем двигателя в кубических дюймах, а нижнее — это последние три цифры серийного номера отливки
колец. При такой переборке обычно производится замена подшипников нижних головок шатунов поршней. Такую технологию восстановления двигателя называют иногда частичной переборкой. Частичная переборка двигателя обычно производится без его демонтажа с ходовой части автомобиля. Конечно же, для ее выполнения необходимо демонтировать как головку блока цилиндров, так и поддон картера. Частичная переборка производится обычно в случае падения мощности двигателя, снижения его экономичности, при повышенном потреблении масла, когда двигатель начинает “чадить”, если работа двигателя становится неровной и он с трудом заводится. Этот вид ремонта двигателя является по существу текущим ремонтом. Многие изношенные детали остаются в двигателе. После демонтажа поддона картера и извлечения шатунно-поршневых
Демонтаж и разборка двигателя 245
узлов не исключено, что в двигателе будут обнаружены дополнительные проблемы. Необходимо обязательно информировать клиента об обнаружении всех дополнительных проблем и только по согласованию с ним производить необходимый дополнительный ремонт двигателя. В авторемонтной отрасли эту технологию называют освежением двигателя.
ПОЛНАЯ ПЕРЕБОРКА ДВИГАТЕЛЯ
Процедура полного восстановления двигателя называется реконструкцией двигателя. Иногда эту технологию восстановления называют полной переборкой двигателя. Для того чтобы восстановить двигатель, его необходимо демонтировать с ходовой части автомобиля и полностью разобрать. Все исправные детали доводятся до состояния новых деталей или обрабатываются под ремонтные размеры, в соответствии с действующими стандартами, с полным восстановлением их эксплуатационных характеристик. Все подшипники, уплотнительные прокладки и сальники заменяются новыми. Если восстановление двигателя выполнено квалифицированно, реконструированный двигатель будет работать столь же долго, как и новый1.
Особым вариантом высококачественной реконструкции двигателя является так называемое калькирование. Калькирование обычно производится с целью максимального повышения характеристик двигателя. Все зазоры выдерживаются в соответствии с самыми жесткими допусками, указанными в технической документации. Камеры сгорания доводятся до одинакового объема с максимальной точностью. Все виды обработки деталей выполняются с высочайшей точностью. Двигатель проходит тщательную балансировку. Калькирование требует высококвалифицированной и кропотливой работы и обходится поэтому очень дорого.
Автомобиль остается в сервисном центре до тех пор, пока двигатель не будет восстановлен. Для одних заказчиков это очень неудобно, для других — очень дорого. С учетом общей стоимости ремонта заказчик может принять решение не ремонтировать двигатель, а заменить его.
НЕПОЛНЫЙ БЛОК
Самый быстрый способ вернуть автомобиль в эксплуатацию — поставить вместо отказавшего двигателя рабочий двигатель. В автомобиль старой модели можно поставить уже бывший в эксплуатации, но исправный двигатель, приобретя его в компании, занимающейся утилизацией старых автомобилей. В некоторых
случаях производится замена только блока цилиндров — вместо старого блока ставится восстановленный блок цилиндров в комплекте с коленчатым валом, шатунами и поршнями. Такой сменный узел блока цилиндров называется неполным блоком. Головки и клапанный механизм остаются от старого двигателя. Они восстанавливаются и монтируются на неполном блоке цилиндров.
ПОДОБРАННЫЙ БЛОК
Подобранный блок — это восстановленный блок цилиндров в комплекте только с поршнями. К каждому цилиндру подобран поршень, соответствующий ему по величине зазора. Подобранные блоки цилиндров покупают не очень охотно, потому что в таком блоке отсутствуют следующие части:
• коленчатый вал и коренные подшипники;
• шатуны поршней и шатунные подшипники;
• распределительный вал и подшипники распределительного вала.
ПОЛНЫЙ БЛОК
Сборочный узел называется полным блоком, когда восстановленный узел поставляется в комплекте с головками блока цилиндров и клапанными механизмами. Во многих авторемонтных компаниях на складе поддерживается запас неполных и полных блоков массовых моделей двигателей. Как правило, восстановленный узел приобретается в обмен на части вышедшего из строя двигателя, так называемые несущие части двигателя. Несущие части восстанавливаются на авторемонтном машиностроительном предприятии и продаются другому покупателю (рис. 9.3).
ДВИГАТЕЛИ ПОВТОРНОЙ СБОРКИ
Некоторые двигатели восстанавливаются по технологии повторной сборки. Несущие части двигателя полностью разбираются и каждая из годных к эксплуатации деталей полностью восстанавливается на специализированном высокопроизводительном оборудовании. Затем производится сборка двигателя на сборочной линии — аналогично тому, как собирается двигатель на предприятии-изготовителе. Сборка двигателя производится так, как если бы все детали двигателя были новыми, а не были вынуты из уже бывшего в эксплуатации двигателя. В двигатель повторной сборки обычно ставятся новые поршни, клапаны и толкатели клапанов, а также другие части, обычно заменяемые при реконструкции двигателя. В двигателе
1В русской автомобильной терминологии этот процесс именуется капитальным ремонтом. — Примеч. ред.
246 Глава 9
Рис. 9.3. Торговый зал крупной региональной компании, занимающейся ремонтом автомобильных двигателей. Обратите внимание на то, что все двигатели закреплены болтами на деревянных поддонах и закрыты пластиковой упаковкой для отгрузки потребителю. Несущие части старого двигателя доставляются на авторемонтный завод на том же самом деревянном поддоне
повторной сборки соблюдаются такие же зазоры и посадки, как в новом двигателе. Двигатель повторной сборки по эксплуатационным характеристикам не будет ничем отличаться от нового двигателя, а обойдется примерно вдвое дешевле. На двигатели повторной сборки, как правило, устанавливается гарантия. Это значит, что при отказе такого двигателя в период действия гарантии он будет бесплатно заменен. Двигатели повторной сборки могут стоить даже меньше, чем реконструированные двигатели, потому что большая часть работы выполняется на специализированном высокопроизводительном оборудовании, а не вручную, что требует высококвалифицированного и дорогостоящего труда.
ДЕМОНТАЖ ДВИГАТЕЛЯ
Перед демонтажем необходимо произвести наружную очистку двигателя и моторного отделения. С чистым двигателем легче работать и очистка не только помогает убрать грязь с наружной поверхности двигателя, но снижает также опасность случайного повреждения двигателя при соскальзывании инструмента.
• Отсоединяют провод “массы” и вынимают из моторного отделения аккумулятор, чтобы он не мешал демонтировать двигатель. Снимают капот двигателя и укладывают на крыше кузова автомобиля, подложив под него защитные чехлы. Здесь опасность его повреждения будет наименьшей.
• Сливают охлаждающую жидкость из радиатора и двигателя, чтобы избежать случайного попада
ния ее в цилиндры при демонтаже головки блока цилиндров.
• Отсоединяют систему выпуска отработавших газов. В одних двигателях проще отсоединить выпускной(ые) коллектор(ы) от головки(вок) блока цилиндров, а в других может оказаться проще отсоединить выпускную трубу от выпускного(ых) коллектора(ов).
• Маркируют все. Приклеивают бирки с указанием мест, к которым должны быть подсоединены те или иные узлы — так, чтобы при сборке двигателя все соединения можно было легко расставить по своим местам.
• Отсоединяют все шланги системы охлаждения и трубопроводы теплообменника системы охлаждения трансмиссионного масла от радиатора. Снимают радиатор и производят его проверку и очистку перед тем как он будет установлен обратно на ходовую часть автомобиля.
При необходимости удаляют из системы кондиционирования воздуха хладоагент. Отключают компрессор кондиционера и демонтируют холодильный агрегат, при необходимости.
Возможны два варианта демонтажа двигателя.
1. Двигатель снимают с ходовой части автомобиля, поднимая его вместе с блоком трансмиссии.
2. Блок трансмиссии отсоединяют от двигателя и оставляют на ходовой части автомобиля.
Прежде всего необходимо определить, какой вариант монтажа будет использован, и только после этого приступать к демонтажу.
Под днищем автомобиля снимают карданный вал или полуоси и отсоединяют выхлопные трубы. В некоторых случаях может потребоваться отсоединить маятниковый рычаг рулевого управления, чтобы освободить место. Отсоединяют и маркируют бирками органы управления трансмиссией, кабель спидометра и рычажные механизмы управления сцеплением.
Прикрепляют стропы — цепные или канатные — к болтам крепления коллектора или крышки головки блока цилиндров наверху двигателя. Стропы закрепляют на подъемнике и подтягивают так, чтобы разгрузились опоры подвески двигателя. При этом двигатель остается стоять на опорах. (В большинстве случаев двигатели стоят на трех опорах,— по одной опоре стоит с обоих боков двигателя, и одна опора стоит позади трансмиссии или впереди двигателя). Снимается задняя поперечная балка рамы, и в автомобилях с задним приводом блок трансмиссии опускается вниз. Подъемником начинают поднимать двигатель. При подъеме двигателя из моторного отделения его передняя часть должна задираться вверх. Двигатель
Демонтаж и разборка двигателя 247
Рис. 9.4. Двигатель должен быть задран передней стороной вверх при вытаскивании из моторного отделения
Рис. 9.5. Если из моторного отделения переднеприводного автомобиля вынимается только сам двигатель, необходимо обеспечить опору для поддержки блока трансмиссии/ дифференциала. На этой фотографии показана типичная оснастка, которая может использоваться для поддержки двигателя, если демонтируется блок трансмиссии/дифференциала или для поддержки блока трансмиссии/дифференциала, если демонтируется двигатель
должен задраться, повиснув почти вертикально, — передней стороной вверх — когда блок трансмиссии выскользнет из-под днища кузова автомобиля (рис. 9.4). Двигатель с трансмиссией поднимают над кузовом автомобиля, осторожно передвигают в сторону и опускают на подготовленную площадку.
ПРИМЕЧАНИЕ
Во многих переднеприводных автомобилях двигатель опускают вниз и вынимают из-под автомобиля. См. рис. 9.5-9.10.
Рис. 9.6. Этот двигатель переднеприводного автомобиля был опущен под кузов автомобиля вместе с люлькой (подрамником) и блоком трансмиссии/дифференциала — как единый узел
РАЗБОРКА ДВИГАТЕЛЯ
Приводимая ниже процедура разборки относится главным образом к двигателям с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала. В случае двигателя с верхним расположением распределительного вала эту процедуру необходимо будет несколько скорректировать. С тем чтобы до минимума снизить опасность коробления, разбирать двигатель следует только после того, как он остынет.
Сняв крышку головки блока цилиндров, под которой находятся клапанные коромысла, мы получаем первую возможность заглянуть внутрь одного из узлов двигателя (рис. 9.11). Внимательно осмотрите все внутри, стараясь обнаружить любые следы нарушения нормального состояния этого узла. Внимательно смотрите клапанные коромысла, пружины клапанов и верхушки стержней клапанов, проверяя их на наличие явных дефектов.
Отвинтите болты и гайки крепления коллектора и снимите коллектор. Если уплотнительные прокладки прилипли к фланцам, можно отделить их с помощью плоского лезвия, например, шпателя, ведя им вдоль прокладки параллельно поверхности фланца, так чтобы она отслоилась. Делать это необходимо осторожно, чтобы при отделении прокладки не повредить поверхности фланца. После того как с V-образного двигателя сняты коллектор и экран, закрывающий развал блока
248 Глава 9
а)
б)
в)
Рис. 9.7. Обратите внимание на то, как хорошо сбалансирован этот четырехцилиндровый двигатель компании Ford (а). Заводская подъемная скоба, стоящая на заднем конце (на той стороне, где крепится корпус сцепления) двигателя (6). Заводская подъемная скоба, стоящая на переднем конце (на той стороне, где расположены приводы агрегатов) двигателя (в). Эти заводские скобы обычно расставлены продуманно, с учетом баланса и удобства использования, поскольку на заводе они используются для установки двигателя в автомобиль. После установки двигателя в автомобиль эти подъемные скобы обычно оставляют на нем, чтобы не тратить лишнее время и силы на их демонтаж
Рис. 9.8. При демонтаже двигателя необходимо обеспечить поддержку трансмиссии. Этот двигатель был демонтирован, потому что из него вытекло все масло. Это произошло из-за того, при замене масла в нем был установлен неподходящий масляный фильтр. В результате двигатель пришлось менять.
цилиндров, открывается еще одна возможность увидеть внутреннюю часть двигателя. В V-образных двигателях ряда конструкций становится возможным увидеть состояние распределительного вала, стоящего внизу развала блока цилиндров. Сняв коллектор eV-образного двигателя, возьмите на заметку все явные признаки нарушения нормального состояния узла, освободите клапанные коромысла и выньте из двигателя штанги толкателей. Если речь идет только о восстановлении клапанов, то толкатели клапанов обычно принято оставлять на своих местах. Но если проблема связана с ними, или если необходимо выполнить техническое обслуживание клапанного механизма в целом, то сейчас самое время вынуть толкатели из посадочных гнезд.
Вывинтите болты крепления головки блока цилиндров и поднимите головку блока цилиндров. Если уплотнительная прокладка прилипла, аккуратно подденьте головку, чтобы оторвать ее.
Демонтаж и разборка двигателя 249
Рис. 9.9. При демонтаже двигателя из автомобиля просмотрите все внимательно — нет ли погнутых, поврежденных или сломанных частей в моторном отделении. Эта лопнувшая опора подвески двигателя могла стать причиной чрезмерного раскачивания двигателя и вызванных этим напряжений в ходовой части автомобиля
Рис. 9.10. Будьте осторожны — не повредите при демонтаже или установке трансмиссии эти юстировочные направляющие штифты. От них полностью зависит правильность совмещения блока трансмиссии с двигателем при их состыковке
Необходимо соблюдать особую осторожность, поддевая края головки только там, где они не отделяются. Поверхность нижней плоскости головки блока цилиндров нельзя царапать. Царапины и заусенцы на этой
Рис. 9.11. Типичные отложения на крышке головки блока цилиндров
ВНИМАНИЕ
Характерной особенностью алюминиевых головок блока цилиндров является их коробление, когда в центре головка выгибается вверх. Если при раскручивании крепления головки сначала ослабляются центральные болты, это, как правило, вызывает увеличение коробления головки, особенно в том случае, когда демонтаж головки вызван необходимостью замены уплотнительной прокладки, поврежденной в результате перегрева. Раскручивание крепления головки блока цилиндров необходимо выполнять в порядке, обратном регламентированному порядку его закручивания, начиная с последнего в порядке закручивания болта и последовательно двигаясь к первому в порядке закручивания болту. Другими словами, крепеж необходимо раскручивать, начиная с крайних или внешних болтов и последовательно переходить к следующим крепежным элементам узла, двигаясь по направлению к его внутренней или центральной части.
поверхности станут причиной утечек в отремонтированном двигателе.
После того как головка блока цилиндров демонтирована, открывается доступ к камерам сгорания. Необходимо очень внимательно осмотреть нишу камеры сгорания в головке блока цилиндров и в днище поршня (рис. 9.12 и 9.13). Камера сгорания, работавшая в нормальном режиме, покрыта твердым, обесцвеченным налетом. Если камера сгорания перегревалась, налет будет очень тонким и побелевшим. См. также рис. 9.14.
УДАЛЕНИЕ УСТУПА, ОБРАЗОВАВШЕГОСЯ НА СТЕНКЕ ЦИЛИНДРА
Перед демонтажем шатунно-поршневого узла необходимо удалить уступ, образующийся на стенке
250 Глава 9
Рис. 9.12. У поршня в одном из цилиндров этого двигателя днища вообще не оказалось. Его части были обнаружены в поддоне картера
Рис. 9.13. Обратите внимание на то, насколько сильно обгорел этот выпускной клапан
цилиндра над верхним поршневым кольцом в результате износа цилиндра. Его необходимо удалить для того, чтобы при вынимании поршня из цилиндра поршневое кольцо не зацепилось за этот уступ, что привело бы к поломке поршня, как показано на рис. 9.15. Уступ на стенке цилиндра срезается с помощью специального режущего инструмента. В режущем инструменте предусмотрена направляющая-ограничитель, которая предотвращает случайное удаление лишнего слоя металла. Срезание уступа на стенке поршня необходимо производить очень аккуратно, постоянно контролируя процесс, чтобы снять ровно столько металла, сколько необходимо, и не больше. Один из вариантов инструмента для срезания уступа в верхней части цилиндра показан на рис. 9.16 и рис. 9.17.
Рис. 9.14. Разборка двигателей на конвейерной линии крупного регионального предприятия по капитальному ремонту двигателей. Это предприятие способно выпускать за день порядка двухсот двигателей повторной сборки
Рис. 9.15. Если не удалить этот уступ, образовавшийся в верхней части цилиндра, поршень может быть сломан при выталкивании его из цилиндра
ДЕМОНТАЖ ШАТУННО-ПОРШНЕВЫХ УЗЛОВ
На крышках нижних головок шатунов должна стоять маркировка (номера). В случае ее отсутствия необходимо обязательно пронумеровать шатуны поршней с помощью гравировального инструмента или нестираемого маркера (рис. 9.18).
Для демонтажа шатунно-поршневого узла проворачивают коленчатый вал двигателя до тех пор, пока демонтируемый поршень не дойдет до верхней мертвой точки (ВМТ).
Демонтаж и разборка двигателя 251
Рис. 9.16. Удаление уступа в цилиндре с помощью специального режущего инструмента, предназначенного для этой цели, перед демонтажом шатунно-поршневой группы из двигателя
ВНИМАНИЕ
Некоторые производители автомобилей предупреждают о недопустимости использования штампов и гравировального инструмента для нанесения маркировки на шатуны, изготовленные из порошкового металла.
Откручивают гайки крепления крышки нижней головки шатуна и снимают крышку нижней головки вместе с нижним вкладышем шатунного подшипника. Надевают на крепежные болты, стоящие в нижнеи головке шатуна, защитные чехлы во избежание случайного повреждения ими шеек коленчатого вала и вынимают шатунно-поршневой узел из блока.
СОСТОЯНИЕ ПОРШНЯ
Нормальный износ поршня проявляется как равномерный износ вдоль его опорных поверхностей. След нормального износа пролегает по центру опорных поверхностей, сверху вниз, как показано на рис. 9.19. Верхнее поршневое кольцо должно сидеть в канавке поршня не плотно, а немного свободно. Такой поршень обычно восстанавливают для дальнейшей эксплуатации.
Рис. 9.17. Инструмент для срезания уступа в верхней части цилиндра вынут из него после того, как уступ срезан. При ремонте двигателя на серийном ремонтном предприятии этот уступ не удаляют, потому что все цилиндры двигателя восстанавливаются путем растачивания и установки ремонтных поршней увеличенного размера
Рис. 9.18. Обратите внимание на то, что на всех шатунах поршней и крышках нижних головок шатунов стоят номера. Если на крышках коренных и шатунных подшипников заводская маркировка отсутствует, при демонтаже из двигателя их необходимо промаркировать
Повреждения вследствие перегрева
Дыры в поршнях, обгоревшие участки, сильно поврежденные участки стенки поршня, прилегающие к поршневым кольцам, и задиры являются явными свидетельствами нарушения режима работы поршня. Необходимо установить истинную причину этого.
Взрывное сгорание смеси, или детонация, вызывает обгорание поверхности поршня, распространяющееся от края днища вниз, повреждая поршневые кольца, как показано на рис. 9.20 и 9.21. Такое обгорание обычно происходит в месте, удаленном от свечи зажигания — там, где в процессе детонационною сгорания
252 Глава 9
Рис. 9.19. Нормальный износ опорной поверхности поршня. Этот поршень можно восстановить для дальнейшей эксплуатации
Рис. 9.20. Поршень, прогоревший из-за детонационного сгорания смеси. Автомобиль, в котором стоял этот двигатель, эксплуатировался без глушителей, поэтому владелец не слышал, что в нем возникла детонация (угол опережения зажигания был установлен слишком большим)
в периферийных зонах камеры сгорания происходит резкое повышение температуры. Высокая температура вызывает разупрочнение поршня, создавая предпосылки для прожигания поршня насквозь под действием высокого давления газов в камере сгорания. Обычно это происходит в центральной части днища поршня (рис. 9.22). Часто на поршне заметны следы брызг расплавленного металла. Еще одним видом повреждения,
Рис. 9.21. Мощный двигатель, стоявший в гоночном автомобиле, вышел из строя из-за детонации, которая разрушила этот поршень
вызванного перегревом, является фрикционное истирание, аналогичное тому, что показано на рис. 9.23. Оно происходит из-за того, что перегрев вызывает настолько сильное расширение поршня, что он плотно расклинивается в цилиндре. Смазка при сильном нагреве теряет вязкость и выжимается из зазора между поршнем и стенкой цилиндра. В результате возникает сухой контакт металлических поверхностей. Перегрев может быть вызван нарушением нормальной работы системы охлаждения, а также нарушением нормального режима сгорания смеси.
Отсутствие смазки, высокие температуры в камере сгорания, или неэффективная работа системы охлаждения, приводят к перегреву отдельных участков поверхности поршневых колец. Металл с перегретых участков поверхности поршневых колец переносится на стенку цилиндра, вызывая появление задиров на поверхности поршневых колец и самого поршня (рис. 9.24).
Изношенные поршневые кольца не препятствуют прорыву горячих газов из камеры сгорания через зазор между поршнем и стенкой цилиндра. Изношенные поршневые кольца не препятствуют попаданию масла
Демонтаж и разборка двигателя 253
Рис. 9.22. Сквозное отверстие в днище поршня — последствие преждевременного воспламенения смеси
Рис. 9.23. Юбка поршня, покрытая задирами, возникшими из-за перегрева и вызванного им нарушения смазки
из картера в камеру сгорания. Горячие газы, образующиеся в процессе сгорания смеси, вступая в контакт с маслом на поршневых кольцах, вызывают частичное сгорание масла. Это приводит к образованию твердого коксообразного нагара вокруг поршневых колец, в результате чего происходит заклинивание поршневых колец в канавках поршня, как показано на рис. 9.25. Если это — единственная проблема, выявленная в поршне, то для ее устранения достаточно очистить поршень.
Рис. 9.24. Абразивный износ поршневых колец, вызванный перегревом
Рис. 9.25. Поршневые кольца, заклинившие в канавках, забитых твердым коксообразным нагаром
Повреждения, вызванные коррозией
Низкие рабочие температуры вызывают образование в масле разъедающей смеси. Утечка охлаждающей жидкости в камеру сгорания приводит к возрастанию скорости коррозии. Коррозия приводит к тому, что поверхность алюминиевого поршня становится крапчатой — испещренной серыми “оспинками”. Низкие рабочие температуры связаны с режимом эксплуатации двигателя — когда автомобиль эксплуатируется в режиме коротких поездок, — или с повреждением или отсутствием термостата системы охлаждения.
Механические повреждения
Повреждение поршня может быть вызвано механическими причинами. Искривление и спиральное закручивание шатуна проявляется в виде следа наклонного, под углом к оси поршня, износа юбки поршня, показывающего, что поршень ходит не строго соосно
254 Глава 9
Рис. 9.26. Наклонный, под углом к оси, износ юбки поршня, вызванный перекосом (спиральным закручиванием) шатуна
цилиндру (рис. 9.26). А это значит, что поршневые кольца стоят с перекосом по отношению к стенке цилиндра, и поэтому не обеспечивают надлежащего уплотнения.
ПРИМЕЧАНИЕ
Если на поршне обнаружены следы диагонального износа, шатун этого поршня обязательно должен быть отремонтирован. Дополнительная информация приведена в главе 17.
Повреждение поршня может произойти из-за потери стопорного кольца поршневого пальца. Стопорное кольцо выпадает в случае повреждения канавки, в которой оно установлено, или в случае потери им жесткости. Это происходит также в случае искривления шатуна поршня, в результате чего возникает боковая нагрузка на поршневой палец, под действием которой стопорное кольцо срывается с него. При попадании стопорного кольца между поршнем и цилиндром неизбежно происходит серьезное повреждение поршня, а, скорее всего, и цилиндра. В случае такого повреждения необходим новый поршень, как показано на рис. 9.27.
В поршне могут появиться трещины, обычно они возникают в юбке или возле бобышки, через которую проходит посадочное отверстие поршневого пальца.
Рис. 9.27. Повреждение поршня из-за выскочившего стопорного кольца поршневого пальца
Рис. 9.28. Трещина в поршне
Трещины обычно возникают в поршнях двигателей, имеющих большой пробег, и вызваны перегрузкой или неудачной конструкцией поршней. Типичный пример трещины в юбке поршня показан на рис. 9.28.
Демонтаж и разборка двигателя 255
Рис. 9.29. Поршневое кольцо и канавка поршневого кольца со следами сильного износа
Рис. 9.30. Участки перемычки поршня между канавками поршневых колец, поврежденные в результате поломки поршневых колец
РАЗБОРКА ВРАЩАЮЩЕГОСЯ УЗЛА ДВИГАТЕЛЯ
Следующей операцией разборки двигателя является демонтаж водяного насоса и гасителя крутильных колебаний коленчатого вала (называемого также демпфером вибраций). Для этого выкручивают болт с шайбой, которым крепится гаситель крутильных колебаний. Гаситель крутильных колебаний необходимо снимать с коленчатого вала только с помощью винтового тянущего съемника, типа того, что показан на рис. 9.31. Использовать для этой цели съемник с крюковыми захватами, охватывающими гаситель крутильных колебании по краям, нельзя, потому что он может повредить демпфирующее кольцо гасителя крутильных колебаний. Если это произойдет, то гаситель крутильных колебаний придется заменять новым. После демонтажа гасителя крутильных колебаний снимают крышку привода механизма газораспределения, открывая доступ к зубчатой или цепной передаче. Детали привода осматривают на наличие следов чрезмерного износа или разболтанности. На рис. 9.32 показан пример изношенного цепного привода в двигателе, имеющем большой пробег. Для демонтажа цепи привода снимаются звездочки цепного привода, имеющие болтовое крепление. В некоторых типах двигателей для этого одновременно необходимо демонтировать шестерню, установленную на коленчатом валу. Шестерни и звездочки, напрессованные на вал, снимаются только в случае, если они повреждены. Их снимают после того, как распределительный вал будет вынут из блока цилиндров. Необходимо вынуть стопорные винты упорной плиты распределительного вала, если они предусмотрены в конструкции узла.
Попадание грязи в двигатель приводит к резкому ускорению его изнашивания. Грязь вызывает появление задиров на поверхности трения поршневых колец и их истирание, а также изнашивание боковых стенок поршневых колец и канавок, в которых они сидят. Грязь попадает в двигатель вместе с воздухом через дефектный фильтрующий элемент воздушного фильтра или вследствие подсоса воздуха, вызванного нарушением герметичности впускного воздуховода двигателя. Попадание грязи в масло приводит к ускоренному изнашиванию юбок поршней и канавок поршневых колец. На рис. 9.29 показан пример поршневого кольца и канавки поршневого кольца со следами сильного износа.
Поломка поршневого кольца приводит, как правило, к серьезному повреждению перемычки поршня между поршневыми кольцами — пример такого повреждения показан на рис. 9.30.
Рис. 9.31. Демонтаж гасителя крутильных колебаний с коленчатого вала с помощью съемника
256 Глава 9
Рис. 9.32. Изношенная цепь привода в двигателе, имеющем большой пробег. Обратите внимание на то, что цепь могла "проскакивать" зубья маленькой звездочки, установленной на коленчатом валу, на нижнем участке звездочки, где она контактирует с меньшим числом зубьев. Обратите также внимание на то, что автомеханик после демонтажа детали двигателя вернул все крепежные болты на свои места. Такой порядок работы позволяет избежать потери или повреждения болтов и гаек
Демонтаж распределительного вала
Теперь можно демонтировать распределительный вал, но это можно сделать также и после демонтажа коленчатого вала.
Распределительный вал необходимо демонтировать из блока осторожно, чтобы не повредить подшипники и кулачки распределительного вала. Проще всего сделать это, поставив двигатель вертикально — передней стенкой вверх. Опорные поверхности подшипников распределительного вала не отличаются особой твердостью и их легко поцарапать, а кулачки распределительного вала, наоборот, твердые и потому на них легко возникают сколы.
Демонтаж коленчатого вала
Перед тем как снимать крышки коренных подшипников, необходимо проверить наличие на них маркировки, указывающей их посадочные места и правильное размещение на них. Крышки подшипников обрабатывались в сборе с блоком и должны устанавливаться только на свои места. После нанесения маркировки крышки снимают, чтобы вынуть коленчатый вал. Вынув коленчатый вал из блока цилиндров, крышки и подшипники ставят обратно на свои места, чтобы уменьшить опасность их повреждения.
Осмотр блока цилиндров
После демонтажа поршней и коленчатого вала тщательно осматривают блок цилиндров на наличие явных дефектов в конструкции блока, например, трещин — пример такого блока цилиндров показан на рис. 9.33. После тщательной очистки деталей производится повторный, более детальный осмотр.
Разборка головки блока цилиндров
После того, как головки блока цилиндров демонтированы и разложены на верстаке, из них вынимают клапаны. Для того чтобы снять замок опорной тарелки пружины клапана (сухарики) с помощью специального приспособления для сжатия пружин фиксируют пружину в сжатом состоянии. Пример одного из вариантов такого устройства показан на рис. 9.34. На крупных ремонтных предприятиях, постоянно выполняющих ремонт клапанов, используются устройства для сжатия пружины клапана с пневматическим приводом.
Рис. 9.33. В этом блоке цилиндров, после того как из него были вынуты поршни, была обнаружена трещина в стенке одного из цилиндров. Эта трещина неремонтопригодна, поэтому не остается ничего другого, как только отправить этот блок цилиндров в металлолом
Демонтаж и разборка двигателя 257
Рис. 9.34. Устройство для сжатия пружины клапана используется для того, чтобы снять с узла клапана замок опорной тарелки пружины (сухарики)
Рис. 9.36. Прежде чем вынимать клапан из головки блока цилиндров, обязательно снимите с его стержня заусенцы. Если не сделать этого, то заусенцы могут повредить направляющую втулку клапана. Брызните в зазор между стержнем и направляющей втулкой клапана немного жидкости для очистки карбюратора — вынуть клапан станет легче
Рис. 9.35. При использовании устройства для сжатия пружины клапана надо снимать замок опорной тарелки, чтобы не уронить сухарики. Очень удобно для этой процедуры использовать магнит. При установке сухариков на место многие автомеханики используют консистентную смазку, за счет которой сухарики удерживаются на своем месте во время ослабления пружины
низма. Перед тем как вынимать клапан из направляющей втулки, напильником или шлифовальным камнем слегка прошлифовывают кромки на верхушке стержня клапана в том месте, где стояли сухарики, как показано на рис. 9.36, чтобы удались заусенцы. Если не сделать этого, то заусенцы поцарапают поверхность направляющей втулки клапана.
После того как все клапаны вынуты таким же самым способом, пружины клапанов, опорные тарелки пружин, замки опорных тарелок пружин (сухарики) и седла клапанов необходимо еще раз внимательно осмотреть. Необходимо зафиксировать все явные повреждения. Те детали, которые явно не подлежат восстановлению, необходимо пометить и отложить отдельно для последующего документирования и диагностики дефектов (рис. 9.37 и 9.38). Процедуры технического обслуживания клапана и головки блока цилиндров описаны в главах 13 и 14.
Там, где такие работы выполняются время от времени, используются устройства для сжатия пружины клапана с механическим приводом. Сняв с клапана замок опорной тарелки (сухарики) отпускают устройство сжатия пружины и снимают опорную тарелку пружины и пружину клапана (рис. 9.35). Пружина снимается с головки блока цилиндров вместе с подложенными под нее регулировочными шайбами. Необходимо сохранить тот порядок, в котором эти детали стояли в головке блока цилиндров, чтобы получить дополнительную информацию, которая позволит установить точную причину нарушения, выявленного в работе клапанного меха-
ОБМЕН ОПЫТОМ
Справочник Холландера (Hollander) по взаимозаменяемости деталей
Те, кто занимаются автомобилями, разбитыми в результате
аварии, руководствуются, как правило, справочным руководством Холландера по взаимозаменяемости деталей — Hollander Interchange Manual, В этом ежегодном издании каждой детали автомобиля присвоен отдельный номер. Если деталь или узел, например, двигатель или агрегат двигателя, от одного автомобиля имеет одинаковый номер с аналогичной деталью или узлом от другого автомобиля, то эти части — взаимозаменяемы (рис. 9.39).
258 Глава 9
ОБМЕН ОПЫТОМ 3
--- ---------------------
Пометьте, чтобы не перепутать
Что бы вы ни разбирали, всегда имеет смысл пометить, в каком месте должны стоять те или иные детали, болты, шланги и другие части, которые могут быть собраны неправильно. Помните о том, что та деталь, которая снимается первой, при сборке будет устанавливаться последней. Если вам кажется что вы может запомнить, куда все ставится — не тешьте себя иллюзиями! Это нереально.
Один из популярных способов маркировки — перед тем как снимать деталь, пометить, откуда она снимается, с помощью жидкости-корректора документов (рис. 9.40). Большинство таких составов представляют собой спиртовые или водные растворы, они быстро сохнут и их удобно наносить с помощью кисточки, которая стоит под крышкой пузырька.
Рис. 9.39. Справочное руководство Холландера по взаимозаменяемости деталей — Hollander Interchange Manual— выпускается как для автомобилей, производимых в США, так и для импортных автомобилей
Рис. 9.37. После того, как был вынут этот впускной клапан, причина, по которой двигатель работал плохо и расходовал много масла, стала очевидной. Уплотнительные манжеты стержней клапанов (маслосъемные колпачки) пропускали масло в камеру сгорания, и стержни клапанов были покрыты толстым слоем коксообразного нагара, в результате чего двигатель при разгоне работал с перебоями
Рис. 9.40. Жидкостью-корректором для документов удобно маркировать части узла перед его разборкой
Рис. 9.38. Как только эта головка блока цилиндров была демонтирована, сразу же стали видны ее дефекты. Ремонт этого двигателя уже не ограничится простой заменой уплотнительной прокладки, как предполагалось ранее, и обойдется соответственно дороже
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. При повреждении двигателя возможны следующие варианты его восстановления — ремонт, обработка клапанов, переборка двигателя или замена его целиком.
2. Неполный блок — это узел блока цилиндров в комплекте с поршнями и коленчатым валом. В полный блок цилиндров, помимо указанных выше частей, входят также головки блока цилиндров.
3. При подъеме двигателя необходимо использовать заводские подъемные скобы, стоящие на нем.
4. Демонтаж головок блока цилиндров допускается производить только после полного остывания двигателя. Необходимо откручивать болты крепления головки обязательно в порядке, обратном регламентированному в таблице их закручивания, начиная с болта, который закручивался последним,
Демонтаж и разборка двигателя 259
и двигаясь в обратном порядке к болту, который был закручен первым. Такая последовательность откручивания болтов крепления позволяет предотвратить коробление головки блока цилиндров при ее демонтаже
5. Перед тем, как вынимать из цилиндра шатунно-поршневой узел, необходимо срезать уступ, образовавшийся на стенке в верхней части цилиндра в процессе эксплуатации двигателя.
6. Крышки шатунных и коренных подшипников при демонтаже должны быть промаркированы, с тем, чтобы не перепутать их и поставить на свои места в прежнем положении при сборке двигателя.
7. Перед тем как вынимать клапан из головки блока цилиндров, необходимо с помощью напильника снять заусенцы со стержня клапана, чтобы они не повредили направляющую втулку клапана.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Опишите, в чем заключается обработка клапанов.
2. Объясните, в чем заключаются различия между частичной и полной переборкой двигателя.
3. Что означает калькирование двигателя?
4. Когда необходимо использовать подъемные скобы, установленные на двигатель на заводе-изготовителе?
5. Для чего предназначены юстировочные направляющие штифты, стоящие на задней стенке большинства двигателей.
6. Объясните, почему, прежде чем продолжать разборку двигателя, необходимо измерить конусность и овальность отверстий цилиндров.
7. Укажите две причины, по которым необходимо обязательно удалить уступ, образовавшийся в верхней части цилиндра.
8. Объясните, почему, прежде чем вынимать клапан из головки блока цилиндров, необходимо обязательно удалить с его стержня заусенцы.
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. Обработка клапана заключается в.
а. Демонтаже и замене головки(ок) блока цилиндров.
б. Шлифовке клапана для предотвращения утечки через него.
в. Замене изношенных и поврежденных деталей, если это необходимо.
г. Верно все сказанное выше.
2. Калькирование означает.
а. То же самое, что и частичная переборка двигателя.
б. То же самое, что и полная переборка двигателя.
в. Переборка двигателя с точной подгонкой и балансировкой всех деталей друг к другу.
г. Покраска двигателя после переборки в синий цвет.
3. Неполный блок превращается в полный блок, если добавить в него.
а. Головки блока цилиндров и клапанные механизмы.
6. Впускные и выпускные коллекторы.
в. Масляный насос, поддон картера и крышку цепи привода механизма газораспределения.
г. Топливный насос, карбюратор и узел фильтрации воздуха.
4. На заводе-изготовителе подъемные скобы ставятся на двигатель для того, чтобы.
а. Двигатель был легче вынуть из автомобиля при ремонте.
б. Установить двигатель в автомобиль в процессе сборки на заводе-изготовителе.
в. Подъемные скобы являются частью двигателя и их нельзя снимать с него.
г. Они облегчают техническое обслуживание верхней части двигателя.
5. Сняв крышку головки блока цилиндров, автомеханик может произвести осмотр всех деталей, за исключением .
а. Осмотра камер сгорания на наличие отложений нагара.
б. Осмотра клапанных коромысел и пружин клапанов.
в. Осмотра распределительного вала (это относится только к двигателям с верхним расположением распределительного вала).
г. Осмотра стержней клапанов и штанг толкателей клапанов (это относится только к двигателям с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала).
6. После демонтажа поддона картера (маслоотстой-ника) необходимо произвести осмотр. а. Масляного насоса и фильтра маслозаборника.
б. Проверить, чтобы все шатунные и коренные подшипники были пронумерованы или промаркированы.
в. Проверить толкатели клапанов на степень износа.
г. Выполнить проверки по пунктам а и 6.
260 Глава 9
7. Уступ в верхней части цилиндра.
а. Образуется в процессе износа стенки цилиндра под действием поршневых колец.
6. Образуется в результате дефекта верхнего поршневого кольца, которое неправильно прилегает к стенке цилиндра.
в. Необязательно удалять перед тем, как вынимать из цилиндра шатунно-поршневой узел — за исключением случая, когда производится повторная расточка цилиндров.
г. Означает, что коленчатый вал, который работал в двигателе, не обеспечивал правильного хода поршня.
8. Прежде чем производить проверку и демонтаж цепи привода газораспределительного механизма необходимо демонтировать следующую(ие) деталь(и).
а. Крышку головки блока цилиндров.
6. Гаситель крутильных колебаний.
в. Головку(и) блока цилиндров.
г. Впускной коллектор (это относится только к V-об-разным двигателям).
9. Какие операции необходимо выполнить, перед тем как вынимать клапан из головки блока цилиндров?
а. Снять замок опорной тарелки пружины клапана (сухарики).
6. Снять головку(и) блока цилиндров с двигателя.
в. Удалить заусенцы с поверхности стержня клапа-на(ов).
г. Верно все сказанное выше.
10. Механик А считает, что неполную переборку двигателя зачастую можно произвести, не демонтируя двигатель из автомобиля. Механик Б считает, что для двигателей повторной сборки, в большинстве случаев, требуются только литые несущие части от старых двигателей. Кто из них прав?
а. Только механик А.
б. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
ГЛАВА
Очистка двигателя, дефектоскопия и ремонт трещин в деталях двигателя
Цель главы 10 — научить читателя:
1. Знать технологии очистки двигателя.
2. Знать, как производится химическая очистка деталей.
3. Знать, до каких температур допускается нагревать детали двигателя с целью их очистки.
4. Знать методы дефектоскопии трещин в деталях двигателя.
5. Знать технологии ремонта трещин в деталях двигателя.
^1юбая технология очистки призвана восстановить первоначальный внешний вид детали. Чтобы тщательно очистить каналы охлаждения в блоке цилиндров и головке блока цилиндров, необходимо вынуть из них пробки. Об этом читайте в заметке'Ъынуть пробку поможет парафин" в рубрике ОБМЕН ОПЫТОМ.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА
Механические способы очистки включают очистку с помощью скребков, щеток и обдувкой потоком абразивных частиц (так называемая пескоструйная очистка). Механические способы очистки следует использовать крайне осторожно при очистке мягких металлов. Прочные отложения, не удаленные при химической очистке, придется удалять механическими способами.
В качестве инструмента для соскабливания загрязнений используется шпатель (рис. 10.3). Отложения отделяются от очищаемой поверхности путем поддевания их лезвием шпателя. Лучше всего очистка шпа-
ОБМЕН ОПЫТОМ
Вынуть пробку поможет парафин
Перед тем как приступать к всесторонней очистке блока цилиндров, из него необходимо вынуть все пробки масляных магистралей. Для облегчения этой работы используется известный способ — пробка (но не стенка блока, в которую она вкручена) прогревается с помощью кислородно-ацетиленовой горелки. При нагреве пробка расширяется и сильнее врезается в стенки отверстия. Нагревать пробку нужно осторожно, чтобы не перегреть ее (рис. 10.1).
Когда нагретая пробка начнет остывать, прижмите к ней кусок парафина (для этой цели можно использовать также пчелиный воск или восковую свечу) (рис. 10.2). Парафин, расплавляясь, будет за счет капиллярного эффекта затекать в промежуток между витками резьбы, когда в процессе остывания пробка станет сжиматься. После полного остывания пробка легко выкручивается.
телем подходит для плоских поверхностей, например поверхности прилегания уплотнительной прокладки и головки поршня. Широкое лезвие шпателя не царапает поверхности при ее очистке.
Для очистки неровных поверхностей используются проволочные щетки. Для очистки наружных поверхностей блока цилиндров и головки блока цилиндров используется ручная щетка. Круглая проволочная щетка, закрепленная в дрели, хорошо очищает камеры сгорания и неровные поверхности головки. Для очистки клапанов можно использовать проволочный диск (рис. 10.4 и 10.5).
ВНИМАНИЕ
Не допускается очищать с помощью стальной проволочной щетки алюминиевые поверхности. Сталь обладает более высокой твердостью, чем алюминий, и очистка стальной проволочной щеткой приведет к повреждению алюминиевой поверхности.
262 Глава 10
Рис. 10.1. Прогрев пробок масляной магистрали в блоке цилиндров восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet
Рис. 10.3. Механическая очистка с помощью шпателя и аналогичных инструментов позволяет удалить нагар и отложения загрязнений
Рис. 10.2. К прогретой пробке прикладывается кусок парафина. Обратите внимание на то, что в данном случае парафин испаряется. Это указывает на то, что пробка еще слишком горячая. Для того чтобы парафин затекал в промежуток между витками резьбы пробки, он должен расплавляться, но не испаряться
Рис .10.4. Очистка камеры сгорания с помощью круглой проволочной щетки
ХИМИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОЧИСТКИ
Химические моющие вещества вступают в реакцию с загрязнениями и растворяют их. При обработке моющими средствами загрязнения разрыхляются и легко очищаются и смываются с поверхности детали. Отложения, растворяющиеся под действием химических веществ или растворителей, называются растворимыми.
Большинство моющих средств, используемых для очистки от коксообразных отложений, являются концентрированными мылами,или щелочами.Химическая активность веществ оценивается водородным показателем, pH, который изменяется в диапазоне от 1 до 14.
Очистка двигателя, дефектоскопия и ремонт трещин в деталях двигателя 263
Рис. 10.5. Очистка клапана от нагара с помощью вращающегося проволочного диска
Термин pH — это аббревиатура французского термина pouvoir hydrogine, означающего “водородная активность” Чистая вода является нейтральным веществом и имеет показатель pH 7. Щелочи имеют pH от 8 до 14. Чем выше число, тем выше щелочная активность вещества. Кислоты имеют pH от 6 до 1. Чем ниже число, тем выше кислотная активность вещества. Щелочи и кислоты взаимно нейтрализуются. Например, для очистки наружной поверхности аккумулятора от следов кислоты используется питьевая сода (гидрокарбонат натрия). Питьевая сода, обладающая щелочными свойствами, нейтрализует серную кислоту, пролитую или выплеснувшуюся на корпус аккумулятора.
ВНИМАНИЕ
Работая с химическими веществами обязательно защищайте глаза защитными очками.
Химическая очистка может выполняться путем струйной промывки или путем выдержки очищаемой детали в ванне с холодным или горячим раствором. Очищающие растворы обычно приготавливаются на основе растворителей, и имеют pH от 10 до 12. В большинство химических растворов входят также силикаты для защиты металла (алюминия) от коррозии. Концентрированные щелочи превосходно очищают чугунные поверхности, но для алюминиевых деталей они, зачастую, являются слишком едкими. Для очистки алюминия используются составы на основе уайт-спирита с щелочными моющими добавками.
ВОДНЫЕ МОЮЩИЕ РАСТВОРЫ
По соображениям экологической безопасности химическая очистка сейчас производится главным обра-
ВНИМАНИЕ
При очистке алюминиевых головок блока цилиндров, блоков цилиндров и других деталей двигателя, убедитесь, что используемые химические средства относятся к категории "aluminum safe", т.е. не оказывают химического воздействия на поверхность алюминиевых изделий. Многие химические средства, не относящиеся к категории "aluminum safe" могут при их использовании привести к тому, что поверхность алюминия приобретет черный цвет. Попробуйте объяснить это клиенту!
зом с использованием водных растворов химических средств (или растворов на водной основе). Химические вещества на водной основе, в большинстве своем представляют собой силикаты,растворимые в воде.Очистка деталей водными растворами производится струйной промывкой или выдержкой в ванне с моющим раствором. Алюминиевые головки и блоки цилиндров для их очистки требуется обычно выдерживать в ванне всю ночь при температуре раствора порядка 190°Ф (90°С). Для максимально качественной очистки раствор необходимо постоянно перемешивать.
СТРУЙНАЯ ПРОМЫВКА
В моечной установке на очищаемое изделие из многочисленных форсунок направляются струи моющего раствора под высоким давлением, сбивающие грязь и въевшиеся отложения с его поверхности. Высокое давление струй в сочетании с химическим действием очищающего раствора смывает с поверхности изделия все отложения. Струйная промывка, как правило, осуществляется в закрытой камере (аналогично посудомоечной машине), в которой очищаемые изделия вращаются на поворотной платформе.
Струйная промывка занимает меньше времени, чем очистка погружением в раствор. Типичная длительность цикла струйной промывки — менее 30 минут на одну партию, по сравнению с более чем 8-ю часами, требующимися на очистку погружением в ванну с моющим раствором. Струйная промывка производится раствором нагретым, как правило, до температуры 160-180°Ф (70-85°С) — с добавкой подавителей пено-образования. На крупных ремонтных предприятиях для очистки деталей разобранных двигателей используются промышленные моечные установки (рис. 10.6).
ОЧИСТКА ПАРОМ
Пароструйные моечные установки представляют собой особый класс струйного моечного оборудования. На очищаемое изделие направляется под высоким давлением струя перегретого пара, смешанного с водой. Высокая температура пара в сочетании
264 Глава 10
Рис. 10.6. Партия коленчатых валов загружается в мощную установку химической очистки на большом ремонтном предприятии
Рис. 10.7. Головки блока цилиндров, прошедшие очистку в пиролитической нагревательной установке. Термин пиролитический означает нагрев органических соединений до очень высокой температуры. После такой обработки остается только пыль. На большинстве ремонтных предприятий используется этот метод очистки, потому что при его использовании не образуется опасных отходов
с реактивной силой водной струи высокого давления очищают поверхность изделия. Обычно в пар и воду добавляется каустическое моющее средство для усиления эффекта очистки. Эта смесь обладает столь высокой активностью, что способна повредить или даже снять красочное покрытие, поэтому окрашенные поверхности должны быть защищены от действия пароводяной струи. Двигатели, перед тем как демонтировать их с шасси автомобиля, часто подвергают очистке паром.
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА
Термическая очистка заключается в нагреве изделия до такой высокой температуры, при которой загрязнения испаряются и обугливаются, превращаясь в пепел. Термическая очистка более всего подходит для чугунных изделий, нагреваемых до высокой — порядка 800°Ф (425°С) — температуры. В то же время алюминий нельзя нагревать до температуры выше 6ОО°Ф (315°С).
Термическая очистка обладает следующими важными достоинствами.
1. Она обеспечивает всестороннюю— как снаружи, так и изнутри — очистку блоков и деталей.
2. В результате нагрева образуются безопасные, легко утилизируемые шлаки.
Но нагрев в термокамере обычно приводит к тому, что металл окрашивается цветами побежалости или становится тусклым. Для восстановления надлежащего внешнего вида изделия требуется, как правило, дополнительная дробеструйная обработка
В пиролитической (высокотемпературной) нагревательной установке детали двигателя очищаются путем разложения загрязнений, смазок и прокладок в процессе высокотемпературного нагрева. Этот метод очистки деталей двигателей становится самым распространенным, потому что при его использовании не образуется опасных отходов. Трудозатраты также снижаются, поскольку процесс очистки идет автоматически, не требуя постоянного контроля со стороны персонала (рис. 10.7).
ОЧИСТКА ПОГРУЖЕНИЕМ В НЕПОДОГРЕВАЕМЫЙ МОЮЩИЙ РАСТВОР
Очистка погружением в неподогреваемый раствор используется для обезжиривания и удаления сажи с изделий. Детали разобранного двигателя погружаются в ванну с химическим моющим раствором — очищаемые изделия должны быть полностью покрыты раствором. После выдержки в растворе в течение установленного времени детали выгружаются из ванны и промываются до тех пор, пока эмульсия не станет молочно-белой. Затем промытые детали высушиваются сжатым воздухом. Чистые, высушенные детали покрывают обычно тонким слоем чистого минерального масла для защиты от ржавления. Одним из наиболее широко используемых моющих средств, применяемых в автомастерских для очистки погружением в ванну с неподогреваемым раствором, является средство для очистки карбюраторов. Обычно поверхность слоя химического реагента покрывается слоем воды для предотвращения его испарения. Такой слой воды называется гидрозатвором.
Очистка двигателя, дефектоскопия и ремонт трещин в деталях двигателя 265
Вместо отмывочных ванн часто используются моечные установки, в которых детали постоянно “полощутся” в растворе или раствор постоянно прокачивается через ванну. Такое перемешивание обеспечивает постоянное освежение раствора, контактирующего с поверхностью деталей, способствуя их очищению. Моечная установка обычно оснащена предохранительной крышкой с низкотемпературным плавким фиксатором. В случае возгорания раствора фиксатор расплавляется и крышка опускается на ванну, гася пламя.
ОЧИСТКА ПОГРУЖЕНИЕМ
В ПОДОГРЕВАЕМЫЙ МОЮЩИЙ РАСТВОР
Очистка погружением в ванну с горячим моющим средством (рис. 10.8) используется для удаления плотных органических отложений и ржавчины с поверхности чугунных и стальных изделий. Каустический моющий раствор, используемый в этом методе очистки, нагревают до температуры около 200°Ф (93°С) для усиления его действия.
При очистке алюминиевых деталей раствор необходимо обязательно ингибировать. После разрушения отложений детали выгружаются из ванны и промываются струей воды или пара для удаления загрязнений. Нагретые детали быстро высыхают. Их необходимо покрыть тонким слоем чистого минерального масла для защиты от ржавления.
а)
СОВЕТ
Для качественной защиты от ржавления лучше всего покрывать металлические детали маслом с помощью аэрозольного распылителя, создающего масляный туман.
6)
Рис. 10.8. Струйная моечная установка по конструкции аналогична большой посудомоечной машине
ОЧИСТКА В ПАРАХ РАСТВОРИТЕЛЯ
В некоторых автомобильных мастерских популярностью пользуется очистка в парах растворителя. Очищаемые детали развешиваются над емкостью, наполненной горячим раствором перхлорэтилена. Горячие пары перхлорэтилена разрушают загрязнения на поверхности металла, после чего детали можно очистить от отслоившихся загрязнений, сдув, стерев или смыв их с поверхности деталей.
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОЧИСТКА
Ультразвуковой очистке подвергают мелкие детали, которые необходимо сделать абсолютно чистыми,— например, такие детали, как гидравлические толкатели и топливные форсунки дизельных двигателей. Разобранные детали погружаются в ультразвуковую ванну с очищающим раствором. Под действием
ультразвука, возбуждаемого в моющем растворе, все загрязнения отделяются от поверхности очищаемых деталей, переходя в раствор или оседая на дне ванны.
ВИБРАЦИОННАЯ ОЧИСТКА
Вибрационная очистка лучше всего подходит для небольших изделий. Детали загружаются в вибрационную ячейку с мелкими керамическими или стальными кусочками неправильной формы, которые называются рабочей средой, заполненную очищающим раствором — уайт-спиритом или водным раствором моющего средства. В состав очищающего раствора обычно входит присадка, облегчающая скольжение частиц рабочей среды в растворе. Под действием моющего раствора и механического действия вибрирующих частиц рабочей среды, соскребающих загрязнения с поверхности деталей, происходит превосходная очистка металла.
266 Глава 10
Рис. 10.9. Дробеструйная обработка стеклянной дробью поверхности головки блока цилиндров
ДРОБЕСТРУЙНАЯ ОБРАБОТКА
После очистки чугунных и алюминиевых деталей двигателя с помощью растворителей или высокотемпературного нагрева обычно приходится выполнять еще одну технологическую операцию, необходимую для придания поверхностям деталей гладкости. Дробеструйная обработка поверхности стальной, чугунной, алюминиевой дробью, дробью из нержавеющей стали или стеклянной дробью позволяет легко придать поверхности деталей матовый или глянцевый блеск (рис. 10.9). Во избежание прилипания дробинок обрабатываемые детали перед дробеструйной обработкой должны быть высушены и полностью очищены от масла или смазки. Это означает, что дробеструйная обработка является вторым этапом очистки деталей, который выполняется только после того, как они пройдут очистку в ванне, струйной установке или пиролитической камере.
Дробеструйная обработка выполняется автоматически в дробеструйной установке с безвоздушным распылением дроби или с помощью воздушного распылителя в герметизированной камере.
ВНИМАНИЕ
Стеклянная дробь часто остается во внутренних каналах деталей двигателя, откуда позднее, в процессе эксплуатации, она может попасть в цилиндры. В числе других мест, эти крошечные, но разрушительные крупинки могут легко попасть под маслоотражатели клапанных коромысел, в масляные поддоны и канавки поршневых колец. Во избежание налипания стеклянной дроби на обрабатываемые поверхности необходимо, чтобы детали были полностью очищены от смазки и грязи и были абсолютно сухими.
Рис. 10.10. Для проверки того, что след на стенке цилиндра представляет собой трещину, в охлаждающую рубашку был подан сжатый воздух и на поверхность цилиндра был нанесен мыльный раствор. Пузырьки воздуха подтвердили, что след на стенке цилиндра, несомненно, является трещиной
ВИЗУАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ
После того как детали полностью очищены, необходимо осмотреть их на наличие дефектов. Обнаружить мелкие дефекты помогает увеличительное стекло. Самые ответственные детали должны быть проверены на отсутствие трещин с помощью специальных приборов магнитной и проникающей дефектоскопии. Внутренние детали, такие как поршни, шатуны и коленчатые валы, при обнаружении трещин подлежат замене. Трещины в блоке цилиндров и головке блока цилиндров часто удается отремонтировать. Технологии ремонта таких дефектов описаны в последующих разделах (рис. 10.10).
МАГНИТНАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ ТРЕЩИН
Метод проверки на наличие трещины с использованием магнитного поля имеет общепринятое название — магнитопорошковая дефектоскопия. Визуальным осмотром часто бывает невозможно обнаружить трещины в блоке цилиндров, головке блока цилиндров, коленчатом валу и других деталях. Именно по этой причине на ремонтных предприятиях и моторостроительных заводах широко используются специальные методы для проверки на отсутствие трещин всех ответственных деталей двигателя.
Метод контроля с использованием магнитного поля чаще всего используется для контроля стальных и чугунных деталей. Металлическая деталь двигателя (например, чугунная головка блока цилиндров) вносится в магнитное поле, создаваемое мощным электромагнитом. Силовые линии магнитного поля легко пронизы-
Очистка двигателя, дефектоскопия и ремонт трещин в деталях двигателя 267
Рис. 10.11. Эта трещина в блоке цилиндров старого восьмицилиндрового V-образного двигателя Ford 289 была сделана, по-видимому, автомехаником, слишком усердно пытавшимся выкрутить пробку из блока. Он должен был бы прогреть перед этим пробку и пропитать резьбу парафином — не только для того чтобы облегчить себе работу, но и для того, чтобы уберечь двигатель от повреждения
Рис. 10.12. Магнитопорошковыи контроль, выполняемый на крупном ремонтном предприятии
вают чугун. Концентрация силовых линий магнитного поля возрастает на краях трещины. На поверхность проверяемой детали напыляется тонкодисперсный железный порошок, который скапливается в том месте, где концентрация силовых линий магнитного поля выше — по краям трещины (рис. 10.11-10.14).
Рис. 10.13. Светлый железный порошок концентрируется по краям трещин. На этой фотографии видна трещина в седле выпускного клапана, обнаруженная при проверке головки блока цилиндров
КОНТРОЛЬ МЕТОДОМ ПРОНИКАЮЩЕГО КРАСИТЕЛЯ
Контроль методом проникающего красителя используется для дефектоскопии поршней и других деталей, изготовленных из алюминия или другого немагнитного материала. Сначала на проверяемый участок поверхности разбрызгивается темно-красный проникающий краситель. После очистки на проверяемый участок поверхности напыляется белый порошок. При наличии трещины сквозь белый слой в месте дефекта проступит след красителя. Хотя этот метод применим также для контроля деталей, изготовленных из чугуна и стали (магнитных материалов), но обычно он применяется для контроля только изделий из немагнитных материалов, потому что методы магнитной дефектоскопии для их контроля непригодны.
КОНТРОЛЬ МЕТОДОМ ПРОНИКАЮЩЕГО ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО ВЕЩЕСТВА
Флуоресцентный проникающий состав светится при облучении его ультрафиолетовыми лучами. Этот метод применим для контроля деталей из стали, чугуна и алюминия. Общепринятое название этого метода — Zyglo, является торговой маркой корпорации Magnaflux Corporation. При ультрафиолетовом освещении в тех местах, где имеются трещины, видны яркие линии.
268 Глава 10
а)
Рис. 10.14. Прибор для магнитопорошковой дефектоскопии (а). Так выглядит трещина в стенке цилиндра после того, как на стенку был нанесен мелкодисперсный железный порошок (публикуется с любезного разрешения компании George Olcott Company) (6)
КОНТРОЛЬ ПОВЫШЕННЫМ ДАВЛЕНИЕМ
Головки блока цилиндров и блоки цилиндров часто испытывают на наличие утечек под давлением сжатого воздуха. Все каналы охлаждения запечатываются резиновыми пробками или прокладками и в водяную рубашку(и) подается сжатый воздух от компрессора. Проверяемая головка или блок цилиндров погружается в воду и воздушные пузырьки указывают места утечек. Для большей точности результатов контроля вода должна быть горячей. Под воздействием горячей воды отливка расширяется примерно настолько же, как и в работающем двигателе.
Рис. 10.15. Контроль повышенным давлением блока цилиндров восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet с использованием горячей воды. Головки блока цилиндров также проверяются под давлением на аналогичном оборудовании. Под действием горячей воды металлические детали расширяются и малейшие утечки обнаруживаются легче, чем в случае, когда при контроле повышенным давлением используется холодная вода
Альтернативный метод заключается в пропускании через цилиндр или блок горячей воды с растворенным в ней красителем. Просочившаяся вода указывает места трещин (рис. 10.15-10.17).
РЕМОНТ ТРЕЩИН
Трещины в блоке цилиндров могут привести к тому, что охлаждающая жидкость будет попадать в масло, или наоборот, масло будет попадать в охлаждающую жидкость. Трещина в блоке может привести также к утечке охлаждающей жидкости из двигателя. Трещины в головке блока цилиндров могут привести к попаданию охлаждающей жидкости в двигатель или к прорыву выхлопных газов в канал охлаждения. Трещины в седле клапана вызывают его неравномерный на1рев, что приводит к обгоранию рабочей фаски клапана в местах перегрева. Головку с трещиной необходимо либо заменить, либо отремонтировать. Пример головки с трещиной показан на рис. 10.18. Широко используются две технологии ремонта трещин — заваривание и зачеканивание пробками.
ПРИМЕЧАНИЕ
Чтобы остановить развитие трещины, на обоих ее концах просверливаются отверстия. Эта операция называется стопорным сверлением. Если трещина не пересекает маслопроводных каналов, болтовых отверстии или повер хностей уплотнений, то в ряде случаев ее можно просто застопорить, и дальше не ремонтировать.
Очистка двигателя, дефектоскопия и ремонт трещин в деталях двигателя 269
а)
6)
Рис. 10.16. Алюминиевая головка блока цилиндров проверяется на наличие трещин в каналах охлаждения. Головка готовится к проведению испытаний (а). В головку, полностью погруженную в воду, подается сжатый воздух и контролируется появление пузырьков воздуха из трещин в корпусе головки (6)
Рис. 10.17. Головка блока цилиндров находится под водой и проверяется под давлением с помощью подаваемого в нее сжатого воздуха. На фотографии видны пузырьки воздуха, указывающие место трещины
ЗАВАРИВАНИЕ ТРЕЩИН В ЧУГУННЫХ ДЕТАЛЯХ
Заваривание трещины в чугуне требует высокого мастерства. Чугун при местном нагреве не плавится и не растекается, как сталь. В массивных чугунных деталях, таких как головка блока цилиндров и блок цилиндров, тепло растекается от места заваривания так быстро, что трудно нагреть трещину настолько, чтобы металл потек и она заварилась. Но, даже если удается расплавить металл в месте трещины, она часто снова разрастается до края сварного шва. Надежно заварить трещину можно только в том случае, если раскалить всю отливку докрасна.
На рис. 10.19 показан новый метод сварки чугуна с использованием специальной сварочной головки.
Рис. 10.18. После очистки, перед тем как приступать к механической обработке ответственных деталей двигателя, всесторонне проверьте их на наличие невидимых трещин и других повреждений. Перед восстановлением таких литых деталей двигателя, как, например, головки блока цилиндров, они обязательно должны быть проверены с помощью методов дефектоскопии
270 Глава 10
а)
в)
6)
г)
Рис. 10.19. Перед свариванием трещина разделывается с помощью твердосплавного инструмента (а). Механик, перед тем как приступить к завариванию трещины в головке блока цилиндров, тренируется в обращении со специальной сварочной горелкой для сварки чугуна (6). Заваренная трещина перед механической обработкой (в). Отремонтированная головка блока цилиндров — трещина в головке заварена и зашлифована (г)
ЗАВАРИВАНИЕ ТРЕЩИН В АЛЮМИНИЕВЫХ ДЕТАЛЯХ
Трещины в алюминии завариваются дуговой сваркой в среде гелия, с помощью сварочного аппарата Heli-arc* или другого аналогичного ему сварочного оборудования, специально предназначенного для сваривания алюминия (рис. 10.20). Перед завариванием трещина должна быть разделана механическим вырезанием или выплавлена. Если трещина проходит рядом с камерой сгорания или в ней, то необходимо удалить из камеры старое седло клапана.
РЕМОНТ ТРЕЩИН ПУТЕМ ЗАЧЕКАНИВАНИЯ ПРОБКАМИ
В процессе ремонта трещина зачеканивается перекрывающими друг друга коническими пробками.
Концы трещины накерниваются и рассверливаются с помощью соответствующего по размеру сверла под резьбу пробки. Отверстия обрабатываются конической разверткой (рис. 10.21). Затем с помощью
Рис. 10.20. Головка блока цилиндров проходит ремонт. В этой головке двигателя Ford Escort были обнаружены трещины. В корпусе головки они разделаны с запасом (обратите внимание на то, что из камер сгорания вынуты седла выпускных клапанов). Дефектный участок корпуса головки будет заварен и подвергнут механической обработке. После заваривания эта головка будет подвергнута термообработке (отпуск для снятия остаточных напряжений), после чего пройдет чистовую механическую обработку
Очистка двигателя, дефектоскопия и ремонт трещин в деталях двигателя 271
Рис. 10.21. Просверленное сквозь трещину отверстие обрабатывается разверткой под установку конической пробки
Рис. 10.23. В отверстие вкручивается коническая пробка
Конический метчик
Рис. 10.22. В коническом отверстии нарезается конусная резьба под установку пробки
Рис. 10.24. Пробка обрезается ножовкой
конического метчика в отверстиях на всю глубину нарезается резьба (рис. 10.22). Пробка покрывается герметизирующим составом и вкручивается в отверстие до отказа (рис. 10.23). После этого пробка перепиливается примерно на четверть ее толщины и обламывается. Линия разлома определяется местом распила (рис. 10.24). Если пробка обломится ниже поверхности ремонтируемой детали, ее придется высверлить и заменить новой. Пробка должна пройти ремонтируемый участок металла насквозь — на всю глубину. После установки на обоих концах трещины первых пробок, отступив от края трещины, сверлят новое отверстие, так» чтобы оно захватывало край уже установленной пробки. Новое отверстие обрабатывается конической разверткой, в нем нарезается резьба и вкручивается следующая пробка — она должна заходить в предыдущую пробку примерно на четверть ее диаметра, что
бы закрепить ее на месте (рис. 10.25). Перекрывающие друг друга пробки устанавливаются вдоль всей трещины, с небольшим попеременным смещением от линии трещины в обе стороны. Выступающие концы пробок расклепываются молотком, чтобы крепче зафиксировать их на месте. Концы пробок, выступающие над поверхностью нижней плоскости головки, сошлифо-вываются с помощью шлифовального камня или напильника почти до самой поверхности. Концы пробок, выступающие над поверхностью камеры сгорания или окна головки сошлифовываются до самой поверхности головки с помощью ручного шлифовального инструмента. Поверхность нижней плоскости головки после заделки трещины должна пройти станочную обработку для восстановления качества поверхности. На рис. 10.26 показан пример ремонта головки блока цилиндров.
272 Глава 10
Рис. 10.25. Установленные пробки частично перекрываясь, сцепляются друг с другом
а)
6)
в)
Рис. 10.26. Просверливается отверстие, в котором нарезается резьба под пробку (а). Пробки вкручиваются в отверстия (6). После чистовой механической обработки головка блока цилиндров может продолжать работать в двигателе (в)
Очистка двигателя, дефектоскопия и ремонт трещин в деталях двигателя 273
ФОТОРЯД Дефектоскопия трещин
Ил. 19.1. Для проверки чугунной головки блока цилиндров на наличие трещин используется мощный электромагнит. Головка блока цилиндров должна быть тщательно очищена и установлена на рабочем столе, обеспечивающем хорошие условия наблюдения
Ил. 19.2. Электромагнит включается выключателем, расположенным сверху на его корпусе, и между полюсами магнита распыляется мелкодисперсный железный порошок. Концентрация силовых линии магнитного поля на краях трещины выше, и в этом месте, вокруг трещины, концентрация железного порошка также будет выше
Ил. 19.3. Особенно тщательно проверяйте участки вокруг и между седлами клапанов
Ил. 19.4. В этой головке блока цилиндров от двух седел клапанов расходятся трещины. Эту головку придется либо заменять, либо ремонтировать
274 Глава 10
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Механическая очистка деталей от загрязнений выполняется с помощью скребков и проволочных щеток.
2. Не допускается использовать для очистки алюминиевых деталей стальные проволочные щетки.
3. Большинство моющих средств, используемых для очистки от коксообразных отложений, являются концентрированными мылами, или щелочами.
4. Для очистки алюминиевых изделий пользуйтесь только теми химикатами, которые относятся к категории “aluminum safe”, т.е. не оказывают химического воздействия на поверхность алюминиевых изделий.
5. Термическая очистка производится путем нагрева изделий в пиролитической термокамере до температур порядка 800°Ф (425°С), при которых смазка и грязь превращаются в безвредный пепел.
6. Для дробеструйной очистки деталей используется металлическая или стеклянная дробь. Во избежание проблем, вызванных попаданием посторонних предметов в двигатель, после дробеструйной обработки детали должны быть тщательно очищены от дробинок, прилипших к их поверхности.
7. Все ответственные детали должны проверяться на отсутствие трещин с помощью методов дефектоскопии, таких как магнитопорошковый метод, метод с использованием проникающего красителя, метод с использованием проникающего флуоресцентного вещества, метод испытания под давлением.
8. Трещины можно отремонтировать двумя способами — заварить или зачеканить пробками.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Опишите пять технологий очистки, которые могут быть использованы для очистки двигателей и деталей двигателей.
2. Объясните, как осуществляется дефектоскопия магнитопорошковым методом, методом с использованием проникающего красителя, методом с использованием проникающего флуоресцентного вещества, и в каких случаях используется каждый из них.
3. Объясните, почему при дробеструйной обработке с помощью стальной или стеклянной дроби детали должны быть подвергнуты очистке как перед самой обработкой, так и после нее.
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. Растворитель — это.
а. Чистая вода.
6. Тип дроби, используемой при дробеструйной обработке деталей.
в. Химическое вещество, которое проникает в отложения и растворяет их.
г. Тип проволочной щетки, используемой для очистки деталей от отложений.
2. Очищающие средства обычно являются щелочными или кислотными веществами. Какое из следующих утверждений верно?
а. Как у щелочей, так и у кислот величина pH составляет 7 по отношению к дистиллированной воде.
6. У кислот показатель по шкале pH ниже 7, а у щелочей — выше 7.
в. У кислот показатель по шкале pH выше 7, а у щелочей — ниже 7.
г. По шкале pH чистая вода имеет показатель 1, а сильная кислота — 14.
3. Во многих технологиях очистки применяются химические вещества, опасные при работе и требующие больших затрат на утилизацию после использования. Наименее опасным методом очистки считается .
а. Очистка в пиролитической термокамере.
6. Очистка парами испарителя.
в. Очистка погружением в горячий моющий раствор.
г. Очистка погружением в холодный моющий раствор.
4. При магнитопорошковой дефектоскопии
а. Для обнаружения трещин в алюминиевых деталях используется красный проникающий краситель.
6. Для обнаружения трещин в чугунных деталях используется ультрафиолетовое освещение.
в. Для обнаружения трещин в чугунных деталях используется мелкодисперсный металлический порошок.
г. Трещины из чугунных деталей удаляются с помощью магнита.
5. Механик А считает, что метод дефектоскопии с использованием проникающего флуоресцентного вещества может использоваться для обнаружения трещин в чугунных, стальных и алюминиевых деталях. Механик Б полагает, что метод дефектоско
Очистка двигателя, дефектоскопия и ремонт трещин в деталях двигателя 275
пии с использованием проникающего красителя можно использовать для контроля только алюминиевых деталей. Кто из них прав?
а. Только механик А.
6. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
6. Механик А считает, что перед тем, как приступать к всестороннему обследованию деталей двигателя на наличие трещин, их необходимо очистить. Механик Б считает, что для обнаружения трещин в блоках цилиндров и головках блока цилиндров можно использовать метод контроля повышенным давлением. Кто из них прав?
а. Только механик А.
6. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
7. Трещины в головках блока цилиндров и блоках цилиндров, изготовленных из чугуна, могут быть заварены.
а. Верно.
6. Неверно.
8. Трещины в головках блока цилиндров и блоках цилиндров, изготовленных из алюминия, могут быть заварены.
а. Верно.
6. Неверно.
9. Отверстия на концах трещины просверливаются для того, чтобы.
а. Остановить развитие трещины.
6. Освободить место для сварочного шва.
в. Определить, насколько глубока трещина в головке блока цилиндров или блоке цилиндров.
г. Снять внутренние напряжения в головке блока цилиндров или блоке цилиндров.
10. Конические пробки для зачеканивания трещин должны использоваться для ремонта
а. Только чугунных головок и блоков цилиндров.
6. Только алюминиевых головок и блоков цилиндров.
в. Для ремонта трещин одновременно с завариванием.
г. Вместо заваривания при ремонте чугунных деталей.
ГЛАВА
Измерения и расчеты, выполняемые при ремонте двигателей
Цель главы 11 — научить читателя:
1. Уметь пользоваться микрометром
и штангенциркулем с циферблатным нониусом.
2. Уметь с помощью измерителя с телескопическим щупом и микрометра измерять диаметр цилиндра и посадочного гнезда толкателя.
3. Знать методику обмера направляющей втулки клапана с помощью измерителя с разрезным кольцевым щупом.
4. Уметь рассчитывать рабочий объем двигателя и степень сжатия.
МИКРОМЕТР
При техническом обслуживании и ремонте двигателя самым необходимым и чаще всего используемым измерительным инструментом является микрометр (рис. 11.1). Барабан вращается на цилиндрической ручке (стебле) микрометра на винте с микрометрической резьбой, имеющей сорок витков на дюйм. При каждом обороте барабана шпиндель микрометра перемещается на расстояние 0,025 дюйма. Барабан размечен по периметру на 25 одинаковых секторов. Таким образом, повороту измерительного барабана на одно деление соответствует перемещение шпинделя на 0,001 дюйма. Все микрометры должны регулярно проходить метрологическую поверку (рис. 11.2).
L^enb ремонта двигателя, независимо от того, что конкретно ремонтируется, — восстановить допуски параметров двигателя до технических требований, установленных заводом-изготовителем. При любом ремонте двигателя производятся измерения. Специалист автосервиса обязан производить измерения дважды:
• Необходимо производить обмер частей ремонтируемого двигателя с целью проверки их соответствия заводским техническим требованиям и необходимости в их восстановлении.
• Прежде чем приступать к сборке ремонтируемого двигателя, необходимо производить обмер запасных частей и поверхностей, прошедших механическую обработку в процессе ремонта, с целью проверки соответствия их размеров требуемым.
Рис. 11.1. Примеры типичных микрометров, используемых для контроля геометрических размеров
278 Глава 11
Рис. 11.2. Все микрометры необходимо поверять и, при необходимости, калибровать, используя для этого эталонный стержень
ИЗМЕРЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Шейки шатунных и коренных подшипников коленчатого вала, как правило, отличаются по размерам. И те, и другие необходимо обмерять, проверяя на овальность и конусность (рис. 11.3).
Измерение овальности
Профиль шейки измеряется не менее чем в двух поперечных сечениях по ее длине. Измерение диаметра в каждом сечении производится через каждые 120 градусов по периметру профиля шейки, под одинаковыми углами. В примере, показанном на рис. 11.4, производится всего шесть измерений. Расчет овальности шейки производится путем вычисления разницы между наибольшим и наименьшим результатами измерений.
Поперечное сечение А:
2,0000 - 1,9995 = 0,0005 дюйма;
Поперечное сечение Б:
2,0000 - 1,9989 = 0,0011 дюйма;
По результатам измерений максимальная величина овальности выявлена в поперечном сечении А и составляет 0,0011 дюйма. Этот результат и следует
Рис. 11.3. Измерение овальности и конусности шатунной шейки коленчатого вала с помощью микрометра
использовать для сравнения с заводскими техническими требованиями с целью определения необходимости в механической обработке детали.
Измерение конусности
Для определения конусности шейки сравниваются диаметры, измеренные в поперечных сечениях А и Б под одинаковым углом, и вычисляется разность между ними. Например:
Поперечное
Поперечное
сечение А сечение Б
2,0000 - 2,0000 = 0,0000
1,9999 - 1,9999 = 0,0000
1,9995 - 1,9989 = 0,0006
Максимальная разность между результатами измерений составляет 0,0006 дюйма — она характеризует конусность шейки и сравнивается с заводскими техническими требованиями.
Рис. 11.4. Измерение геометрических параметров шейки коленчатого вала. Каждую шейку необходимо измерить не менее чем в шести позициях: в поперечном сечении А и поперечном сечении Б через каждые 120 градусов по периметру профиля шеики, под одинаковыми углами
Измерения и расчеты, выполняемые при ремонте двигателей 279
Рис. 11.5. Овальность шейки распределительного вала определяется по результатам трех измерений в одном поперечном сечении шеики — через каждые 120 градусов по периметру профиля шейки
Измерение геометрических параметров распределительного вала
Шейки распределительного(ых) вала(ов) также проверяются на овальность и конусность путем измерения с помощью микрометра и сравнения результатов с техническими требованиями завода-изготовителя (рис. 11.5).
ПРИМЕЧАНИЕ
В двигателях с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала шейки распределительного вала делаются часто с уменьшением диаметра по направлению к заднему концу двигателя. В двигателях с верхним расположением распределительного вала шейки распределительного вала имеют обычно одинаковый диаметр.
Высота вершин кулачков распределительного вала также измеряется с помощью микрометра, как показано на рис. 11.6, и сравнивается с заводскими техническими требованиями.
Рис. 11.6. Распределительный вал проверяется на степень изношенности путем измерения с помощью микрометра высоты вершин кулачков
ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЙ ЩУП
Телескопический щуп, совместно с микрометром, используется для измерения внутреннего диаметра отверстия или расточки.
Диаметр цилиндра
При измерении диаметра цилиндра измеритель с телескопическим щупом опускают в отверстие цилиндра и раздвигают, вращая ручку стопорного механизма до касания щупом стенок по диаметру цилиндра. Затягивают стопорный механизм и вынимают измеритель из цилиндра. Микрометром измеряют расстояние между концами телескопического щупа (рис. 11.7 и рис. 11.8).
а)
б)
Рис. 11.7. После демонтажа головки блока цилиндров необходимо определить конусность и овальность цилиндров, произведя измерения в поперечном сечении цилиндра непосредственно под уступом в верхней части цилиндра (а) и над поршнем, находящимся в нижней мертвой точке (6)
280 Глава 11
На границе, до которой поднимается верхний край верхнего поршневого кольца, износ составляет 0,009 дюйма (0,23 мм)
На границе, до которой поднимается верхний край юбки поршня, износ составляет 0,003 дюйма (0,076 мм)
Граница, до которой опускается нижний край нижнего поршневого кольца
УСТУП В ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ ЦИЛИНДРА
Участок наибольшего износа
Й
Участок, по которому ходит юбка поршня, имеет наименьший износ
Рис. 11.8. Наибольший износ цилиндра происходит непосредственно под уступом в верхней части цилиндра. Причиной этого являются высокая температура и высокое давление, возникающие в тот момент, когда поршень доходит до верхней мертвой точки (публикуется с любезного разрешения корпорации Dana Corporation)
Телескопический щуп может также быть использован для измерения следующих геометрических параметров:
• Внутреннего диаметра подшипников распределительного вала (рис. 11.9).
• Диаметра посадочных гнезд коренных подшипников.
• Диаметра посадочных гнезд шатунных подшипников.
ИЗМЕРИТЕЛЬ ДИАМЕТРА УЗКИХ ОТВЕРСТИЙ
Для измерения диаметра узких отверстий, например, внутреннего диаметра направляющих втулок клапанов в головке блока цилиндров, используется измеритель диаметра узких отверстий (называемый также измерителем с разрезным кольцевым щупом) совместное микрометром (рис. 11.10 и 11.11).
ШТАНГЕНЦИРКУЛЬ С ЦИФЕРБЛАТНЫМ НОНИУСОМ
Штангенциркуль с циферблатным нониусом используется обычно для измерения наружного диаметра или длины детали, например, диаметра поршня или диаметра шеек коленчатого и распределительного валов (рис. 11.12 и 11.13).
КАЛИБЕРНЫЙ ЩУП
Калиберный щуп (называемый также толщиномером) представляет собой полоску металла калиброванной толщины, используемую для измерения промежутка или зазора между поверхностями деталей (рис. 11.14). С помощью калиберного щупа можно измерить следующие геометрические параметры:
• Ширину разреза (замка) поршневого кольца — рис. 11.15 и 11.16.
Измерения и расчеты, выполняемые при ремонте двигателей 281
а)
б)
Рис. 11.9. Измерение внутреннего диаметра подшипника распределительного вала с помощью измерителя с телескопическим щупом (а). С помощью микрометра измеряется расстояние между концами телескопического щупа, вынутого из обмеряемого отверстия (6)
Рис. 11.11. После того, как измеритель вынут из направляющей втулки, с помощью микрометра производится обмер щупа
ЧАВО
В чем заключается различие между словами gage и gauge?
Слово gauge означает "измерение или размер относительно базового размера" Слово gauge допускается писать как gage. Таким образом, в большинстве случаев, оба эти слова означают одно и то же.
Рис. 11.10. Разрез направляющей втулки клапана, на котором показан измеритель с разрезным кольцевым щупом, вставленный в направляющую втулку и раздвинутый по ее внутреннему диаметру
ЗАНИМАТЕЛЬНОЕ ПРИМЕЧАНИЕ
Представитель одной из компаний-производителей автомобилей как-то признался мне, почему они используют слово gage, а не gauge. Хотя gage— это второй допускаемый вариант написания слова gauge, но он не запрещен, а компания экономит при этом кучу денег на печати документации и этикеток, потому что в слове gage на одну букву меньше! Экономия одной буквы, помноженная на миллионы автомобилей, на приборных панелях которых стоит множество контрольно-измерительных приборов, в маркировке которых используется слово gauge, и в руководствах по техническому обслуживанию которых также многократно встречается это слово, обеспечивает производителю значительную экономию расходов.
• Величину бокового зазора между поршневым кольцом и стенкой канавки — рис. 11.17.
• Величину зазора между поршнем и стенкой цилиндра — рис. 11.18.
• Величину бокового зазора шатуна поршня на пальце кривошипа — рис. 11.19.
282 Глава 11
Ножевые губки для измерения внутренних размеров
Циферблатный нониус
Щуп для измерения глубины
Штанга
Губки для измерения наружных размеров
Цена каждого маленького деления составляет 0,002 дюйма
К показанию на штанге (5,5 дюйма) прибавляем показание циферблатного нониуса (0,036 дюйма) и получаем окончательный результат измерения (5,536 дюйма)
б)
Рис. 11.12. Типичный штангенциркуль с циферблатным нониусом. Этот измерительный инструмент — очень полезен при работе с двигателем, поскольку с его помощью можно производить измерение как внутренних, так и внешних размеров (а). Результат измерения получается суммированием показания на штанге штангенциркуля с показанием циферблатного нониуса (6)
Рис. 11.13. Большинство производителей автомобилей указывают, что диаметр поршня следует измерять под поршневым пальцем. Диаметр поршня измеряется в направлении, перпендикулярном оси поршневого пальца, как показано на этом рисунке
Рис. 11.14. Набор калиберных щупов (называемых также толщиномерами), используемых для измерения величины зазоров между поверхностями деталей. Длинные калиберные щупы, показанные внизу, используются для измерения величины зазора между поршнем и стенкой цилиндра
Измерения и расчеты, выполняемые при ремонте двигателей 283
Рис. 11.15. Чтобы поршневое кольцо не перекосилось, его выставляют в цилиндре с помощью поршня
Рис. 11.16. Измерение ширины разреза (замка) поршневого кольца с помощью калиберного щупа
ПОВЕРОЧНАЯ ЛИНЕЙКА
Поверочная линейка — это измерительный инструмент, представляющий собой отшлифованную с прецизионной точностью металлическую балку, которая используется совместно с калиберным щупом для проверки ровности поверхности детали. Поверочная линейка используется для контроля следующих геометрических параметров:
• Ровности нижней плоскости головки блока цилиндров — рис. 11.20.
• Ровности плиты блока цилиндров — рис. 11.21.
• Соосности посадочных гнезд коренных подшипников коленчатого вала — рис. 11.22.
Рис. 11.17. Измерение бокового зазора между поршневым кольцом и стенкой канавки с помощью калиберного щупа
284 Глава 11
Рис. 11.18. Измерение зазора между поршнем и стенкой цилиндра с помощью калиберного щупа. При выполнении этого измерения поршневых колец на поршне быть не должно
6)
Рис. 11.20. Проверка головки блока цилиндров на коробление. Неровность нижней плоскости головки на участке длиной 6 дюймов в любом месте не должны превышать 0,002 и 0,004 дюйма по всей длине головки. (Правило, выработанное практикой: предельно допустимое коробление определяется из расчета 0,001 дюйма на каждый цилиндр двигателя) (а). Не забывайте проверить нижнюю плоскость головки блока цилиндров по диагонали на скручивание. Технические требования — те же, что приведены выше. Используйте для проверки только настоящую поверочную линейку (6)
Рис. 11.19. Измерение бокового зазора шатуна поршня на пальце кривошипа с помощью калиберного щупа
ИЗМЕРИТЕЛЬ СМЕЩЕНИЯ С ЦИФЕРБЛАТНОЙ ШКАЛОЙ
Измеритель смещения с циферблатной шкалой представляет собой прецизионный измерительный инструмент, используемый для измерения осевого люфта коленчатого вала, радиальных биений коленчатого вала и степени износа направляющей втулки клапана (рис. 11.23).
Измерения и расчеты, выполняемые при ремонте двигателей 285
Рис. 11.21. Проверка ровности плиты блока цилиндров с помощью поверочной линейки. Плоскопараллельность линейки должна быть не хуже 0,0002 дюйма (двух десятитысячных дюйма)
Рис. 11.22. Проверка соосности гнезд коренных подшипников с помощью поверочной линейки и калиберного щупа
МИКРОМЕТРИЧЕСКИЙ НУТРОМЕР С ЦИФЕРБЛАТНОЙ ШКАЛОЙ
Микрометрический нутромер с циферблатной шкалой — это дорогостоящий, но очень важный измерительный инструмент, используемый для измерения конусности и овальности цилиндров, а также проверки посадочных гнезд коренных подшипников на конусность и овальность (рис. 11.24—11.26). Микрометрический нутромер с циферблатной шкалой предварительно юстируют по размеру, указанному в заводских технических требованиях, а затем производят измерение фактического размера и считывают
Рис. 11.23. Проверка осевого люфта коленчатого вала с помощью измерителя смещения с циферблатной шкалой. Обратите внимание на то, как коленчатый вал с помощью рычага (монтировки) сдвигают, следя одновременно за показаниями циферблатного индикатора
Микрометрический нутромер с циферблатной шкалой
Рис. 11.24. Проверка цилиндра с помощью микрометрического нутромера с циферблатной шкалой. Сначала диаметр цилиндра измеряется вверху, по линии, перпендикулярной оси коленчатого вала. Это диаметр"X". Затем в этом же месте диаметр измеряется по линии, параллельной оси коленчатого вала. Это диаметр "Y". Разница между X и Y дает величину овальности цилиндра в этом сечении. Затем диаметр цилиндра измеряется внизу цилиндра по линии, перпендикулярной оси коленчатого вала. Вычитание полученного значения из измеренного ранее диаметра X дает величину конусности цилиндра
286 Глава 11
Рис. 11.25. Проверка конусности и овальности цилиндра с помощью микрометрического нутромера с циферблатной шкалой
Рис. 11.26. Измерение конусности и овальности посадочного гнезда коренного подшипника с помощью микрометрического нутромера с циферблатной шкалой
непосредственно отклонение, в ту или иную сторону, от заданного значения. Именно поэтому микрометрический нутромер с циферблатной шкалой лучше любых других измерительных инструментов подходит для контроля конусности и овальности цилиндрических поверхностей,— он показывает не фактические диаметры цилиндров или отверстий, а отклонения от заданных размеров.
РАСЧЕТЫ И ФОРМУЛЫ, НЕОБХОДИМЫЕ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛУЖИВАНИИ ДВИГАТЕЛЯ
Формула рабочего объема двигателя — это, по сути, формула рабочего объема цилиндра, умноженная на количество цилиндров двигателя. Но, поскольку она публиковалась в разных вариантах, то это может сбивать с толку. Независимо от используемого варианта формулы результат расчета будет одним и тем же. Самый простой и наиболее известный вариант формулы приведен ниже:
диаметр цилиндра х диаметр цилиндра х ход поршня х 0,7854 х число цилиндров = рабочий объем двигателя (в кубических дюймах)
Пусть у шестицилиндрового двигателя:
диаметр цилиндра = 4,000 дюйма;
ход поршня = 3,000 дюйма.
Подставляем известные значения в формулу,
4,000 дюйма х 4,000 дюйма х 3,000 дюйма х 0,7854 х х 6 = 226 кубических дюймов.
Формулы пересчета кубических дюймов в кубические сантиметры
1 кубический дюйм = 16,4 см3.
1000 см3 = 1 л.
1 л = 61 кубический дюйм.
Для перевода 226 кубических дюймов в см? умножаем 226 на 16,4. В результате получаем
226 кубических дюймов = 3706 см3 = 3,7 л.
Изменение рабочего объема двигателя после растачивания цилиндров или изменения хода поршней
При растачивании цилиндров двигателя со стенок цилиндров снимается слой металла и штатные поршни заменяются ремонтными поршнями, имеющими больший диаметр. Растачивание цилиндров приводит к увеличению как рабочего объема, так и степени сжатия.
Серийный двигатель, уже использовавшийся в предыдущем примере расчета рабочего объема, с диамет-
Измерения и расчеты, выполняемые при ремонте двигателей 287
ром цилиндров 4,000 дюйма и ходом поршней 3,000 дюйма имеет рабочий объем 226 куб. дюймов. Если расточить цилиндры под диаметр, увеличенный на 0,060 дюйма, то диаметр цилиндров станет равным 4,060 дюйма.
Формула для расчета рабочего объема двигателя остается той же, за исключением того, что вместо 4,000 дюймов в нее подставляем 4,060 дюйма.
рабочий объем двигателя (в кубических дюймах) = диаметр цилиндра х диаметр цилиндра х ход поршня х 0,7854 х число цилиндров
4,060 дюйма х 4,060 дюйма х 3,000 дюйма х 0,7854 х х 6 = 233 кубических дюйма = 3818 см3.
Если диаметр цилиндров не изменяется, а ход поршней после замены коленчатого вала увеличится, то при этом возрастет как рабочий объем двигателя, так и степень сжатия цилиндров. Если ход поршней увеличивается на 1/8 дюйма (0,125 дюйма), а диаметр цилиндров остается таким же, как у серийного двигателя, расчет нового рабочего объема двигателя производится следующим образом:
рабочий объем двигателя (в кубических дюймах) = = диаметр цилиндра х диаметр цилиндра х ход поршня х 0,7854 х число цилиндров
4,000 дюйма х 4,000 дюйма х 3,125 дюйма х 0,7854 х х 6 = 236 кубических дюймов = 3867 см3.
При одновременном увеличении диаметра цилиндров (расточены на 0,060 дюйма) и хода поршней (увеличен на 0,125 дюйма) рабочий объем двигателя в результате этих изменений станет равным
4,060 дюйма х 4,060 дюйма х 3,125 дюйма х 0,7854 х х 6 = 243 кубических дюйма = 3982 см3.
Степень сжатия
Степень сжатия (CR — compression ratio) определяется как отношение внутреннего объема цилиндра над поршнем, находящимся в нижней мертвой точке, к внутреннему объему цилиндра над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке. При ремонте двигателя по стандартной технологии повторной сборки выполняются следующие операции механической обработки:
1. Цилиндры растачиваются под больший диаметр и в двигатель ставятся ремонтные поршни увеличенного размера. Растачивание цилиндров приводит к увеличению рабочего объема и степени сжатия, поскольку объем цилиндра при этом увеличивается а объем камеры сгорания остается неизменным, в результате чего количество сжимаемой топливно-воздушной смеси возрастает.
2. Опорные поверхности блока цилиндров заново шлифуются. Эта операции механической обработки называется “шлифовка плиты блока цилиндров” и приводит к росту степени сжатия, поскольку после нее головка блока цилиндров опускается ниже к днищам поршней.
3. Повторно шлифуется нижняя плоскость голов-ки(ок) блока цилиндров, что также приводит к росту степени сжатия.
ПРИМЕЧАНИЕ
Чтобы сохранить степень сжатия на уровне паспортного значения, установленного для серийного двигателя, на большинстве ремонтных предприятий используют ремонтные поршни, которые короче стандартных на величину в пределах от 0,015 дюйма до 0,020 дюйма.
Для вычисления точного значения степени сжатия необходимо точно измерить диаметр цилиндра, ход поршня и объем камеры сгорания (рис. 11.27).
Степень сжатия = (PV+DV+GV+CV)/(DV+GV+CV)
где PV — рабочий объем цилиндра (объем, вытесняемый поршнем цилиндра в процессе движения),
DV — объем зазора от днища поршня, находящегося в ВМТ, до плиты блока цилиндров,
GV — объем зазора, создаваемого уплотнительной прокладкой, рассчитывается по формуле
диаметр цилиндра х диаметр цилиндра х 0,7854 х х толщина сжатой прокладки
Рис. 11.27. Объем камеры сгорания — это объем над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке
288 Глава 11
CV — объем камеры сгорания (если объем указан в см3, необходимо перевести его в кубические дюймы, разделив на 16,386).
Какую степень сжатия имеет, например, восьмицилиндровый V-образный двигатель Chevrolet объемом 350 куб. дюймов, после того, как в его конструкцию было внесено единственное изменение — вместо головок блока цилиндров с объемом камеры сгорания 74 см3 были установлены новые, с объемом камеры сгорания 62 см ?
диаметр цилиндра равен 4,000 дюйма, ход поршня равен 3,480 дюйма, число цилиндров равно 8,
объем камеры сгорания до замены головок CV = = 74 см3 = 4,52 куб. дюйма,
объем камеры сгорания после замены головок CV = = 62 см3 = 3,78 куб. дюйма.
GV = диаметр цилиндра х диаметр цилиндра х 0,7854 х х толщина сжатой прокладки = 4,000 дюйма х
х 4,000 дюйма х 0,7854 х 0,020 дюйма = 0,87 куб. дюйма.
Чтобы не усложнять расчет, а просто показать, какое влияние оказывает изменение объема камеры сгорания, полагаем, что поршни имеют плоские днища и зазор от днища поршня, находящегося в ВМТ, до плиты блока цилиндров равен нулю.
ПРИМЕЧАНИЕ
На практике такой вариант практически никогда не встречается, но он выбран в качестве примера с целью упрощения расчетов.
PV= диаметр цилиндра х диаметр цилиндра х х ход поршня х 0,7854 = 4,000 дюйма х 4,000 дюйма х х 3,48 дюйма х 0,7854 = 43,73 куб. дюйма, степень сжатия до замены головок CR =
= (PV+DV+GV+CV)/(DV+GV+CV) = (43,73 + 0 + + 0,87 + 4,52)/(0 + 0,87 + 4,52) = 49,12/5,39 = 9,1:1,
степень сжатия после замены головок CR = = (PV+DV+GV+CV)/(DV+GV+CV) = (43,73 + 0 + + 0,87 + 3,78)/(0 + 0,87 + 3,78) = 48,38/4,65 = 10,4:1.
Достаточно было всего лишь измениться объему камеры сгорания — с 74 см3 до 62 см3, как степень сжатия возросла с 9,1:1 до 10,4:1. Поскольку для современного бензина степень сжатия 10,4:1, как правило, не рекомендуется, такая модернизация допустима только для гоночных двигателей, которые будут работать на дорогом горючем или горючем с использованием специальных присадок.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Микромером с барабаном, ходовой механизм которого рассчитан на сорок витков на один дюйм, можно измерить размер в 0,001 дюйма. При каждом обороте барабан перемещается на 0,025 дюйма. По периметру барабана равномерно расставлены 25 рисок, каждая из которых соответствует 0,001 дюйма.
2. Микрометр используется для контроля диаметра шеек коленчатого вала, а также их конусности и овальности.
3. С помощью микрометра можно измерить геометрические параметры подшипников и кулачков распределительного вала.
4. Телескопический щуп используется совместно с микрометром для измерения внутреннего диаметра отверстий, например, диаметра посадочного гнезда подшипника в нижней головке шатуна поршня и диаметра цилиндра.
5. Измеритель диаметра узких отверстий (называемый также измерителем с разрезным кольцевым щупом) используется совместно с микрометром для измерения геометрических параметров узких отверстий, например, внутреннего диаметра направляющей втулки клапана в головке блока цилиндров.
6. Штангенциркуль с циферблатным нониусом используется для измерения наружного диаметра деталей, например, поршней и шеек коленчатого вала.
7. Калиберный щуп (называемый также толщиномером) используется для измерения промежутка или зазора между поверхностями деталей, например, для измерения зазора между концами поршневого кольца, бокового зазора между поршневым кольцом и стенкой канавки и бокового зазора шатуна на пальце кривошипа. Калиберный щуп совместно с прецизионной поверочной линейкой используется также для измерения ровности плиты блока цилиндров и нижней плоскости головки блока цилиндров.
8. Измеритель смещения с циферблатной шкалой и микрометрический нутромер с циферблатной шкалой используются для измерения отклонения геометрических параметров детали от заданного значения, например, люфта коленчатого вала (измеритель смещения) или конусности цилиндра (микрометрический нутромер).
9. Рабочий объем двигателя рассчитывается по формуле:
диаметр цилиндра х диаметр цилиндра х ход поршня х 0,7854 х число цилиндров.
Измерения и расчеты, выполняемые при ремонте двигателей 289
ФОТОРЯД Как пользоваться микрометром
Ил. 20.1. Этот большой деревянный макет служит для демонстрации того, как пользоваться микрометром. Неподвижный корпус называется стеблем
Ил. 20.2. Подвижная часть микрометра называется барабаном
Ил. 20.3. Для снятия показаний микрометра по длине стебля нанесены риски с шагом 0,025 дюйма, промаркированные числами через каждую 0,100 дюйма
Ил. 20.4. По периметру барабана равномерно расставлены 25 рисок, каждая соответствует 0,001 дюйма
Ил. 20.5. За сорок оборотов барабан перемещается на один дюйм. Таким образом, за один оборот барабан перемещается по стеблю микрометра на 0,025 дюйма (1,000 дюйм, деленный на 40, дает в результате 0,025 дюйма)
Ил. 20.6. Следовательно, для считывания показания микрометра необходимо считать показание на стебле микрометра и показание на барабане и сложить их
290 Глава 11
Как пользоваться микрометром
продолжение
Ил. 20.7. За один оборот барабан смещается по ручке на одно деление, нанесенное на ней. Цена одного деления составляет 0,025 дюйма. Четыре деления составляют 0,025 х 4 = 0,100 дюйма. Напротив соответствующей риски на стебле стоит цифра "1", означающая одну тысячную дюйма
Ил. 20.8. В этом положении измерительного механизма видна одна риска на стебле микрометра, и риска на барабане, отмеченная цифрой "0", совпадает с линией шкалы, нанесенной на стебле микрометра, что означает, что барабан совершил полный оборот сверх 0,025 дюйма. Вторая риска на стебле микрометра находится под самым краем измерительного барабана. Это показание означает 0,050 дюйма
Ил. 20.9. При повороте барабана на одно деление показание микрометра увеличивается на одну тысячную дюйма и становится равным 0,051 дюйма (0,025 дюйма х 2 + 0,001 дюйма с барабана = 0,051 дюйма)
Ил. 20.10. Барабан был повернут на много оборотов, пока на стебле не открылась цифра "1", означающая 0,100 дюйма (сто тысячных) плюс еще одна риска на стебле, означающая еще 0,025 дюйма (25 тысячных), плюс барабан стоит в таком положении, в котором риска на нем, отмеченная числом "10", совместилась с линией шкалы, нанесенной на стебле микрометра, что означает еще 0,010 дюйма (десять тысячных). Таким образом, это показание микрометра означает 0,135 дюйма (100 + 25 4-10 = 135)
Ил. 20.11. Это показание означает 0,315 дюйма (0,300 на гтрблр микоометра плюс 0,015 на барабане)
Ил. 20.12. Одна тысячная дюйма записывается как 0,001 дюйма, а 920 тысячных дюйма — как 0,920 дюйма
Измерения и расчеты, выполняемые при ремонте двигателей 291
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Объясните, как снимаются показания микрометра.
2. Объясните, как проверить овальность и конусность шейки коленчатого вала.
3. Перечислите детали двигателя, измерение геометрических параметров которых производится с помощью измерителя с телескопическим щупом.
4. Перечислите промежутки или зазоры между деталями, которые измеряются с помощью калиберно-го щупа.
5. Объясните, почему перед проведением измерения необходимо откалибровать микрометрический нутромер с циферблатной шкалой по измеряемому размеру.
6. По какой формуле рассчитывается рабочий объем двигателя?
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. Подвижный винтовой элемент ходового механизма, вращающийся на корпусе микрометра, называется .
а. Стеблем.
б. Барабаном.
в. Шпинделем.
г. Наковальней.
2. В скольких позициях, как минимум, должно производиться измерение диаметра шейки коленчатого вала при проверке ее на конусность?
а. В одной.
б. В двух.
в. В четырех.
г. В шести.
2. В скольких позициях, как минимум, должно производиться измерение диаметра шейки коленчатого вала при проверке ее на овальность?
а. В двух.
б. В четырех.
в. В шести.
г. В восьми.
4. Какой измерительный инструмент необходим для обмера телескопического щупа при измерении им диаметра цилиндра?
а. Микрометр.
б. Калиберный щуп.
в. Поверочная линейка.
г. Измеритель смещения с циферблатной шкалой.
5. Для непосредственного измерения внутреннего диаметра направляющей втулки клапана в головке цилиндра используются микрометр и.
а. Телескопический щуп.
6. Калиберный щуп.
в. Измеритель с разрезным кольцевым щупом.
г. Измеритель смещения с циферблатной шкалой.
6. Какой из геометрических параметров, перечисленных ниже, нельзя измерить с помощью калиберного щупа?
а. Зазор между стержнем клапана и стенкой направляющей втулки клапана.
б. Ширину разреза поршневого кольца.
в. Боковой зазор между поршневым кольцом и стенкой канавки.
г. Боковой зазор шатуна на пальце кривошипа
7. Какой из геометрических параметров, перечисленных ниже, нельзя измерить с помощью поверочной линейки и калиберного щупа?
а. Ровность нижней плоскости головки блока цилиндров.
б. Ровность плиты блока цилиндров.
в. Соосность посадочных гнезд коренных подшипников коленчатого вала.
г. Прямолинейность расточки цилиндра.
8. Какой измерительный инструмент требуется перед проведением измерения калибровать по измеряемому размеру?
а. Измеритель смещения с циферблатной шкалой.
б. Микрометрический нутромер с циферблатной шкалой.
в. Штангенциркуль с циферблатным нониусом.
г. Микрометр.
9. Рабочий объем восьмицилиндрового двигателя с диаметром цилиндра равным 4,000 дюйма и ходом поршня равным 3,000 дюйма составляет: а. 226 кубических дюймов.
б. 302 кубических дюйма.
в. 350 кубических дюймов.
г. 383 кубических дюйма.
10. Цилиндры двигателя расточены под диаметр, превышающий первоначальный на 0,030 дюйма. Головки блока цилиндров механической обработки не проходили и ход поршня остался прежним. Механик А читает, что после ремонта двигателя степень сжатия возрастет, по сравнению с той, которая была до ремонта. Механик Б считает, что степень сжатия станет ниже, чем была до ремонта двигателя. Кто из них прав?
а. Только механик А.
б. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
ГЛАВА
Впускной и выпускной
коллекторы
Цель главы 12 — научить читателя:
1. Понимать назначение и функции впускных коллекторов.
2. Знать, в чем заключаются различия между коллекторами двигателя с впрыском топлива во впускные окна и карбюраторного двигателя.
3. Понимать принцип работы системы рециркуляции отработавших газов во впускной коллектор.
4. Знать, какие материалы используются в выпускных коллекторах и в системах выпуска отработавших газов.
5. Понимать, как работает тепловая заслонка и чем вызвана необходимость подогрева коллектора.
Термин коллектор (manifold) означает "от одного ко многим или от многих к одному" Впускной коллектор (называемый также всасывающим коллектором) служит для распределения топливно-воздушной смеси, поступающей от одного источника (воздушного фильтра), между всеми цилиндрами двигателя. Выпускной коллектор служит для сбора отработавших газов от всех цилиндров двигателя в один выпускной канал.
Двигатель работает ровно только в том случае, если во всех камерах сгорания создается одинаковое рабочее давление. Для того чтобы добиться этого, необходимо чтобы во все цилиндры подавались одинаковые порции топливно-воздушной смеси одинакового качества. Все порции топливно-воздушной смеси должны иметь одинаковые физические характеристики и одинаковый состав.
Воздух, поступающий в двигатель, пропускается через карбюратор или дроссельную камеру. Весь воздух, поступающий в двигатель, обязательно фильтруется (рис. 12.1)
ПРИМЕЧАНИЕ
Если двигатель эксплуатируется без воздушного фильтра, его износ ускоряется почти в десять раз!
ЧАВО
Для чего нужен этот отросток?
Часто задают вопрос, для чего предназначен отросток причудливой формы, который стоит на всасывающем патрубке, соединяющем воздушный фильтр с дроссельной камерой, — этот отросток показан на рис. 12.2. Форма этой трубы выбрана специально, — с целью подазления резонансных колебаний воздуха, которые возникают на определенных частотах при определенных режимах работы двигателя. Длина и форма этой трубы выбраны такими, чтобы она поглощала ударные волны, возникающие в системе впуска воздуха, и аккумулировала воздух, отдавая его обратно в воздушный поток, когда давление снижается.
Общий эффект таких резонансных труб заключается в снижении уровня шума, создаваемого воздухом, поступающим в двигатель.
ВПУСКНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ КАРБЮРАТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ И ДВИГАТЕЛЕЙ С СИСТЕМОЙ ЦЕНТРАЛЬНОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА
В карбюраторных двигателях и двигателях с системой центрального впрыска топлива горючая топливно-воздушная смесь создается за счет насыщения всасываемого воздуха топливом, распыляемым в виде мельчайших капель. На рис. 12.3 показан пример типичной конструкции системы центрального впрыска топлива. Капли топлива, вылетая из карбюратора или топливных форсунок дроссельной камеры, тут же
294 Глава 12
а)
6)
Рис. 12.1. Посмотрите, что было обнаружено в корпусе воздушного фильтра одного из автомобилей (Pontiac Bonneville), когда его открыли при техобслуживании. В нем оказались орехи, по-видимому, спрятанные белками (или каким-то другим животным) (а). Помимо того, что корпус фильтра был набит орехами, сам фильтр был полностью забит пылью, — как видно, этот автомобиль давно не проходил техобслуживания (6)
испаряются. В карбюраторном двигателе, работающем на максимуме своего объемного КПД, к тому времени, когда порция топливно-воздушной смеси поступает в камеру сгорания, испаряется примерно 60% топлива. Это означает, что в то время, когда порция топливновоздушной смеси движется по впускному коллектору, в ней еще остаются неиспарившиеся капли топлива. Капли топлива удерживаются во всасываемой порции топливно-воздушной смеси до тех пор, пока скорость воздушного потока остается высокой. При работе двигателя на максимальной мощности эта скорость может достигать 300 футов в секунду (100 м/с). Выпадение капель топлива из потока топливно-воздушной смеси при прохождении им впускного коллектора начинается тогда, когда его скорость становится ниже 50 футов в секунду (15 м/с). При работе двигателя на холостом
Рис. 12.2. Резонансная труба, так называемый резонатор Гельмгольца, установленная на всасывающем патрубке, который соединяет воздушный фильтр с дроссельной камерой, для снижения шума, создаваемого всасываемым потоком воздуха при разгоне двигателя
Рис. 12.3. Типичная конструкция системы центрального впрыска топлива. В ней используются две топливные форсунки. Для большинства шести- и восьмицилиндровых V-образных двигателей в дроссельной камере должны стоять две топливные форсунки, тогда как четырехцилиндровым двигателям достаточно одной
ходу скорость воздушного потока зачастую падает ниже этого порога. На низких оборотах двигателя, когда происходит выпадение капель топлива из потока топливно-воздушной смеси, для того чтобы добиться воспламеняемости топливно-воздушной смеси в камере сгорания во всасываемую порцию воздуха необходимо подавать дополнительное количество топлива. Выбор размеров впускного коллектора представляет собой компромиссное решение. Площадь поперечного сечения коллектора должна быть достаточно большой, чтобы пропустить большой объем топливно-воздушной смеси, требующийся на максимальной мощности
Впускной и выпускной коллекторы 295
Рис. 12.4. Каждая из двух секций карбюратора (или каждая из двух топливных форсунок сдвоенной системы центрального впрыска топлива) обеспечивает подачу топлива в свою половину цилиндров двигателя, составленную по принципу — через один в порядке зажигания
двигателя. В то же время она должна быть достаточно маленькой, чтобы скорость всасываемого потока топливно-воздушной смеси оставалась достаточно высокой для удержания капель топлива во взвешенном состоянии в потоке смеси. Это необходимо для того, чтобы во все цилиндры поступала одинаковая по составу топливно-воздушная смесь. Одной из причин, по которым гоночные двигатели не могут работать на низких оборотах, как раз и является увеличенная площадь поперечного сечения коллектора. Она должна быть достаточно большой, чтобы двигатель развивал максимальную мощность. Но при больших размерах сечения коллектора снижается скорость воздушного потока и на низких оборотах топливо оседает из топливно-воздушной смеси, следствием чего является низкая приемистость двигателя на низких оборотах. Двигатели серийных легковых автомобилей конструируются в первую очередь с учетом того, что они должны обеспечивать экономичность в режиме умеренной нагрузки, при частично перекрытом дросселе. Поэтому площадь поперечного сечения коллекторов двигателей этих автомобилей намного меньше, чем у гоночных машин. За счет небольшого сечения коллектора скорость топливно-воздушного потока остается достаточно высокой во всем диапазоне рабочих скоростей двигателя, соответствующем нормальным условиям его эксплуатации.
Такт впуска по длительности занимает приблизительно одну четверть четырехтактного цикла. Таким
КОЛЛЕКТОРА
Рис. 12.5. Для максимально возможного выравнивания расстояний от дроссельной заслонки до впускных каналов всех цилиндров применяют двухуровневые коллекторы. Двухуровневая компоновка позволяет также уменьшить сечение воздуховодов, обеспечив за счет этого повышение скорости потока топливно-воздушной смеси и улучшение приемистости двигателя
образом, к одному карбюратору можно подсоединить четыре цилиндра, синхронизировав их работу так, чтобы каждому из цилиндров предназначалась своя четверть 720-градусного четырехтактною цикла. Этот же принцип используется в V-образных автомобильных двигателях. В этих типах двигателей впускной коллектор разделен на две секции или ветви с воздуховодами, проложенными в двух уровнях. Такую конструкцию коллектора называют 180-градусной или двухуровневой (рис. 12.4 и 12.5). Такая конструкция позволяет уложить относительно длинные воздуховоды коллектора между головками цилиндров. Цилиндры, в порядке зажигания, заполняются топливно-воздушной смесью поочередно от верхних и нижних воздуховодов коллектора, поэтому компоновка воздуховодов должна соответствовать порядку зажигания цилиндров. Если топливно-воздушная смесь поступает во все цилиндры из общей смесительной камеры карбюратора, то такая конструкция впускного коллектора называется 360-градусной или одноуровневой.
Длина резонансных воздуховодов коллектора подбирается такой, чтобы использовать эффект волны-давления, возникающей естественным образом в движущемся столбе газа. Волна давления достигает цилиндра точно в тот момент, когда впускной клапан открыт. Тем самым создается эффект наддува или скоростного напора при впуске топливно-воздушной смеси в цилиндр. Пример впускного коллектора с резонансными воздуховодами показан на рис. 12.6. В восьмицилиндровых V-образных двигателях, оснащенных четырехкамерными карбюраторами, горловины основных камер карбюратора располагаются обычно почти по центру воздуховодов коллектора с целью улучшения работы двигателя на низких и средних оборотах (рис. 12.7). Основные камеры карбюратора используются постоянно. Резкие изгибы воздуховодов
296 Глава 12
Рис. 12.6. В конце 1950-х годов корпорация Chrysler Corporation выпустила ряд мощных двигателей, в которых использовались два четырехкамерных карбюратора, от которых к цилиндрам шли длинные воздуховоды впускных коллекторов, сплетавшиеся поверх двигателя как 'скрещенные руки". Длинные воздуховоды создавали эффект скоростного напора воздуха, особенно на низких скоростях, благодаря чему возрастал крутящий момент двигателя. Эти воздуховоды были такими длинными, что добраться к свечам зажигания можно было, только демонтировав их
усиливают оседание капель топлива из потока топливно-воздушной смеси, как показано на рис. 12.8. Воздух, обладающий меньшей плотностью, меньше тормозится на поворотах воздуховодов, чем более тяжелые капельки топлива. Шероховатость внутренних стенок воздуховодов увеличивает сопротивление потоку и его турбулентность.
Площадь поперечного сечения центральных воздуховодов коллектора составляет примерно 0,008 квадратного дюйма на один кубический дюйм объема двигателя. Площадь поперечного сечения отводов коллектора составляет примерно 0,006 квадратного дюйма на один кубический дюйм объема двигателя. Дно коллекторных воздуховодов обычно выполняют с продольными ребрами или гребешками, — на рис. 12.9 показан пример такого оребрения. Ребра обеспечивают более равномерное перемешивание топливно-воздушнои смеси, поступающей в цилиндры, даже тогда, когда часть топлива все еще находится в жидком состоянии. Равномерное распределение топлива в смеси не менее важно, чем равномерное распределение воздуха.
КОЛЛЕКТОРЫ ОТКРЫТОГО И ЗАКРЫТОГО ТИПА
В современных V-образных двигателя используется два основных варианта конструкции коллекторов. Первый вариант называется коллектором открытого типа. В нем воздуховоды выполнены в виде отдельных патрубков. В двигателях, в которых используются коллекторы открытого типа, развал цилиндров, в котором стоят толкатели клапанов, должен быть закрыт кожухом. В некоторых конструкциях двигателей в качестве кожуха, закрывающего развал цилиндров, используется специально предусмотренная для этого
Рис. 12.7. Отверстия во впускном коллекторе, с которыми стыкуются
ГОРЛОВИНЫ основных
КАМЕР КАРБЮРАТОРА
ГОРЛОВИНЫ
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ
КАМЕР КАРБЮРАТОРА
горловины основных камер карбюратора, располагаются в нем почти по центру
Впускной и выпускной коллекторы 297
Рис. 12.8. Тяжелые капли топлива на крутом изгибе впускного коллектора выпадают из потока топливновоздушной смеси
Получают топливно-воздушную смесь от одной и той же секции карбюратора или топливной форсунки сдвоенной системы центрального впрыска
Порядок зажигания 165432
часть уплотнительной прокладки впускного коллектора. На рис. 12.11 показан пример типичного впускного коллектора открытого типа.
Второй вариант называется коллектором закрытого типа или глухим коллектором. Коллекторы этого типа устанавливаются в V-образных двигателях — пример такого коллектора показан на рис. 12.12. В этом коллекторе промежутки между воздуховодами заполнены сплошным литым металлом. Он служит одновременно и коллектором и кожухом, закрывающим развал цилиндров.
В коллекторах закрытого типа, применяемых в V-образных двигателях, проложен переход выпускного коллектора, — он проходит как раз над развалом цилиндров, в котором стоят толкатели клапанов, где не исключен контакт масла с горячей поверхностью.
Рис. 12.10. Во многих шестицилиндровых V-образных двигателях, оснащенных карбюратором или системой центрального впрыска топлива, впускной коллектор скомпонован так, что каждая секция карбюратора или топливная форсунка системы центрального впрыска топлива подавала топливо в цилиндры через один, в порядке зажигания. В шестицилиндровых V-образных двигателях это обычно означает, что один ряд цилиндров полностью подсоединен к одной общей секции карбюратора. Вследствие такой конструкции нарушение герметизации на одной стороне обычно вызывает очень неровную работу двигателя на холостом ходу
Рис. 12.9. Дно впускного коллектора обычно покрыто такими направляющими гребешками. Эти гребешки, или ребра, усиливают турбулентность воздушного потока в коллекторе, чтобы капли жидкого топлива лучше держались в потоке смеси. При снижении скорости потока топливно-воздушной смеси топливо, имеющее более высокую плотность, начинает оседать на дно коллектора
298 Глава 12
Рис. 12.11. Впускной коллектор открытого типа, установленный в V-образном двигателе. Воздуховоды в этом коллекторе расположены на одном уровне
ОБМЕН ОПЫТОМ
□
Через один цилиндр
Во всех двигателях с четырьмя и более цилиндрами топливно-воздушная смесь подается в цилиндры в порядке зажигания. Впускной коллектор V-образного двигателя сконструирован так, что каждая из двух секций карбюратора или каждая из двух топливных форсунок сдвоенной системы центрального впрыска топлива обеспечивает подачу топливно-воздушной смеси поочередно в цилиндры своей группы — в порядке их работы. Определить, в какие цилиндры поступает топливно-воздушная смесь от одной секции карбюратора или одной топливной форсунки системы центрального впрыска топлива несложно.
Шаг 1. Запишите номера цилиндров в порядке зажигания: 1 65432.
Шаг 2. Подчеркните номера цилиндров через один в порядке зажигания: 16 5 422.
Цилиндры, номера которых подчеркнуты, обслуживаются одной секцией карбюратора, а цилиндры, номера которых не подчеркнуты — другой его секцией.
ПРИМЕЧАНИЕ
В большинстве шестицилиндровых V-образных двигателей левый и правый ряды цилиндров подсоединены к отдельным ветвям коллектора. В большинстве восьмицилиндровых V-образных двигателей к одной камере карбюратора подключаются группы цилиндров, составленные из двух цилиндров правого ряда и двух цилиндров левого ряда (рис. 12.10).
Горячие отработавшие газы, нагревая масло, оседающее на поверхности перехода, вызовут его коксование. Коксование — это выкипание масла до сухого остатка. В результате коксования масло со временем приходит в негодность, следовательно, его надо будет чаще заменять. Чтобы избежать коксования масла, в двигателях
Рис. 12.12. Впускной коллектор закрытого типа, установленный eV-образном двигателе. Обратите внимание на то, что этот алюминиевый впускной коллектор покрывает головки блока цилиндров и кожухи клапанных механизмов крепятся к нему. Для коллекторов такой конструкции герметичность контакта с двигателем является важнейшим условием нормальной работы двигателя и предотвращения утечек жидкостей и газов
стоят экраны, защищающие от попадания масла на эти горячие поверхности. Тонкостенный металлический отражатель, защищающий масло от контакта с горячим переходом, может быть прикреплен к стороне впускного коллектора, обращенной к развалу цилиндров. Пример такого отражателя показан на разрезе двигателя, на рис. 12.13.
ВНИМАНИЕ
Обязательно позаботьтесь о том, чтобы грязь, скопившаяся на нижней стороне теплового экрана, была тщательнейшим образом вычищена. Отложения грязи и нагара могут легко отвалиться при разборке двигателя. Этот мусор может привести к серьезным повреждениям новых подшипников и других деталей двигателя. В некоторых конструкциях двигателей отражатель, защищающий переход выпускного коллектора от попадания масла, представляет собой неотъемлемый элемент конструкции крупногабаритной уплотнительной прокладки коллектора (рис.12.14).
ОБОГРЕВ КОЛЛЕКТОРА
Для того чтобы жидкое топливо, распыленное в потоке топливно-воздушной смеси, испарялось на пути от карбюратора до камеры сгорания, впускному коллектору необходимо тепло. Топливо, испаряясь, отбирает тепло у воздуха, в результате чего температура смеси снижается. В охлажденной смеси дальнейшее испарение топлива происходит медленней, чем в нагретой. Топливно-воздушная смесь, при необходимости, дополнительно подогревается. Дополнительный подогрев обеспечивает ровную работу холодного
Впускной и выпускной коллекторы 299
Рис. 12.13. Палец указывает на тонкостенный металлический отражатель, прикрепленный к стороне впускного коллектора, обращенной к развалу блока цилиндров, в котором стоят толкатели клапанов. Он предназначен для защиты перехода выпускного коллектора от попадания на него масла. Этот экран защищает масло от нагревающегося до высокой температуры перехода, проложенного в корпусе впускного коллектора, по которому пропускаются отработавшие газы
ОБМЕН ОПЫТОМ
” ~— 3 ~---- ----• • . ’1
Воспользуйтесь контактным клеем
и противозадирным составом
Общей проблемой алюминиевых впускных коллекторов используемых в чугунных V-образных двигателях, является частое разрушение уплотнительной прокладки. У алюминия коэффициент теплового расширения вдвое выше, чем у чугуна (0,0012 дюйма на 100°Ф у алюминия против 0,0006 дюйма на 100°Ф у чугуна). В результате этого при нагреве двигателя впускной коллектор расширяется и его фланец начинает раздвигаться, ползя по контактной поверхности чугунной головки блока цилиндров Для предотвращения преждевременного износа уплотнительной прокладки впускного коллектора наклейте ее на контактную поверхность чугунной головки блока цилиндров с помощью контактного клея. Это облегчит фиксацию прокладки при ее замене и не позволит ей двигаться по поверхности головки. Затем, перед монтажом алюминиевого впускного коллектора, покройте контактную поверхность уплотнительной прокладки и/или контактную поверхность впускного коллектора антизадир-ным составом. Это защитит прокладку от задиров, возникающих при тепловом расширении впускного коллектора.
Рис. 12.14. Цельная уплотнительная прокладка впускного коллектора, служащая одновременно маслозащитным экраном
двигателя. Для обеспечения хорошей испаряемости топлива температура всасываемой смеси должна находиться в пределах от 100°Ф до 130°Ф (от 38°С до 55°С). В современных двигателях, как правило, предусмотрен дополнительный подогрев впускного коллектора при низкой температуре воздуха, который осуществляется так называемой термостатной системой фильтрации воздуха. Всасываемый воздух нагревается теплом, отбираемым у выпускного коллектора, и направляется в воздухозаборник воздушного фильтра. Переключатель с биметаллическим термореле управляет вакуумным клапаном, который регулирует поступление потока подогретого воздуха. Компоненты этой системы показаны на рис. 12.15. Еще один термостатический клапан, называемый тепловой заслонкой, направляет отработавшие газы для подогрева впускного коллектора непосредственно за карбюра-
Вакуумный
Рис. 12.15. Типичная конструкция терморегулятора системы предварительного подогрева всасываемого воздуха карбюраторного двигателя. Если воздуховод предварительного подогрева неисправен или отсутствует, это вызывает серьезные нарушения в работе холодного двигателя. В большинстве двигателей, оснащенных системой центрального впрыска топлива, также используется подогрев воздуха при разогреве двигателя {публикуется с любезного разрешения отделения Chevrolet Motor Division корпорации General Motors Corporation)
тором. В V-образных двигателях отработавшие газы пропускаются через воздуховод, называемый нагревательным переходом выпускного коллектора. Часть отработавших газов направляется на подогрев впускного коллектора непосредственно под дроссельной камерой. Пример такого перехода показан на рис. 12.16.
300 Глава 12
Рис. 12.16. Нагревательный переход выпускного коллектора, по которому пропускаются отработавшие газы для подогрева впускного коллектора. Если этот канал забивается нагаром, то это вызывает нарушение работы двигателя во время его разогрева и препятствует открыванию воздушной заслонки в карбюраторных двигателях (публикуется с любезного разрешения отделения Chevrolet Motor Division корпорации General Motors Corporation)
ПРИМЕЧАНИЕ
В двигателях, оснащенных системой впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров, в нагревательном переходе выпускного коллектора нет необходимости, поскольку в воздухе, проходящем по воздуховоду впускного коллектора, топливо отсутствует.
В некоторых типах двигателей, оснащенных системой снижения токсичности выхлопных газов, тепловая заслонка приводится в действие вакуумным мембранным приводом, управляемым термочувствительным клапаном. Эта система называется системой опережающего испарения топлива (early fuel evaporation —EFE). Пример типичной EFE-системы показан на рис. 12.17.
После того как двигатель полностью прогреется, тепловая заслонка отсекает отработавшие газы от впускного коллектора и нагревательного перехода выпускного коллектора, направляя их напрямую через систему выпуска отработавших газов.
В некоторых конструкциях двигателей подогрев топливно-воздушной смеси осуществляется с помощью охлаждающей жидкости. Теплая охлаждающая жидкость направляется через канал, проходящий под воздуховодами впускного коллектора. Но сама охлаждающая жидкость не нагреется до тех пор, пока двигатель не начнет
Рис. 12.17. Типичная система опережающего испарения топлива (early fuel evaporation — EFE). Разрежение, возникающее во впускном коллекторе, через термо-вакумный клапан, размещенный в канале системы охлаждения рядом с термостатом, воздействует на привод тепловой заслонки. Когда клапан закрыт, отработавшие газы направляются через головку блока цилиндров, под впускным коллектором, через выпускной канал стоящей напротив головки блока цилиндров, и отводятся через выпускной коллектор противоположного ряда цилиндров
нагреваться. Нагрев впускного коллектора с помощью охлаждающей жидкости применяется во всех рядных двигателях, в которых впускной и выпускной коллекторы стоят по разные стороны головки блока цилиндров. Пример такого двигателя с установленными на нем коллекторами показан на рис. 12.18. В коллекторах V-образных двигателей часто предусмотрен канал охлаждающей жидкости, соединяющийся с каналами охлаждения головок цилиндров. Этот канал служит общим стоком, по которому нагретая охлаждающая жидкость собирается и направляется в термостат.
АВТОМАТ ХОЛОДНОГО ПУСКА
Карбюратор оснащен воздушной заслонкой, с помощью которой при пуске двигателя создается пере-
Впускной и выпускной коллекторы 301
Рис. 12.18. Головка блока цилиндров рядного двигателя
с установленными на ней впускным и выпускным коллекторами. Это так называемая головка с поперечной продувкой
обогащенная топливно-воздушная смесь. Без этой заслонки испарений топлива было бы недостаточно для получения смеси, способной возгораться. С этим связаны две дополнительных проблемы:
• Во-первых, при пуске двигателя скорость всасываемого потока воздуха мала, в результате чего топливо оседает из потока топливно-воздушной смеси.
• Во-вторых, до пуска двигателя отсутствует тепло, необходимое для ускорения испарения топлива. В большинстве двигателей воздушная заслонка работает в автоматическом режиме. Ею управляет термочувствительная термостатическая пружина. В некоторых конструкциях нагрев термостатической пружины осуществляется теплым воздухом, подаваемым по патрубку от камеры подогрева, называемой печкой. Камера подогрева пружины размещается в выпускном коллекторе, где она отбирает тепло у отработавших газов. По термоизолированному патрубку теплый воздух направляется от нее к термостатической пружине, размещенной на карбюраторе. На рис. 12.19 показан впускной коллектор со смонтированной в нем печкой подогрева термостатической пружины заслонки. В этой конструкции камера подогрева отбирает тепло у отработавших газов, пропускаемых через
Рис. 12.19. Печка, предназначенная для подогрева термостатической пружины воздушной заслонки карбюратора, отбирает тепло у отработавших газов, пропускаемых через переход, проложенный во впускном коллекторе под карбюратором. Пружина заслонки нагревается очищенным воздухом, который, пройдя через печку, всасывается в корпус пружины
302 Глава 12
нагревательный переход выпускного коллектора, проложенный в корпусе впускного коллектора. В некоторых конструкциях термочувствительная пружина размещается непосредственно в поддоне печки и соединяется с помощью тяги с воздушной заслонкой карбюратора.
ВПУСКНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ
ДВИГАТЕЛЕЙ, ОСНАЩЕННЫХ СИСТЕМОЙ РАСПРЕДЕЛЕННОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА ВО ВПУСКНЫЕ ОКНА ГОЛОВКИ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
В двигателях, оснащенных системой впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров, размеры и форму впускного коллектора можно оптимизировать, потому что по воздуховодам коллектора идет только воздух. Топливные форсунки устанавливаются во впускном коллекторе на расстоянии приблизительно трех дюймов (70-100 мм) от впускного клапана (рис. 12.20). Таким образом длина и форма воздуховодов выбираются только с учетом максимальной эффективности работы коллектора. В этом случае нет необходимости добиваться равномерного перемешивания топливно-воздушной смеси на ее пути от карбюратора или системы центрального впрыска до впускного клапана.
• Длинные воздуховоды обеспечивают большой крутящий момент двигателя на низких оборотах.
• Укороченные воздуховоды обеспечивают максимальную мощность двигателя на высоких оборотах.
Рис. 12.20. Разрез головки блока цилиндров рядного двигателя, на котором показано размещение во впускном коллекторе топливных форсунок системы распределенного впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров
ОБМЕН ОПЫТОМ
——— I
Ремонт с помощью алюминиево-эпоксидной смеси
Часто корпус алюминиевых впускных коллекторов вокруг каналов охлаждающей жидкости разъедается коррозией. Чтобы не заменять коллектор, отремонтируйте его с помощью 80%-й алюминиево-эпоксидной смеси, заполнив ею каверны в разъеденной поверхности. Перед ремонтом обязательно тщательно очистите поверхность и смешайте компоненты смеси в соответствии с инструкцией производителя. Смесь наносится шпателем и другим аналогичным инструментом. После отвердения смеси производится стандартная обработка отремонтированной поверхности. Эпоксидная смесь может использоваться также и для ремонта насосов системы охлаждения.
В некоторых конструкциях двигателей с четырехклапанными головками используются двухтрубные воздуховоды или воздуховоды регулируемой длины. На низких оборотах используются длинные впускные воздуховоды, обеспечивающие максимальный крутящий момент двигателя. На высоких оборотах клапан, управляемый бортовым компьютером, открывает укороченные воздуховоды, обеспечивая повышение мощности на высоких оборотах двигателя (рис. 12.21 и 12.22).
ПЛАСТМАССОВЫЕ ВПУСКНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ
Пластмассовые впускные коллекторы изготавливаются из нейлона, армированного стекловолокном. Пластмассовые коллекторы изготавливаются методом литья или прессования под давлением. Коллекторы могут быть собраны из двух отдельно изготовленных половинок. Пластмассовые впускные коллекторы легче алюминиевых и обеспечивают лучшую термоизоляцию топливных форсунок от нагрева теплом двигателя.
У пластмассовых впускных коллекторов стенки воздуховодов более гладкие, чем у коллекторов других типов, поэтому они создают меньшее сопротивление воздушному потоку (рис. 12.23 и 12.24).
РЕЦИРКУЛЯЦИЯ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ
Для снижения концентрации окислов азота (NoJ двигатели оснащаются клапанами рециркуляции отработавших газов (exhaust gase recirculation — EGR). С 1973 г. и до последнего времени они использовались практически во всех автомобилях. В ряде новейших двигателей для обеспечения соответствия экологическим нормам системы рециркуляции отработавших газов уже не требуется, поскольку с этим эффектив-
Впускной и выпускной коллекторы 303
а) б)
в) г)
Рис. 12.21. Пример резонансного впускного коллектора — коллекторы такого типа используются в двигателях, оснащенных системой впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров. Благодаря тому что по этому коллектору пропускается только воздух, появляется возможность сделать его воздуховоды длинными, обеспечив за счет этого повышение крутящего момента двигателя на малых оборотах (а). Конструкция впускного коллектора двигателя с четырехклапанными головками блока цилиндров, в котором используются сдвоенные воздуховоды разной длины (6). Резонансный воздуховод впускного коллектора четырехцилиндрового двигателя с системой впрыска топлива во впускные окна (в). Резонансные впускные воздуховоды шестицилиндрового V-образного двигателя с системой впрыска топлива во впускные окна (г)
но справляется компьютерная система управления впрыском. В некоторых конструкциях двигателей для впуска определенного количества отработавших газов в цилиндры используется перекрытие впускных и выпускных клапанов. Клапан рециркуляции отработавших газов открывается при повышении скорости вращения прогретого двигателя выше оборотов холостого хода. Через открытый клапан рециркуляции небольшая порция отработавших газов (5%-10%) пропускается во впускной коллектор, где смешивается с топливно-воздушной смесью, поступающей в цилиндры. Тем самым снижается количество рабочей смеси, всасываемой в камеру сгорания. Повторно используемые отработавшие газы — неактивны и не участвуют
в процессе сгорания топливно-воздушной смеси. Это приводит к снижению максимальной температуры горения, что, в свою очередь, обеспечивает снижение интенсивности образования окислов азота.
В системе рециркуляции отработавших газов выпускной и впускной коллекторы соединяются друг с другом переходом. Управление этим каналом осуществляется клапаном рециркуляции отработавших газов. В V-образных двигателях отработавшие газы отбираются в систему рециркуляции из нагревательного перехода выпускного коллектора. В отливке коллектора предусмотрен специальный канал, соединяющий переход выпускного коллектора с клапаном рециркуляции отработавших газов. Через этот клапан
304 Глава 12
Рис. 12.22. Впускной коллектор двигателя пикапа Chevrolet. Этот двигатель оснащен системой центрального впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров — топливо, впрыскиваемое центральной форсункой, поступает в односторонние жиклеры, стоящие в каждом из цилиндров, по пластиковым трубопроводам
ОБМЕН ОПЫТОМ
Г
Чистим воздуховоды отработавших газов
Каналы впускных коллекторов, по которым пропускаются рециркулируемые отработавшие газы, со временем забиваются нагаром. Их пропускная способность снижается и в цилиндры поступает меньше отработавших газов, что приводит к взрывному сгоранию рабочей смеси (детонации) и росту выброса окислов азота (NOx) (что особенно существенно в районах с ужесточенным контролем токсичности выхлопных газов).
Быстро и легко удалить нагар из воздуховодов отработавших газов можно с помощью стального тросика длиной примерно в фут (30 см) — например, направляющего тросика гаражных ворот или старого тросика привода спидометра. Расщепите один из его концов и протолкните тросик этим концом в очищаемый канал. Второй конец тросика зажмите в патроне дрели. Переключите дрель в реверсный режим. Включите дрель и тросик проползет через канал, очищая его на своем пути от нагара, точно таким же образом, как прочищаются канализационные трубы.
отработавшие газы подаются в отверстия во впускном коллекторе, за карбюратором. В рядных двигателях отработавшие газы подаются в клапан рециркуляции, как правило, по внешнему трубопроводу, который часто делается достаточно длинным, чтобы отработавшие газы на пути к клапану рециркуляции успели остыть. Пример типичного трубопровода рециркуляции отработавших газов показан на рис. 12.25. Клапан рецир-
Рис.12.23.В этом шестицилиндровом V-образном двигателе DaimlerChrysler установлен клапан настройки впускного коллектора, управляемый бортовым компьютером. Он направляет воздух в те или иные воздуховоды коллектора, в зависимости от числа оборотов двигателя, обеспечивая максимальный крутящий момент двигателя на любой скорости
Рис. 12.24. Опытный образец шестицилиндрового рядного двигателя, в котором для достижения максимального крутящего момента на низких оборотах без снижения мощности на высоких оборотах используются длинные пластмассовые воздуховоды коллектора
куляции отработавших газов обычно присоединяется к переходнику, установленному между карбюратором и впускным коллектором. Таким образом, отработавшие газы направляются непосредственно в воздуховод впускного коллектора.
УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ ПРОКЛАДКИ ВПУСКНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ
Впускные коллекторы, как и головки блока цилиндров двигателей, прикручиваются с большим моментом затяжки. Поэтому уплотнительные прокладки впускных коллекторов, применяющиеся в двигателях более
Впускной и выпускной коллекторы 305
Рис. 12.25. Трубопровод системы рециркуляции, по которому отработавшие газы подаются в клапан рециркуляции, попутно охлаждаясь
Рис. 12.26. Во многих современных двигателях используются многоразовые уплотнительные прокладки впускных коллекторов. Перед тем как повторно использовать уплотнительную прокладку, ознакомьтесь с инструкциями, установленными производителем
ранних конструкций, аналогичны по конструкции уплотнительным прокладкам головок и требования к чистоте обработки и точности совмещения поверхностей, соединяемых через эти прокладки, — аналогичны.
В ранее выпускавшихся V-образных двигателях использовалась большая металлическая прокладка впускного коллектора, имеющая корытообразную форму. Она ставилась между развалом цилиндров и днищем корпуса впускного коллектора. Это было сделано с целью защитить впускной коллектор от попадания масла на тот участок его корпуса, где проходит переход выпускного коллектора. В новейших конструкциях прокладок впускных коллекторов предусмотрены кольцевые бортики из кремнийорганического каучука,
запрессованные в пластмассовую, фибровую или металлическую подложку (рис. 12.26).
ТУРБОНАДДУВ
Система турбонаддува (приводимая в действие отработавшими газами) предназначена для повышения давления воздуха во впускном коллекторе. За счет этого увеличивается количество топливно-воздушной смеси, нагнетаемой в камеру сгорания по сравнению с количеством» всасываемым при атмосферном давлении. Увеличение порции рабочей смеси обеспечивает рост мощности двигателя. Величина наддува (или давления во впускном коллекторе) измеряется в фунтах на квадратный дюйм, дюймах ртутного столба, барах или атмосферах.
1 атмосфера = 14,7 фунта/кв. дюйм,
1 атмосфера = 30 дюймов ртутного столба,
1 атмосфера =1,0 бар»
1 бар = 14,7 фунта/кв. дюйм.
Чем выше степень наддува (давление), чем выше мощность, которую способен развить двигатель. Однако при повышении давления наддува необходимо принимать во внимание следующие факторы:
1. Повышение давления наддува вызывает повышение температуры нагнетаемого воздуха.
2. Повышение температуры нагнетаемого воздуха приводит к повышению температуры сгорания, что увеличивает вероятность возникновения детонации.
3. Мощность можно повысить, охлаждая воздух, сжатый компрессором. Снижение температуры воздуха на 10°Ф приводит к возрастанию мощности примерно на 1%. Типичное устройство охлаждения, называемое промежуточным охладителем,
306 Глава 12
Впускной коллектор
Воздушный фильтр
Подшипники
Карбюратор или форсунка системы центрального впрыска топлива
Двигатель
Выпускной коллектор
Перепускной клапан
Компрессорное колесо
В систему выпуска < —----
отработавших газов
Турбинное колесо
Рис. 12.27. Функциональная схема типичной системы турбонаддува
по конструкции аналогично радиатору охлаждения, — наружный воздух, проходя через него, охлаждает сжатый нагретый воздух.
4. Повышение давления наддува приводит к повышению температуры и давления сгорания топливновоздушной смеси, которое, если его не ограничить, может вызвать серьезные повреждения двигателя. Максимальная температура отработавших газов не должна превышать 1550°Ф (840°С). Превышение этого предела сокращает ресурс турбокомпрессора и двигателя (рис. 12.27).
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПЕРЕПУСКНОГО КЛАПАНА ТУРБОКОМПРЕССОРА
Для предотвращения серьезных повреждений двигателя, в системах турбонаддува, как правило, предусматривается перепускной клапан. По принципу действия это двухпозиционный клапан — он либо открыт, либо закрыт. Когда клапан закрыт, все отработавшие газы проходят через турбокомпрессор. По достижении заданного давления наддува во впускном коллекторе перепускной клапан открывается, выпуская отработавшие газы в систему выпуска в обход турбокомпрессора. Давление отработавших газов на входе турбины, а значит и скорость ее вращения, снижается, в результате давление наддува падает. Снижение давления наддува заставляет перепускной клапан закрыться, и опять все отработавшие газы направляются на лопатки турбины, разгоняя ее, и давление наддува снова возрастает. Перепускной клапан управляет давлением наддува в таком циклическом режиме работы.
Перепускной клапан является регулятором давления, создаваемого системой турбонаддува. Управление этим клапаном обычно осуществляется бортовым компьютером. Важнейшим датчиком, который исполь-зуегся компьютером для управления перепускным клапаном, является датчик абсолютного давления во впускном коллекторе (manifold absolute pressure sensor— MAP). Компьютер управляет перепускным клапаном обычно посредством вакуумной исполнительной камеры (рис. 12.28 и 12.29).
НЕИСПРАВНОСТИ ТУРБОКОМПРЕССОРА
При нарушении работоспособности турбокомпрессора заметно падает мощность двигателя. Для восстановления работоспособности турбокомпрессор необходимо перебрать, отремонтировать или заменить. Просто демонтировать турбокомпрессор, заглушить оставшиеся после демонтажа отверстия и сохранить достаточно большой крутящий момент двигателя — невозможно. Типичной причиной отказов турбокомпрессоров является выход из строя подшипников, а замену подшипников выполняют обычно только компании, занимающиеся капитальным ремонтом двигателей. Другой типичной проблемой компрессоров является постоянный чрезмерный расход масла, из-за чего выхлопные газы приобретают сизый оттенок. Для защиты подшипников турбины от отработавших газов (продуктов сгорания топлива) на ее валу установлены маленькие кольца, аналогичные кольцам поршня. Из-за отсутствия в конструкции турбокомпрессора маслоудерживающих сальников повышенный расход масла возникает обычно по следующим причинам:
ПЕРЕПУСКНОЙ
КОМПРЕС СОРНОЕ КОЛЕСО
подшипники
ТУРБОКОМПРЕССОРА
ТУРБИННОЕ КОЛЕСО, ПРИВОДИМОЕ НИЕ ПОТОКОМ
Рис. 12.28. Разрез турбокомпрессора, на котором показаны его внутренние детали. Перепускной клапан служит для ограничения максимального давления наддува и обычно управляется бортовым компьютером
Впускной и выпускной коллекторы 307
^СИвГЕМЫ
ПЕРЕПУСКНОЙ КЛАПАН
СЕРВОПРИВОД ПЕРЕПУСКНОЕ КЛАПАНА (УПРАВЛЯЕМЫЙ КОМПЬЮТЕРОМ)
ТРУБОПРОВОД СЛИВА МАСЛА ИЗ СИСТЕМЫ СМАЗКИ —— ТУРБОКОМПРЕССОРА
ПОДАЮЩИЙ ТРУБОПГ СМАЗКИ ТУРБОКОМП
ПОТОК ВОЗДУХА, НАГНЕТАЕМЫЙ ВО ВПУСкНОЙ КОЛЛЕКТ
Рис. 12.29. Пример типичного варианта установки турбокомпрессора на двигателе. Компьютер управляет перепускным клапаном на основе информации поступающей от различных датчиков — скорости вращения двигателя, температуры охлаждающей жидкости абсолютного давления во впускном коллекторе и других параметров
1. Засорение системы принудительной вентиляции картера и связанное с этим повышение давления в картере, выбрасывающее масло в воздухозаборник. Эта неисправность не связана с турбокомпрессором, но зачастую причиной этого считают турбокомпрессор.
2. Засорение воздушного фильтра приводит к возникновению в воздухозаборнике области пониженного давления, вследствие чего масло, минуя кольца на валу турбины, всасывается во впускной коллектор.
3. Засорение дренажного канала, через который масло из турбокомпрессора сливается в поддон картера (маслоотстойник) приводит к тому, что под давлением, создаваемым в системе смазки двигателя,
Рис. 12.30. Разрез механического нагнетательного компрессора Рутса. Всасываемый воздух сжимается роторами с винтообразными лопастями и нагнетается во впускной канал
масло проталкивается через кольца вала турбины во впускной и в выпускной коллекторы. Понятно, что попадание масла во впускной и в выпускной коллекторы вызывает появление сильной копоти в выхлопных газах.
КОМПРЕССОРНЫЙ НАДДУВ
Система компрессорного наддува, это система с приводом от двигателя, предназначенная для повышения давления воздуха во впускном коллекторе (рис. 12.30). Компрессорный наддув имеет ряд достоинств и недостатков в сравнении с турбонаддувом.
Достоинства
1. Мгновенная реакция двигателя на открытие дроссельной заслонки (отсутствие задержки)
2. Сокращается количество трубопроводов(нет соединений с системой выпуска отработавших газов)
Недостатки
1. Привод от двигателя
2. Постоянно отбирается мощность у двигателя
НАДДУВ СОЗДАЕТСЯ ЗА СЧЕТ ОГРАНИЧЕННОЙ ПРОПУСКНОЙ
СПОСОБНОСТИ КОЛЛЕКТОРА
Давление наддува, создаваемое турбокомпрессором (или компрессором с приводом от двигателя), измеряется обычно в фунтах на квадратный дюйм. Если головка блока цилиндров имеет небольшие клапаны и окна, ограничивающие пропускную способность системы впуска, то турбокомпрессор быстро создает
308 Глава 12
повышенное давление. Давление наддува является результатом того, что воздух, нагнетаемый в цилиндры, расходуется недостаточно быстро и “скапливается во впускном коллекторе”, что приводит к повышению его давления. Двигатель с большими клапанами и окнами при том же давлении наддува потребляет значительно большее количество воздуха, чем двигатель с маленькими клапанами и окнами.
КОНСТРУКЦИЯ ВЫПУСКНОГО КОЛЛЕКТОРА
Выпускной коллектор предназначен для сбора высокотемпературных отработавших газов, выбрасываемых через выпускные окна головки блока цилиндров. Горячие газы направляются по выпускной трубе в каталитический нейтрализатор отработавших газов, и далее через глушитель и резонатор в выхлопную трубу, откуда выбрасываются в атмосферу. Необходимо обеспечить максимально возможное снижение сопротивления выпуску отработавших газов и максимально возможное шумоподавление.
Температура отработавших газов зависит от режима работы двигателя. Коллектор должен быть рассчитан на условия работы, соответствующие как режиму холостого хода, так и режиму полной мощности. При работе двигателя на полной мощности выпускной коллектор раскаляется докрасна и подвергается сильному темпера! урному расширению.
ПРИМЕЧАНИЕ
Температура выпускного коллектора может превышать 1500°Ф (815°С).
которых конструкциях коллекторов предусмотрены литые отражатели и рассекатели, предназначенные для максимального облегчения выхода газов в выпускную трубу. На рис. 12.31 показаны два типа выпускных коллекторов, предназначенных для рядных двигателей.
В одних конструкциях выпускной коллектор размещается над свечой зажигания, в других под ней. Свечи зажигания и тщательно уложенные провода зажигания защищаются от нагрева со стороны выпускного коллектора с помощью штампованных тепловых отражателей. Пример типичных тепловых отражателей показан на рис. 12.32.
Рис. 12.31. В верхнем выпускном коллекторе используются объединенные воздуховоды. В нижнем выпускном коллекторе для каждого цилиндра предусмотрен отдельный воздуховод
В режиме холостого хода выпускной коллектор нагревается и расширяется незначительно. После отливки коллектор может быть подвергнут отжигу. Отжиг — процесс термообработки с целью отпуска закаленных участков отливки во избежание появления в ней трещин, вызванных изменениями температуры. В ходе эксплуатации автомобиля рабочие температуры коллектора обычно достигают крайних пределов. Выпускные коллекторы изготавливаются как правило из чугуна, обладающего стойкостью к резким и крайне значительным изменениям температуры. Коллектор прикручивается к головке блока цилиндров таким образом, чтобы он мог беспрепятственно расширяться и сокращаться. В ряде случаев используются болты с пустотелой головкой, для того чтобы обеспечить газонепроницаемый контакт и при этом позволить коллектору беспрепятственно расширяться и сокращаться.
Выпускной коллектор должен обеспечивать максимально свободный выпуск отработавших газов. В не-
Рис. 12.32. Пример тепловых отражателей, отделяющих свечи и провода зажигания от выпускного коллектора. Даже обладающая высокой термостойкостью силиконовая изоляция, которой покрыты высоковольтные провода, не выдерживает высоких температур нагрева выпускного коллектора
Впускной и выпускной коллекторы 309
Системы выпуска отработавших газов конструируются под конкретные комбинации двигателя и ходовой части. Длина системы выпуска, размер выпускной трубы и конструкция глушителя подбираются таким образом, чтобы обеспечить резонансный эффект в столбе газа, заполняющем систему выпуска. Резонанс возникает, когда выброс отработавших газов из цилиндра в выпускной коллектор попадает в промежуток между выбросами отработавших газов из других цилиндров (рис. 12.33).
УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ ПРОКЛАДКИ ВЫПУСКНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ
Выпускной коллектор, нагреваясь, расширяется сильнее головки блока цилиндров. В результате его контактная поверхность перемещается по поверхности головки. Нагрев вызывает также возникновение в выпускном коллекторе термических напряжений. Когда выпускной коллектор снимают с двигателя при техобслуживании,термические напряжения могут вызвать его незначительное коробление. Уплотнительные прокладки выпускных коллекторов, входящие в комплекты прокладок, предназначены для обеспечения герметичности соединения с головками блока цилиндров слегка покоробленных выпускных коллекторов. Даже если изначально в двигателе не были установлены прокладки выпускных коллекторов, их обязательно следует установить. Если перфорированная основа прокладки выпускного коллектора облицована покрытием только с одной стороны, то при установке такой прокладки укладывайте ее облицованной стороной к поверхности головки, а перфорированной металлической основой — к поверхности выпускного коллектора. Коллектор будет скользить по металлической поверхности прокладки так же, как он скользит по контактной поверхности головки.
Рис. 12.33. Фирменный трубчатый выпускной коллектор, изготовленный из стали
Через трещину в выпускном коллекторе не только происходит утечка отработавших газов, создавая шум, но и всасывается воздух (рис. 12.34). Отработавшие газы выбрасываются из цилиндров отдельными порциями или импульсами давления. За каждым импульсом высокого давления следует зона низкого (ниже атмосферного) давления. Наружный воздух, находящийся под атмосферным давлением, за счет этого пониженного давления всасывается через трещину в выпускной коллектор. Кислород, концентрация которого в наружном воздухе составляет 21%, попадая на кислородный датчик, заставляет его давать неверный сигнал компьютеру о том, что двигатель работает на слишком обедненной смеси (с избыточной концентрацией кислорода). Компьютер воспринимает ошибочные показания датчика как истинные и увеличивает подачу топлива. В результате двигатель работает на переобогащенной смеси (с избыточной концентрацией топлива), что вызывает засорение свечей зажигания и нарушение работы двигателя.
Рис. 12.34. Трещины в выпускных коллекторах часто не столь заметны, как в данном случае. Если трещина в выпускном коллекторе возникает выше (по потоку) кислородного датчика, то это приводит к неверным показаниям датчика и нарушению работы двигателя
В новых двигателях с выпускными коллекторами трубчатой конструкции, в которых выпускные каналы цилиндров соединяются с магистральным выпускным воздуховодом через коллекторную головку, устанавливаются уплотнительные прокладки. Часто в конструкцию этих прокладок входят тепловые отражатели для защиты свечей и проводов зажигания о г нагрева со стороны выпускного коллектора. Прокладки могут быть изготовлены из нескольких слоев стали, чтобы обеспечить уплотнение стыков при высоких температурах. Слои скрепляются вместе точечной сваркой. В некоторых случаях, когда требуется особенно
310 Глава 12
Рис. 12.35. Стандартные уплотнительные прокладки выпускных коллекторов. Обратите внимание на их облицовку, обеспечивающую беспрепятственное расширение и сокращение впускного коллектора при его нагреве и охлаждении
Рис. 12.36. Приспособление для выравнивания выпускного коллектора — незаменимый инструмент для установки выпускных коллекторов на место. Снятый с двигателя коллектор под действием температурных напряжений слегка коробится, даже если его снимают с уже остывшего двигателя. Раздвижной домкрат (так называемый спредер) позволяет автомеханику совместить крепежные отверстия коллектора с посадочными местами в головке блока цилиндров, не повредив коллектор
качественное уплотнение, поверхности прокладок выполняются тиснеными (рис. 12.35). Во многих новых двигателях с литыми выпускными коллекторами прокладки не устанавливаются. Контактная поверхность нового чугунного выпускного коллектора плотно прилегает к контактной поверхности новой головки блока цилиндров, обеспечивая необходимую герметичность.
В ЧЕМ ЗАКЛЮЧАЮТСЯ ПРЕИМУЩЕСТВА КОЛЛЕКТОРНОЙ ГОЛОВКИ
Во многих двигателях вместо литого чугунного выпускного коллектора используется коллектор сварной конструкции из стальных труб (так называемая коллекторная головка). Применение легкой коллекторной головки позволяет добиться плавной, почти
ОБМЕН ОПЫТОМ Я
-----------------.-.—-------,— ----------------
Правильно выбранный инструмент экономит время
Когда выпускной коллектор снимают с двигателя, термические напряжения зачастую вызывают его незначительный изгиб или искривление. Это происходит даже в тех случаях, когда снимается уже остывший выпускной коллектор. На установку покоробленного выпускного коллектора на место часто тратится много времени и сил.
Но коллектор можно легко выровнять с помощью специального раздвижного домкрата (спредера) так, чтобы его крепежные отверстия совместились с посадочными местами в головке блока цилиндров (рис. 12.36).
идеальной формы выпускного коллектора, способной пропустить мощный поток отработавших газов, образующихся при работе двигателя на высоких скоростях.
Преимущества коллекторной головки заключаются в следующем:
1. Коллекторная головка снижает сопротивление системы выпуска. Снижение сопротивления, создаваемого системой выпуска, облегчает выброс отработавших газов из двигателя, снижая потери мощности, расходуемой на продувку отработавших газов через систему выпуска.
2. Сразу же после выброса через выпускное окно головки блока порции отработавших газов, находящейся под высоким давлением, в цилиндре создается пониженное давление. Резонансные коллекторные головки сконструированы таким образом, что отдельные импульсы отработавших газов сливаются в один, больший по длительности импульс, с соответственно более продолжительным участком пониженного давления после него. Это пониженное давление реально способствует тому, что в цилиндр всасывается большее количество топливно-воздушной смеси.
Этот эффект “обратного наддува” лучше всего проявляется при скорости вращения двигателя выше определенного порога, который зависит от длины патрубков коллектора и объединительной секции, в которую они сходятся. Чем они длинней, тем ниже порог скорости, на котором эффект коллекторной головки начинает работать. В некоторых конструкциях коллекторных головок используются патрубки изменяемой длины. Самый короткий используется на высоких
Впускной и выпускной коллекторы 311
6)
Рис. 12.37. Выпускной коллекторе патрубками одинаковой длины (а). Трубчатые выпускные коллекторы заводского изготовления (так называемый тип "три-Y") (6)
скоростях работы двигателя, а самый длинный обеспечивает преимущества эффекта “обратного наддува” на низких оборотах двигателя. Независимо от конструкции коллекторной головки и длины патрубков, преимущества этого эффекта становятся ощутимыми только на более высоких скоростях работы двигателя (обычно выше 3500 оборотов в минуту, но конкретный порог зависит от конструкции двигателя) (рис. 12.37).
Для обеспечения высокой мощности и большого крутящего момента в диапазоне от низких до средних оборотов двигателя:
1. Патрубки коллектора должны быть длинными (типичная длина длинных патрубков находится в пределах от 34 дюймов до 38 дюймов).
2. Объединительная секция коллектора также должна быть длинной (типичная длина, необходимая для обеспечения большого крутящего момента и большой мощности двигателя на низких оборотах, находится в пределах от 12 дюймов до 15 дюймов).
Для обеспечения высокой мощности и большого крутящего момента двигателя на более высоких оборотах диаметр патрубков должен быть больше, а длина — меньше. Для достижения максимального крутящего момента и мощности двигателя на определенной скорости его работы коллектор можно укоротить или сделать регулируемым.
ПРИМЕЧАНИЕ
Компоновка коллекторной головки — это всего лишь один из многих факторов, влияющих на эффективность работы двигателя, которые необходимо учитывать при его конструировании. В число взаимосвязанных факторов входят: профиль кулачков распределительного вала, временные характеристики распределительного вала, размеры впускных воздуховодов, объем двигателя, и степень сжатия смеси. Изменение любого из них, как правило, влияет на все остальные факторы.
Система выпуска с коллекторной головкой при нормальной работе издает звук, напоминающий легкое постукивание. При езде в городском цикле система выпуска отработавших газов с коллекторной головкой в большинстве двигателей обычно начинает постукивать примерно при 3500 оборотах в минуту. При повышении скорости примерно до 5000 оборотов в минуту постукиванье стихает. На более высоких скоростях взаимное усиление импульсов отработавших газов нарушается, и, таким образом, эффект обратного над дува, создаваемый коллекторной головкой, снижается. Но сопротивление коллекторной головки все равно остается ниже, чем у выпускных коллекторов других типов. Поскольку коллекторная головка обеспечивает снижение сопротивления выпуска отработавших газов (противодавления), то замена ею старого выпускною коллектора может вызвать нарушение работы клапана рециркуляции отработавших газов. В результате может возникнуть детонация сгорания смеси. Кроме того, не все бортовые компьютеры способны правильно компенсировать изменение давления в выпускном коллекторе или изменение расположения кислородного датчика, связанные с установкой коллекторной головки.
ВНИМАНИЕ
Установка выпускных коллекторов сварной конструкции (коллекторных головок) в автомобили, эксплуатируемые на улицах и автомагистралях общего пользования, может противоречить государственным законам, а также законодательным актам, принятым в отдельных штатах, провинциях и административных районах.
ТЕПЛОВЫЕ ЗАСЛОНКИ
Тепловая заслонка применяется в карбюраторных двигателях и в некоторых конструкциях двигателей
312 Глава 12
с системой центрально! о впрыска топлива. Назначение тепловой заслонки состоит в том, чтобы направлять часть потока отработавших газов для подогрева впускного коллектора. Дополнительный подогрев, обеспечиваемый этой системой, улучшает работу холодного двигателя. В случае заклинивания тепловой заслонки в открытом положении (отработавшие газы не направляются на нагрев впускного коллектора) двигатель начинает работать неровно, глохнуть или разгоняться рывками. В случае заклинивания тепловой заслонки в закрытом положении (отработавшие газы постоянно подогревают впускной коллектор) холодный двигатель будет работать нормально, но разогретый двигатель может глохнуть или в нем может возникнуть детонация сгорания топлива. В некоторых конструкциях рядных двигателей впускной коллектор прикреплен к выпускному коллектору. Тепловая заслонка располагается в месте крепления коллекторов друг к другу, как показано на рис. 12.38. В V-образных двигателях тепловая заслонка частично перекрывает выход одного из выпускных коллекторов, что вызывает повышение давления отработавших газов в нем. Это заставляет отработавшие газы перетекать в выпускной коллектор, расположенный по другую сторону двигателя, через нагревательный переход, проложенный в корпусе впускного коллектора.
Рис. 12.38. Тепловая заслонка размещается в месте крепления впускного и выпускного коллекторов друг к другу
КАТАЛИТИЧЕСКИЕ НЕЙТРАЛИЗАТОРЫ
По выпускной трубе, присоединенной к литому выпускному коллектору или коллекторной головке, отработавшие газы направляются в каталитический нейтрализатор, и далее в глушитель. В V-образных двигателях с одиночной системой выпуска отработавшие газы из двух выпускных коллекторов сбрасываются в выпускную трубу через предусмотренный в ней Y-образный переход. В автомобилях, оснащенных сдво
енной системой выпуска, от каждого выпускного коллектора идет отдельная, независимая система выпуска отработавших газов. Выпускные трубы, как правило, выполняются составными — чтобы их можно было смонтировать в пространстве под автомобилем.
Каталитический нейтрализатор устанавливается между выпускным коллектором и глушителем с целью снижения токсичности выбросов в атмосферу. Он состоит из жаропрочного металлического корпуса (рис. 12.39), в котором находятся гранулы, покрытые катализатором, или сотовая структура, покрытая катализатором (рис. 12.40 и 12.41). При прохождении отработавших газов через нейтрализатор, в его первой секции происходит химическое разложение окислов азота (NOx) на азот и кислород. Во второй секции каталитического нейтрализатора происходит окисление углеводородов и окиси углерода, содержащихся в от-
Рис. 12.39. Типичный каталитический нейтрализатор отработавших газов. Сбоку к нейтрализатору подсоединена небольшая трубка, которая идет от воздушного насоса. Дополнительный воздух, нагнетаемый в нейтрализатор воздушным насосом, способствует окислению вредных выбросов, которые превращаются в безопасный углекислый газ (СО2) и воду (Н2О)
Рис. 12.40. Каталитический нейтрализаторе гранульным каталитическим наполнителем
Впускной и выпускной коллекторы 313
Рис. 12.41. Разрез монолитного каталитического нейтрализатора
Рис. 12.42. Разрез негодного (забитого загрязнениями) каталитического нейтрализатора
работавших газах — в результате которого образуются безопасный углекислый газ (СО2) и вода (Н2О). В некоторых конструкциях двигателей в каталитический нейтрализатор подается дополнительный воздух, который может потребоваться в процессе окисления вредных выбросов (рис. 12.42) — для этого используется система нагнетания или система импульсного забора воздуха.
ГЛУШИТЕЛИ
Когда открывается выпускной клапан, происходит резкий выброс отработавших газов. В этот момент происходит выброс в атмосферу мощного импульса
давления, создающего отрывистый звук, который мы называем выхлопом. Такой же звук создают пороховые газы, вылетающие при выстреле из ружья. В двигателе импульсы давления следуют один за другим. Хлопки происходят столь часто, что сливаются в непрерывный рокот.
Звук представляет собой колебания давления воздуха. Чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук. Глушитель поглощает мощные скачки давления, создаваемые отработавшими газами, выбрасываемыми из цилиндров двигателя, сглаживая их и превращая пульсирующий поток газов в равномерный, движущийся с постоянной скоростью поток. Это осуществляется с помощью перфорированных труб, установленных в камере глушителя. Равномерный поток газов выпускается в выхлопную трубу. Таким путем глушитель снижает уровень шума, создаваемого выхлопными газами, выпускаемыми из двигателя. В некоторых конструкциях системы выпуска для этой цели используются резонаторы. Они образуют дополнительные камеры в критических местах системы выпуска, выравнивая давление потока отработавших газов. На рис. 12.43 показан разрез глушителя.
У глушителей впускное отверстие, как правило, имеет больший диаметр, чем выпускное. Выхлопные га^ы, попадая в глушитель, расширяются и охлаждаются. Охлажденные выхлопные газы имеют более высокую плотность и занимают меньший объем. Поэтому диаметр выпускного отверстия глушителя и выхлопной трубы можно уменьшить, не вызывая этим снижения эффективности работы системы выпуска.
ЧАВО
------ ——— ---------
я чего в моем глушителе сделано отверстие?
Во многих глушителях, сзади, в нижней стенке имеется небольшое отверстие для выпуска накапливающейся в глушителе воды. При сгорании одного галлона бензина образуется примерно один галлон воды — в виде пара. Водяной пар, охлаждаясь, конденсируется на стенках узлов системы выпуска отработавших газов, если только автомобиль не проедет достаточно долгое время, для того чтобы глушитель нагрелся до температуры, превышающей точку кипения воды [212°Ф (100°С)] (рис. 12.44).
Рис. 12.43. Разрез глушителя, на котором видны его внутренние элементы
314 Глава 12
Рис. 12.44. Дренажное отверстие в глушителе для слива конденсированной воды
Как повысить мощность двигателя
Рис. 12.45. Для того чтобы увеличить поток воздуха, всасываемого в двигатель, и за счет этого повысить его мощность, часто оказывается достаточно установить в двигателе нестандартный воздушный фильтр, часто называемый фильтром нулевого сопротивления
----------vy 1
Больше воздуха — выше мощность
Одним из наиболее популярных способов модернизации двигателя является замена стандартного воздушного фильтра, — вместе с корпусом, — установленного в автомобиль при сборке, более совершенным, обладающим более низким сопротивлением, нестандартным фильтром— типа того, что показан на рис. 12.45. Установка одного из альтернативных вариантов фильтра увеличивает не только мощность двигателя, но и усиливает звук, создаваемый всасываемым воздухом, который нравится многим водителям. Однако корпус нестандартного воздушного фильтра может не обеспечивать эффективной защиты двигателя от попадания воды при езде по глубоким лужам.
Не стоит забывать и о том, что практически любое усовершенствование, повышающее мощность двигателя, негативно влияет на какие-то другие узлы автомобиля, а иначе оно было бы сделано уже на заводе-изготовителе.
Выхлопные газы выпускаются из глушителя в атмосферу по выхлопной трубе. Выхлопная труба направлена, в большинстве случаев, назад по ходу движения автомобиля и ее конец находится под задним бампером. В некоторых моделях выхлопная трубы выводится вбок — или сразу же перед задним колесом или сразу же позади него. Глушитель и выхлопная труба крепятся специальными кронштейнами, так называемыми подвесками. Подвески изготавливаются из прорезиненной ткани и снабжаются металлическими фиксаторами. Они удерживают глушитель и выхлопную трубу в таком положении, что эти узлы совсем не касаются автомобиля. Этим обеспечивается дополнительная изоляция автомобиля от шума, создаваемого выхлопными газами.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Весь воздух, поступающий в двигатель, обязательно фильтруется.
2. Карбюраторные двигатели и двигатели с системой центрального впрыска оснащаются впускными коллекторами, в которых скорость всасываемого воздушного потока поддерживается в пределах от 50 до 300 футов в секунду.
3. Впускные коллекторы имеют двухуровневую (180-градусные коллекторы) и одноуровневую (360-1 ра-дусные коллекторы) компоновку.
4. Впускные коллекторы оснащаются, как правило, клапаном рециркуляции, который управляет количеством отработавших газов, повторно сжигаемых в двигателе с целью снижения концентрации окислов азота в выхлопных газах.
Впускной и выпускной коллекторы 315
5. Выпускные коллекторы изготавливаются из чугуна или нержавеющей стали.
6. В состав системы выпуска отработавших газов входят также каталитический нейтрализатор отработавших газов, выпускные трубы и глушитель. Система выпуска отработавших газов крепится целиком к кузову автомобиля резиновыми подвесками с целью изоляции автомобиля от шума и вибраций, создаваемых выхлопными газами.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Для чего необходимо, чтобы скорость всасываемой топливно-воздушной смеси поддерживалась на уровне не ниже 50 футов в секунду?
2. Почему в двигателях, оснащенных системой впрыска топлива, удается увеличить площадь сечения (и длину) воздуховодов впускного коллектора и при этом сохранить их нормальную работу на низких оборотах?
3. Что представляет собой резонансный воздуховод впускного коллектора?
4. Перечислите три способа дополнительного подогрева топливно-воздушной смеси, используемых в карбюраторных двигателях.
5. С какой целью необходимо принимать меры по предотвращению попадания масла на поверхность нагревательного перехода выпускного коллектора, проложенного в корпусе впускного коллектора?
6. Каким образом глушитель снижает шум, создаваемый выхлопными газами?
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. Во избежание выпадения топлива из потока топливно-воздушной смеси его скорость должна быть не ниже.
а. 25 футов в секунду.
б. 50 футов в секунду.
в. 100 футов в секунду.
г. 300 футов в секунду.
2. Во впускном коллекторе двигателя, оснащенного системой впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров,.
а. Используется сдвоенная тепловая заслонка.
6. Пропускается более бедная топливно-воздушная смесь, чем во впускном коллекторе карбюраторного двигателя.
в. Пропускается только топливо (бензин).
г. Пропускается только воздушный поток.
3. В случае использования двухуровневого впускного коллектора, .
а. Топливно-воздушная смесь поступает в цилиндры, в порядке очередности их работы, поочередно из разных секций коллектора.
б. Во все цилиндры одного ряда топливно-воздушная смесь поступает из одной секции карбюратора или одной топливной форсунки сдвоенной системы центрального впрыска топлива.
в. Все воздуховоды впускного коллектора имеют разную длину.
г. Через впускной коллектор проложен переход выпускного коллектора.
4. Система подогрева всасываемого воздуха обычно необходима для обеспечения устойчивой работы холодного двигателя любого типа, за исключением
а. Двигателей, в которых используются одно- и двухкамерные карбюраторы.
6. Двигателей, в которых используются четырехкамерные карбюраторы.
в. Двигателей, оснащенных системой впрыска топлива во впускные окна головки блока цилиндров.
г. Двигателей, оснащенных системой центрального впрыска топлива.
5. Клапан,управляющий тепловой заслонкой, которая направляет отработавшие газы под карбюратором через переход, проложенный в корпусе впускного коллектора, называется.
а. Клапаном системы подогрева всасываемого воздуха.
6. Клапаном системы опережающего испарения топлива.
в. Термо-вакуумным реле (термо-вакуумным клапаном).
г. Клапаном рециркуляции отработавших газов.
6. Тонкостенный металлический экран, закрывающий в V-образных двигателях сторону впускного коллектора, обращенную к развалу цилиндров, в котором стоят толкатели клапанов, предназначен для.
а. Предотвращения сгорания масла на поверхности раскаленного перехода выпускного коллектора, проложенного во впускном коллекторе.
6. Защиты коллектора от попадания на него горячего масла.
в. Предотвращения контакта горячего масла с корпусом впускного коллектора во избежание дополнительного нагрева топливно-воздушной смеси.
г. Обеспечения смазкой тепловой заслонки.
316 Глава 12
7. Механик А считает, что нарушение герметичности (утечка воздуха) одного из цилиндров в V-образном двигателе оказывает влияние на другой цилиндр, подключенный к тому же объединенному воздуховоду впускного коллектора. Механик Б считает, что некоторые конструкции впускных коллекторов разработаны с целью использования эффекта скоростного напора воздуха для увеличения крутящего момента двигателя. Кто из них прав?
а. Только механик А.
6. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
8. Механик А считает, что выпускные коллекторы сварной конструкции из стальных труб (коллекторные головки) создают меньшее противодавление, чем чугунные выпускные коллекторы. Механик Б заявляет, что серийные автомобили оснащаются только чугунными выпускными коллекторами. Кто из них прав?
а. Только механик А.
6. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
9. В какой из систем отработавшие газы используются для вращения турбины, которая приводит в действие центробежный компрессор, принудительно нагнетающий воздух во впускной коллектор?
а. Система турбонаддува.
б. Система компрессорного наддува с приводом от двигателя.
в. Система рециркуляции отработавших газов.
г. Система подогрева двигателя.
10. Механик А считает, что трещина в выпускном коллекторе может привести к нарушению работы двигателя, потому что воздух, попадающий через нее в выпускной коллектор, будет оказывать влияние на работу кислородного датчика, заставляя его давать неверные показания. Механик Б считает, что утечка в выпускном коллекторе может повлиять на работу турбокомпрессора наддува. Кто из них прав?
а. Только механик А.
6. Только механик Б.
в. Оба механика.
г. Ни один из них.
ГЛАВА
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана
Цель главы 13 — научить читателя:
1. Различать типы камер сгорания.
2. Понимать принцип работы камеры сгорания с многослойным заполнением.
3. Знать последовательность необходимых операций при ремонте головки блока цилиндров.
4. Уметь выполнять осмотр и обмер направляющих втулок клапанов.
5. Разбираться в возможных вариантах ремонта направляющей втулки.
Головки блока цилиндров приходится ремонтировать чаще любых других деталей двигателя. В двигателе самые высокие температуры и давления возникают в камере сгорания, а клапаны во время работы двигателя должны открываться и закрываться бесчисленное количество раз.
В современных автомобильных двигателях применяются камеры сгорания двух основных типов — безвихревая полусферическая камера сгорания и вихревая клиновидная камера сгорания.
ПОЛУСФЕРИЧЕСКАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ
В безвихревой полусферической камере сгорания впуск порции рабочей смеси и выпуск отработавших газов осуществляется через клапаны, сильно наклоненные по отношению друг к другу. Сжатая порция топливно-воздушной смеси поджигается искрой свечи зажигания, которая установлена по центру камеры сгорания (рис. 13.1 и 13.2). Свеча зажигания находится на
Рис. 13.1. Двухклапанная головка с полусферической камерой сгорания
КАНАЛ
НАПРАВЛЯЮЩАЯ
ВТУЛКА КЛАПАНА
РЕЗЬБОВОЕ ГНЕЗДО СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ
Рис. 13.2. Разрез полусферической камеры сгорания
одинаковом, максимально близком расстоянии к краям камеры сгорания. Процесс сгорания смеси распространяется от свечи зажигания равномерно во всех
318 Глава 13
направлениях, обеспечивая полное сгорание смеси за максимально короткое время. Благодаря этому снижается интенсивность образования окислов азота NOx. Поскольку краевые газы, движущиеся перед фронтом пламени, не успевают вступить в реакцию за столь короткое время, снижается детонационный эффект сгорания топлива. Вследствие быстрого сгорания порции топливно-воздушной смеси в полусферической камере сгорания давление газов возрастает очень быстро.
Для того чтобы добиться полусферической формы камер сгорания, отлитые заготовки подвергаются сложной механической обработке. Эта дорогостоящая операция увеличивает стоимость двигателя.
КЛИНОВИДНАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ
Клиновидная камера сгорания сконструирована таким образом, чтобы сгорание смеси в ней происходило равномерно с постоянной, контролируемой скоростью. На рис. 13.3 показана клиновидная камера сгорания в разрезе. В клиновидной камере сгорания впуск порции рабочей смеси и выпуск отработавших газов осуществляется через клапаны, стоящие параллельно друг другу. Поршень, подходя в такте сжатия к верхней мертвой точке, вплотную приближается к плоскому скошенному участку поверхности камеры сгорания, вытесняя из этого клиновидного промежутка рабочую смесь. Эта область называется зоной вытеснения, зоной гашения или зоной вихреобразования. Газы, вытесняемые из этого промежутка, создают вихрь рабочей смеси. Полное смешивание воздуха с топливом в камере сгорания происходит благодаря создаваемому в ней турбулентному вихрю. Место для свечи зажигания выбирается так, чтобы она находилась в самом центре этого вихря. После поджига происходит равномерное и быстрое сгорание смеси. Фронт пламени распространяется во все стороны от свечи зажигания. Краевые газы, сгорание кото-
ЗОНА ВИХРЕОБРАЗОВАНИЯ
Рис. 13.3. Разрез клиновидной камеры сгорания
рых могло бы нарушить равномерность процесса сгорания смеси, остаются в зоне вытеснения. В этой зоне газы охлаждаются и не вступают в реакцию, потому что эта область, когда поршень находится в верхней мертвой точке, сплющена до очень маленькой — менее 0,100 дюйма (2,5 мм) толщины. Конструкция камеры сгорания разрабатывается с учетом конкретных характеристик двигателя и топлива. Турбулентные камеры сгорания обычно полностью изготавливаются в процессе отливки головки блока цилиндров и не подвергаются дополнительной механической обработке (рис. 13.4).
ПОВЕРХНОСТНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ СМЕСИ
Содержание несгоревших углеводородов в выхлопных газах двигателя должно быть снижено до минимально возможного уровня. Пленка топливной смеси толщиной от 0,002 дюйма до 0,020 дюйма (от 0,05 мм до 0,50 мм), прилегающая к поверхности камеры сгорания, не сгорает. Температура поверхности камеры сгорания ниже температуры, необходимой для возгорания смеси,
Рис. 13.4. Вырез в восьмицилиндровом V-образном двигателе Chevrolet позволяет увидеть клиновидную камеру сгорания
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 319
поэтому прилегающий к ней слой смеси охлаждается до температуры ниже температуры возгорания. Пламя гаснет, оставляя после себя несгоревшее углеводородное топливо. Остатки топлива вытесняются из камеры сгорания вместе с отработавшими газами во время такта выпуска. Охлаждение смеси стенками камеры сгорания — это главная причина того, что в отработавших газах остаются несгоревшие углеводороды.
ПРИМЕЧАНИЕ
Несгоревший бензин (углеводороды) — это основной компонент выхлопных газов, загрязняющий атмосферу. Снижение концентрации несгоревших углеводородов в отработавших газах из-за поверхностного охлаждения рабочей смеси обеспечивается путем поддержания нормальной рабочей температуры головки блока цилиндров. Следовательно, неисправный термостат системы охлаждения двигателя может привести к росту концентрации несгоревших углеводородов в отработавших газах вследствие поверхностного охлаждения топливно-воздушной смеси на стенках камеры сгорания при пониженной рабочей температуре головки блока цилиндров.
Камеры сгорания, имеющие небольшую, по сравнению с их объемом, площадь поверхности, например, полусферическая камера сгорания, обеспечивают низкую концентрацию несгоревших углеводородов. Клиновидная камера сгорания, у которой отношение площади поверхности к объему сравнительно велико, создает высокую концентрацию несгоревших углеводородов.
В новых конструкциях двигателей предпочтение отдается литым камерам сгорания, а не изготовленным с использованием механической обработки. Эти типы камер носят названия: полисферические, полу-клиновидные, почкоподобные и двускатные. Во всех конструкциях камер свечу зажигания стараются разместить в таком месте, чтобы обеспечить максимально полное сгорание смеси — как показано на рис. 13.5.
Рис. 13.5. Головка блока цилиндров восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet с наклонно стоящими свечами зажигания. Обратите внимание на то, что гнезда пружин подвергнуты механической обработке под установку пружин клапанов с увеличенным диаметром стержня и вкручивающихся шарнирных стоек клапанных коромысел. Наклонное положение свечей зажигания связано с тем, что так они попадают в то место, где обеспечивают хорошее сгорание топлива
КАМЕРА СГОРАНИЯ СО СЛОИСТОЙ СТРУКТУРОЙ ТОПЛИВНОЙ СМЕСИ
Камера сгорания со слоистой структурой топливной смеси получила свое название от слоев или пластов разной концентрации, которые формируются в турбулентном вихре рабочей смеси. В одних слоях создается обогащенная рабочая смесь, а в других — обедненная. Слоистая порция смеси, в целом, представляет собой очень обедненную топливно-воздушную смесь.
Обогащенная топливно-воздушная смесь лучше воспламеняется свечой зажигания, чем обедненная. По этой причине вокруг свечи зажигания создается слой обогащенной смеси. Высокотемпературный факел, возникающий после воспламенения этого слоя, вызывает нагрев и сжатие остальной — обедненной — части смеси, обеспечивая ее сгорание.
В серийных двигателях используются два типа камер сгорания со слоистой структурой топливной смеси. В одном варианте конструкции используется карбюратор и две камеры сгорания — основная камера и форкамера. В другом варианте топливо впрыскивается в вихрь воздуха в конце такта сжатия. Свеча зажигания стоит рядом с форсункой и вокруг нее создается обогащенная топливно-воздушная смесь (рис. 13.6 и 13.7).
Форкамера
Обогащенная смесь —*Е
Porsche
Форкамера (вспомогательная камера поджига смеси)
(вспомогательная ! камера поджига
смеси)
Обедненная смесь
CVCC
Форсунка, создающая обедненную смесь
Форсунка, создающая обогащенную смесь
Рис. 13.6. Рисунки, поясняющие принцип работы двух типов камер сгорания со слоистой структурой топливно-воздушной смеси
320 Глава 13
Рис. 13.7. Головка блока цилиндров двигателя Honda CVCC (compound vortex combustion chamber — камера сгорания co слоистым распределением концентрации топлива в турбулентном вихре топливной смеси); один из вспомогательных клапанов частично демонтирован
МНОГОКЛАПАННАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ
Мощность, развиваемая двигателем, напрямую зависит от количества топливно-воздушной смеси, всасываемой в цилиндр. Увеличение внутреннего объема цилиндра — это общеизвестный метод повышения мощности двигателя. Турбонаддув или компрессорный наддув также увеличивает мощность двигателя, но при этом возрастает и его стоимость.
Если увеличить число клапанов в цилиндре, то это позволит впустить в цилиндр больше рабочей смеси с большей скоростью, не увеличивая при этом время пребывания клапана в открытом состоянии. Время пребывания клапана в открытом состоянии определяется как угол, на который поворачивается коленчатый вал за время, пока проходное отверстие в седле клапана остается открытым. Увеличение времени пребывания клапана в открытом состоянии приводит к увеличению перекрытия клапанов. Перекрытие клапанов возникает в конце такта выпуска отработавших газов и в начале такта впуска рабочей смеси, когда оба клапана оказываются открытыми одновременно. На низких оборотах двигателя газы проникают через открытые клапаны в обоих направлениях. Таким образом, увеличение времени пребывания клапана в открытом состоянии вызывает снижение мощности двигателя на низких оборотах и его приемистости, но при этом обеспечивает рост поступления рабочей смеси на высоких оборотах.
Максимальное количество газа, проходящего через проходное отверстие клапана, зависит от периметра головки клапана и высоты подъема клапана над
ОТКРЫТЫЙ
КЛАПАН
ВЫСОТА ПОДЪЕМА КЛАПАНА НАД СЕДЛОМ
СЕДЛО КЛАПАНА
ПЕРИМЕТР ПРОСВЕТА (3,1416 х ДИАМЕТР КЛАПАНА)
ПЛОЩАДЬ ПРОСВЕТА = ПЕРИМЕТР х ВЫСОТА ПОДЪЕМА КЛАПАНА
Рис. 13.8. Метод измерения просвета, создаваемого открытым клапаном
ПЕРИМЕТР ПРОСВЕТА
ВПУСКНОГО 1^-ДЮИМОВОГО
КЛАПАНА=4,52 дюйма
КЛАПАНА=3,73 дюйма
а)
ПЕРИМЕТР ПРОСВЕТА
КАЖДОГО ВПУСКНОГО 4 ДЮЙМОВОГО
КЛАПАНА=3,54 дюйма
ПЕРИМЕТР ПРОСВЕТА ВЫПУСКНОГО 1-ДЮЙМОВОГО
КЛАПАНА=3,927 дюйма
СУММАРНЫЙ ПЕРИМЕТР ПРОСВЕТА ОБОИХ ВПУСКНЫХ КЛАПАНОВ=7,08 дюйма
б)
Рис. 13.9. Сравнительный периметр просвета, открываемого клапанами, в камерах сгорания с двумя и тремя клапанами
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 321
Рис. 13.10. Типичная трехклапанная головка блока цилиндров. Два меньших клапана — впускные, а больший клапан — выпускной
ВПУСК
ВЫПУСК
Рис. 13.12. Четырехклапанная камера сгорания двускатной конструкции
ВЫПУСКНЫЕ
КЛАПАНЫ
ВПУСКНЫЕ КЛАПАНЫ
Рис. 13.11. Схематический рисунок четырехклапанной головки. По сравнению с двухклапанной головкой, имеющей большие по размеру клапаны, общая площадь просвета, открываемого двумя маленькими впускными клапанами и двумя еще меньшими выпускными клапанами, оказывается больше. Уменьшение диаметра клапанов позволяет уменьшить также сечение воздуховодов впускного коллектора для повышения приемистости двигателя на низких оборотах
Рис. 13.13. Четырехклапанная камера сгорания полисферической конструкции
седлом (рис. 13.8). Стандартная высота подъема клапана составляет примерно 25% диаметра его головки. Например, если головка впускного клапана имеет диаметр 2,00 дюйма, стандартная высота подъема клапана (но не высота выступа кулачка распределительного вала) составляет полдюйма. Но количество топливновоздушной смеси, поступающей в цилиндр, зависит не просто от высоты подъема клапана, а от площади просвета, открываемого им. Периметр просвета рассчитывается по формуле л х D (3,1416 х диаметр головки клапана) (рис. 13.8).
Если вместо одного большого клапана в цилиндре используются два клапана меньшего диаметра, то, при той же высоте подъема клапанов, общая площадь просвета, открываемого ими, возрастает. При использова
нии клапанов меньшего диаметра двигатель на низких оборотах работает ровнее (потому что вследствие сужения впускных окон возрастает скорость поступления рабочей смеси в цилиндры). При этом мощность двигателя на высоких оборотах также возрастает, вследствие увеличения общей площади просвета и снижения веса клапанов (рис. 13.9-13.11).
Четырехклапанные камеры сгорания имеют двускатную конструкцию с рядной установкой каждой пары клапанов на своем скате (рис. 13.12) или полисфе-рическую конструкцию, где каждый клапан стоит под своим углом (рис. 13.13). В двускатной конструкции камеры сгорания для управления клапанами используются два верхних распределительных вала или один верхний распределительный вал и клапанные
322 Глава 13
коромысла. В полисферической конструкции камеры сгорания для управления четырьмя клапанами необходим сложный механизм привода клапанов, который управляется обычно одним верхним распределительным валом. Использование четырех клапанов позволяет разместить свечу зажигания по центру камеры сгорания. Это — наилучшее место для поджига, обеспечивающее быстрое сгорание смеси.
ЧЕТЫРЕХКЛАПАННАЯ ГОЛОВКА
Четырехклапанная головка блока цилиндров дает возможность увеличить поток воздуха и топлива, по сравнению с двухклапанной головкой тех же габаритов. Дополнительное количество топливно-воздушной смеси обеспечивает выделение дополнительной тепловой энергии и в результате многоклапанные двигатели развивают более высокую мощность. Но при этом поверхность головки вокруг выпускных клапанов часто перегревается, особенно при работе двигателя на максимальной мощности. Этот разогрев на участке выпуска отработавших газов вызывает обгорание выпускных клапанов а также разупрочнение и эрозию участка камеры сгорания между седлами клапанов.
Как повысить мощность двигателя шф
«--------------:
Мощность определяется потоком смеси
Чтобы повысить мощность двигателя, необходимо увеличить поток воздуха, всасываемого в камеру сгорания. Добиться этого можно, увеличив размеры клапанов и впус-кных/выпускных окон — одновременно подобрав высоту кулачков распределительного вала и продолжительность нахождения клапанов в открытом состоянии исходя из параметров головки. Популярный, хотя он не дешевый, метод заключается в замене серийных головок блока цилиндров высококачественными заказными чугунными или алюминиевыми головками, — типа той, что показана на рис. 13.14.
В четырехклапанных головках следует особенно тщательно проверять на наличие трещин и любых других дефектов участок камеры между выпускными клапанами.
ВПУСКНОЕ И ВЫПУСКНОЕ ОКНА
Часть воздуховода, служащего для впуска рабочей смеси или выпуска отработавших газов, которая изготавливается в процессе литья в самой головке блока
а)
6)
в)
Рис. 13.14. Высококачественная заказная алюминиевая головка блока цилиндров (а). Размеры клапанов в ней увеличены, по сравнению с серийной чугунной головкой блока цилиндров (6). Впускные и выпускные окна у заказной головки также более прямые и имеют большее сечение, чем у серийной чугунной, — для алюминиевой головки необходим специальный, несерийный, впускной коллектор (в)
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 323
Рис. 13.15. Внешний вид объединенного выпускного окна (в увеличенном масштабе)
Рис. 13.16. Пример типичной головки блока цилиндров с поперечной продувкой. Впускной коллектор находится справа, а выпускной — слева
Головки такой конструкции называется головками с поперечной продувкой. Пример головки с поперечной продувкой приведен на рис. 13.16. Такая конструкция головки позволяет разместить и наклонить клапаны так, чтобы обеспечить максимальную эффективность газообмена. Кроме того, она позволяет разместить свечи зажигания почти по центру камер сгорания. Во всех V-образных двигателях используются головки с поперечной продувкой.
Закономерности движения газового потока часто оказываются совершенно не такими, как можно было бы предположить. В ряде случаев выпуклость, которая на первый взгляд ограничивает пропускную способность канала (рис. 13.17) на самом деле, может ее увеличивать. Это происходит за счет того, что газовый поток перенаправляется этой выпуклостью на участок газового канала, который имеет достаточное большое проходное сечение и способен пропустить его. Если в процессе эксплуатации такая головка подвергнется доработке, при которой этот выступ будет удален, то пропускная способность столь тщательно рассчитанного окна снизится.
Впускной канал в головке блока цилиндров, предназначенной для работы с карбюратором или системой центрального впрыска топлива в дроссельную камеру, имеет относительно большую длину, в то время как выпускной канал — короткий. Стенки длинного впускного канала нагреваются охлаждающей жидкостью, прокачиваемой через головку, что повышает эффективность испарения топлива. Выпускной газовый канал делается коротким, чтобы охлаждающая жидкость подвергалась как можно меньшему нагреву отработавшими газами. В двигателях, оснащенных системой впрыска топлива во впускные окна головки, конструкция окон способствует образованию вихря смеси в камере сгорания, как показано на рис. 13.18.
цилиндров, называется окном. Эти воздуховодные каналы идут от коллекторов к клапанам. Из-за ограниченности места в корпусе головки не всегда удается проложить эти каналы наилучшим образом, поскольку требуется место для болтовых отверстий, направляющих втулок клапанов, каналов системы охлаждения и отверстий под штоки толкателей клапанов. В рядных двигателях впускное и выпускное окна могут быть расположены на одной стороне. Часто из-за ограниченности пространства одно окно приходится на два цилиндра. Такие совместно используемые окна называются объединенными окнами (рис. 13.15). Оба цилиндра используют одно и то же окно по очереди. Увеличить сечение окон и повысить эффективность газообмена можно, разместив впускное и выпускное окна на противоположных сторонах двигателя.
Рис. 13.17. Выпуклость во впускном окне, в действительности обеспечивающая повышение его пропускной способности
324 Глава 13
Рис. 13.18. И впускной коллектор, и камера сгорания сконструированы таким образом, чтобы заставить топливновоздушную смесь, поступающую в камеру сгорания, закручиваться вихрем
Как повысить мощность двигателя пне
Мощность определяется потоком смеси
В некоторых классах гоночных автомобилей запрещены любые доработки окон головок блока цилиндров, увеличивающие их пропускную способность.
После шлифовки окон головки блока цилиндров их поверхность становится гладкой и заметно отличается по виду от поверхности окон серийных литых головок. Поэтому некоторые гонщики для расширения окон в чугунных головках блока цилиндров используют кислоту. После такой обработки стенки окон внешне выглядят точно такими же шероховатыми, как у обычных серийных головок. Пример такой головки показан на рис. 13.19. Вот пример того, что, возможно, верна старая поговорка: "Кто не мошенничает, тот не выигрывает".
КАНАЛЫ ОХЛАЖДЕНИЯ В ГОЛОВКЕ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
Двигатель конструируется таким образом, чтобы охлаждающая жидкость текла от самой холодной части двигателя к самой горячей. Водяной насос выкачивает охлаждающую жидкость из радиатора охлаждения и гонит ее в блок цилиндров, где она растекается по ка-
Рис. 13.19. Верхняя головка блока цилиндров — обычная, серийная. В нижней головке окна прошли дополнительную обработку с использованием двух различных методов. На глубину один дюйм от поверхности корпуса головки они обработаны шлифовальной машинкой с целью подгонки окон по размеру к впускному коллектору. Оставшиеся участки каналов между клапанами и фланцами головки расширены с помощью обработки кислотой. Такая "хитрая" операция широко используется для увеличения пропускной способности окон серийных головок. После обработки кислотой поверхность по внешнему виду остается такой же шероховатой, как у стандартной литой головки
налам охлаждения, со всех сторон охватывающим цилиндры. Затем охлаждающая жидкость поднимается через отверстия в уплотнительной прокладке головки блока и попадает в каналы охлаждения, отлитые в головке. Нагревшаяся охлаждающая жидкость возвращается в радиатор, где охлаждается и снова поступает в насос.
ПРИМЕЧАНИЕ
В системах охлаждения с обратным направлением движения охлаждающей жидкости, например в системе охлаждения восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet LT1, охлаждающая жидкость поступает из радиатора сначала в головку блока цилиндров. В результате головка охлаждается сильней, что позволяет увеличить угол опережения зажигания, не опасаясь возникновения опасной для двигателя детонации.
На разрезе головки блока цилиндров, приведенном на рис. 13.20, видны типичные каналы охлаждения.
В нижней плоскости головки, к которой прилегает уплотнительная прокладка, имеются достаточно большие отверстия, идущие к каналам охлаждения головки. Это технологические отверстия, остающиеся в тех местах, где во время литья головки находилось крепление формовочного стержня, заполняющею пространство будущих каналов охлаждения. После завершения операции литья формовочный стержень
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 325
Рис. 13.20. Разрез головки блока цилиндров, на котором видны каналы охлаждения
разбивается и удаляется через эти отверстия из корпуса головки. Наружные технологические отверстия в двигателе закрываются с помощью распорных или расплющиваемых пробок. Часто ошибочно полагают, что это — предохранительные пробки на случай замерзания охлаждающей жидкости. Технологические отверстия между головкой и блоком цилиндров, как правило, слишком велики, чтобы обеспечить надлежащий расход охлаждающей жидкости. Если отверстия слишком велики, то прокладка головки выполняет важную функцию регулирования потока охлаждающей жидкости. Для этого в ней делаются специальные отверстия определенных размеров. Эти отверстия регулируют расход потока охлаждающей жидкости на входе каждого канала системы охлаждения в головке блока цилиндров. Таким образом, для эффективного охлаждения двигателя важно, чтобы прокладка была правильно уложена на плоскость головки блока цилиндров. На рис. 13.21 показан пример прокладки со специальными отверстиями определенных размеров, перекрывающими технологические отверстия в корпусе головки.
В головке блока цилиндров могут быть предусмотрены специальные отверстия, выполняющие роль дефлекторов потока. Они направляют поток охлаждающей жидкости в те части головки, откуда обязательно необходимо отвести избыточное тепло, вызывающее перегрев. Обычно это участок вокруг выпускного клапана. Некоторые дефлекторы в каналах охлаждения изготавливаются в процессе литья головки.
СМАЗКА ВЕРХНИХ КЛАПАНОВ
К механизмам верхних клапанов смазочное масло поступает через маслопроводные каналы в штангах
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОТВЕРСТИЕ БЕЗ
а)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОТВЕРСТИЕ
б)
Рис. 13.21. Управление потоком охлаждающей жидкости. Без уплотнительной прокладки все технологические отверстия полностью открыты (а). Прокладка закрывает левое технологическое отверстие, идущее к каналам охлаждения (6)
толкателей клапанов или через маслопроводные каналы, просверленные в головке и блоке цилиндров. В уплотнительной прокладке головки предусмотрены специальные отверстия для пропуска масла из блока цилиндров в головку, обеспечивающие герметичность маслопроводных каналов. Масло, прошедшее через клапанные механизмы, стекает по дренажным каналам в масляный поддон. В некоторых конструкциях двигателей дренажные отверстия просверливаются, но в большинстве двигателей в процессе литья изготавливаются большие дренажные отверстия, через которые масло свободно стекает в масляный поддон. Литые отверстия имеют большие размеры и их трудно засорить.
ПРИМЕЧАНИЕ
В алюминиевых головках блока цилиндров дренажные отверстия, как правило, имеют меньшии, чем обычно, диаметр. Если двигатель расходует слишком много масла, то, прежде чем разбирать его, проверьте, не забились ли дренажные отверстия.
326 Глава 13
Рис. 13.22. Для того чтобы получить возможность снять распределительный вал, сначала необходимо снять одноплечные рычажные коромысла или толкатели клапанов. Обратите внимание на то, что в двигателе с верхним расположением распределительного вала для того, чтобы снять одноплечные рычажные коромысла, необходимо немного сжать пружину клапана
ДЕМОНТАЖ ВЕРХНЕГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Верхний распределительный вал вращается в неразборных подшипниках, стоящих в неразъемных посадочных гнездах опор, или в разборных подшипниках, стоящих в посадочных гнездах со съемными крышками. Если распределительный вал вращается в неразборных подшипниках, то его демонтируют, вытягивая из опор вдоль оси. Для этого необходимо сначала сжать с помощью зажимных приспособлений пружины клапанов или снять одноплечные рычажные коромысла. Если вал стоит в разборных подшипниках, необходимо отпускать крепления крышек подшипников поочередно, делая это постепенно — так, чтобы избежать действия изгибающих нагрузок на распределительный вал и крышки подшипников (рис. 13.22).
РАЗБОРКА ГОЛОВКИ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
Как уже говорилось в главе 9, прежде чем приступать к техобслуживанию головки блока цилиндров, ее необходимо разобрать, вычистить и тщательно проверить на наличие трещин или иных повреждений. Для разборки алюминиевых головок, особенно многоклапанных головок с верхними распределительными валами, как правило, требуются специальные приспособления для сжатия пружин клапанов — типа
Рис. 13.23. Для сжатия пружин клапанов в многоклапанных головках, например, показанной на этой фотографии головке шестицилиндрового V-образного двигателя DaimlerChrysler объемом 2,7 л, требуются специальные приспособления
тех, что показаны на рис. 13.23 и 13.24. Алюминиевую головку следует очищать только с помощью инструментов и средств, которые не могут повредить головку блока цилиндров или поверхность нижней плоскости головки, к которой прилегает уплотнительная прокладка.
• Для удаления старых прокладок используйте деревянный или пластмассовый скребок (запрещается использовать металлический шабер, который может повредить поверхность алюминиевой головки блока цилиндров).
• Используйте пластмассовые “ершики” типа тех, что показаны на рис. 13.25. Не используйте фибровые чистящие круги. Производители автомобилей предупреждают, что обрезки волокон, отпадающие от таких дисков в процессе чистки, могут попасть в мелкие резьбовые отверстия и создать проблемы при сборке, потому что полностью смыть все мелкие волокна в процессе мойки головки не удается.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РЕМОНТА ГОЛОВКИ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
Хотя не всегда головка блока цилиндров нуждается в техническом обслуживании в полном объеме, но в любом случае следует соблюдать следующую последовательность восстановления головки:
1. Разборка и тщательная очистка головки (см. главу 9).
2. Проверка головки на наличие трещин и, при необходимости, ремонт (см. главу 10).
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 327
6)
Рис. 13.24. После того как пружина клапана сжата, с помощью магнита или специального захвата вытащите из канавки на стержне клапана сухарики пружины клапана (а). С помощью этого простого захвата сухарики вынимаются и устанавливаются быстро и просто (6)
3. Проверка состояния поверхности нижней плоскости головки, прилегающей к плите блока цилиндров, и, при необходимости, ее машинная обработка.
4. Проверка направляющих втулок клапанов и, при необходимости, их замена или ремонт.
5. Шлифовка клапанов и установка их в головку блока цилиндров с заменой манжет (маслосъемных колпачков) стержня клапана (см. главу 14).
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ГОЛОВКИ
Все детали механизмов клапанов, которые предполагается использовать повторно, должны храниться комплектно. В процессе износа детали притираются друг к другу. Штанги толкателей клапанных коромысел можно расставить упорядоченно, воткнув их в стенку картонной коробки, как показано на рис. 13.26.
Рис. 13.25. Чистящие головки-ершики с пластмассовыми "щетинками" для пневматического шлифовального инструмента, которые используются для удаления прилипшей прокладки. У зеленой головки (справа) пластиковые "щетинки" содержат вкрапления абразивного порошка номер 50 — она предназначена для чугунных изделий. У желтой головки (в центре) пластиковые "щетинки" содержат вкрапления абразивного порошка номер 80 — эта головка может использоваться для очистки алюминиевых изделий; но большинство производителен автомобилей рекомендуют использовать для очистки алюминиевых деталей двигателя только белую чистящую головку (слева) с абразивным порошком номер 120
Рис. 13.26. Отдельные детали притираются друг к другу в процессе работы. Поэтому картонная коробка представляет собой пусть и не очень элегантный, но зато надежный способ, позволяющий упорядоченно сложить комплекты деталей клапанных механизмов прямо в процессе их демонтажа
Обязательно втыкайте их верхними концами вверх. Пружины впускных и выпускных клапанов отличаются друг от друга и должны храниться в комплекте с соответствующими клапанами.
Поверхность головки должна быть тщательно очищена и обследована следующим образом:
328 Глава 13
Шаг 1. После удаления старой прокладки “прогладьте” поверхность нижней плоскости головки, прилегающую к прокладке, напильником, двигая его без усилия широкой стороной вперед, — чтобы снять или проявить мелкие задиры (рис. 13.27).
Рис. 13.27. После очистки поверхности головки от материала прокладки "прогладьте"ее напильником, двигая его без усилия широкой стороной вперед. При движении напильника поперек его полотна он практически не снимает металл, а только удаляет или проявляет задиры и другие дефекты на поверхности головки
! Что означает "обкатанный двигатель"?
Новые головки и блоки цилиндров уже через несколько часов после их отливки устанавливаются в новые двигатели. В металле только что отлитых узлов имеются внутренние напряжения. Они возникают вследствие неодинаковой толщины металла в разных частях отливки. Под действием сил, возникающих при сгорании смеси, а также циклического нагрева и охлаждения, эти напряжения в процессе работы двигателя постепенно ослабляются. К тому времени, когда двигатель нарабатывает от 20 000 миль до 30 000 миль пробега (от 32 000 км до 48 000 км), внутренние напряжения полностью снимаются. Именно по этой причине некоторые фирмы, занимающиеся капитальным ремонтом двигателей, предпочитают иметь дело с прошедшими эксплуатацию головками и блоками цилиндров, в которых нет внутренних напряжений. Прошедшие эксплуатацию двигатели часто называют обкатанными, — их детали, прошедшие эксплуатацию, имеют меньшие внутренние напряжения и повышенную стабильность, по сравнению с новыми. Головка, демонтированная с такого двигателя, обычно немного покороблена.
Шаг 2. Головка блока цилиндров должна быть проверена в пяти плоскостях, как показано на рис. 13.28.
Поверхность нижней плоскости головки проверяется в пяти плоскостях на коробление, искривление, изгиб и скручивание.
Рис. 13.28. Головка блока цилиндров должна быть проверена в пяти плоскостях на коробление, искривление, изгиб и скручивание
Эти дефекты выявляются путем подсовывания калибра толщиной 0,004 дюйма (0,10 мм) под поверочную линейку, приложенную к поверхности нижней плоскости головки.
ПРИМЕЧАНИЕ
Поверхность, которой головка ложится на плиту блока цилиндров, часто называют огневой поверхностью.
Неровность поверхности от плоскости на участке длиной 6 дюймов (15 см) в любом месте не должны превышать 0,002 дюйма (0,05 мм), или 0,004 дюйма по всей длине головки. Обязательно сверьтесь с техническими требованиями, установленными производителем.
ПРИМЕЧАНИЕ
Обязательно проверьте головку на соответствие техническим требованиям производителя по толщине материала, чтобы точно знать, останется ли она в допустимых пределах после того, как часть металла с поверхности нижней плоскости головки будет сошлифована. Некоторые производители не допускают какой бы то ни было механической обработки головки в случае, если неровности поверхности выходят за установленные пределы — в этом случае головка блока цилиндров подлежит только замене.
ВЫПРЯМЛЕНИЕ АЛЮМИНИЕВОЙ ГОЛОВКИ
У алюминия коэффициент температурного расширения почти вдвое выше, чем у чугуна. Перегрев алюминиевых головок,установленных на чугунных блоках цилиндров, приводит, как правило, к их короблению и/или растрескиванию. Сначала расширение головки приводит к ослаблению ее болтовых креплений. При дальнейшем расширении головка вспучивается вверх и выгибается по центру. Если выровнять поверхность покоробленной (согнутой дугой) головки, прошлифовав ее, то внутренние напряжения, вызванные ее
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 329
Рис. 13.29. Покоробленная головка блока цилиндров с верхним распределительным валом. Если обработать нижнюю плоскость головки на шлифовальном станке, то опоры, в которых крепится распределительный вал, все равно останутся несоосными. Необходимо или выпрямить саму головку или после шлифовки плоскости обработать туннель распределительного вала, поскольку корпус головки изогнут фактически дугообразно
Рис. 13.30. Особенно необходима правка для головок типа той, что показана на этой фотографии, у которых нижние опоры подшипников распределительного вала выполнены в виде единой конструкции с головкой
расширением, все равно останутся, а если это головка с верхним распределительным валом, то при ее короблении возникает еще ряд проблем.
У головки блока цилиндров, изогнутой дугообразно (см. рис. 13.29), необходимо также восстановить соосность отверстий в опорах распределительного вала. Чтобы восстановить соосность отверстий в опорах распределительного вала (иногда называемых туннелем распределительного вала) может потребоваться растачивание и/или хонингование туннеля (рис. 13.30).
Наилучшии вариант восстановления покоробленной алюминиевой головки блока цилиндров (особенно головки с верхним распределительным валом) — снять внутренние напряжения, вызвавшие ее коробление, и выпрямить головку перед механической обработкой.
Шаг 1. Определите величину покоробленности головки с помощью поверочной линейки и калиберного толщиномера. Наберите из тонких полосок металла регулировочные прокладки толщиной, равной половине величины покоробленности головки. Подложите прокладки такой толщины под оба края головки.
Шаг 2. Прикрутите центр головки блока цилиндров к прочной, плоской плите. Хорошим основанием для нижней плоскости головки может служить стальная плита двухдюймовой толщины, шириной 8 дюймов и длиной 20 дюймов (нанесите на резьбу болта антипригарный состав, чтобы его было легче открутить).
Шаг 3. Поместите плиту с головкой блока цилиндров в печь, нагрейте до температуры 500°Ф (260°С) и выдержите при этой температуре в течение 5 часов. После чего выключите печь и оставьте плиту с головкой остывать в ней.
ПРИМЕЧАНИЕ
При слишком высокой температуре вставные седла клапанов могут выпасть из головки! Как следует из расчетов величин температурного расширения алюминиевой головки и стального седла, при температуре 500еФ стандартные седла клапанов все еще держатся в алюминиевой головке с натягом 0,002 дюйма.
При остывании головки в выключенной печи в течение 4-5 часов снимаются внутренние напряжения в алюминии, вызванные нагревом. Лучше всего оставить головку остывать в печи до следующего дня. Одновременно можно “пропекать” в печи сразу нескольких головок.
Если покоробленность не удалось устранить полностью за один раз, повторите цикл нагрева и остывания. После выравнивания головки и снятия внутренних напряжений поверхность нижней плоскости головки (огневая поверхность) проходит механическую обработку, как обычно. Во избежание проблем, связанных с возможным перекосом туннеля распределительного вала, толщина слоя, удаляемого с поверхности нижней плоскости головки в процессе механической обработки, не должна превышать 0,010-0,015 дюйма (0,25-0,38 мм).
МЕТОДЫ ВЫРАВНИВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ГОЛОВКИ
Для выравнивания поверхности нижней плоскости головки используются два стандартных метода механической обработки: фрезерование и шлифование.
В фрезерном станке используются металлорежущие резцы, закрепленные в корпусе инструмента (рис. 13.31). В шлифовальном станке используется
330
Глава 13
Рис. 13.31. Выравнивание поверхности нижней плоскости головки блока цилиндров на фрезерном станке (а). Шлифовальный станок для выравнивания поверхности головки (6)
шлифовальный круг большого диаметра. Оба вида обработки можно выполнять как на станках с подачей обрабатываемой детали, так и на станках с подачей обрабатывающего инструмента. В станке с подачей обра
батываемой детали головка или блок цилиндров проходит над шпиндельной головкой, выступающей над поверхностью рабочего стола. Перед началом шлифования детали производится правка шлифовального круга. Головка блока цилиндров выставляется так, чтобы она едва касалась поверхности круга. В этой позиции производится калибровка механизма подачи на нуль. Это необходимо для того чтобы оператор точно знал, какой толщины слой снимается. Материал удаляется с поверхности головки тонкими слоями. Толщина слоя, удаляемого шлифовальным кругом, не превышает 0,005 дюйма (0,015 мм). Поверхность шлифовального круга очищается проволочной щеткой после каждых пяти проходов, а после сошлифовыва-ния каждых 0,100 дюйма (2,50 мм) повторяется правка шлифовального круга. Фрезерный диск способен снять за один проход слой толщиной до 0,030 дюйма (0,075 мм). Для обработки поверхности алюминиевых головок используется специальная фреза или матирующий шлифовальный круг.
ПРИМЕЧАНИЕ
Механическая обработка поверхности головки приводит к повышению степени сжатия двигателя примерно на 0,1 на каждые 0,010 дюйма толщины материала, снятого с поверхности головки. Например, если удалить с поверхности типичной головки блока цилиндров слой толщиной 0,020 дюйма, то степень сжатия возрастет с 9,0:1 до 9,2:1.
ЧИСТОТА ПОВЕРХНОСТИ
Чистота поверхности восстановленной детали столь же важна как и ее размеры. Чистота поверхности измеряется в микродюймах (ц in), ц перед аббревиатурой in означающей “дюйм” — это буква “мю” греческого алфавита. Один микродюйм равен 0,000001 дюйма [0,025 микрона (мкм)]. Класс чистоты поверх -
Высота, усредненная по всем выступам и впадинам
Длина выборки
RA (среднеарифметическая шероховатость поверхности)
Рис. 13.32. Кривая типичного профиля шероховатой поверхности, наблюдаемого через увеличительное стекло. RA — аббревиатура, означающая "средняя высота всех выступов и впадин"
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 331
ности, выраженный в микродюймах, означает высоту неровностей от самой высокой до самой низкой точки поверхности. Стандартной формой оценки чистоты поверхности является среднеарифметическая шероховатость поверхности (arithmetic average roughness height — RA), т.е. средняя величина отклонений всех выступов и впадин по высоте от средней (среднеарифметической) линии. Чистота поверхности измеряется специальным прибором (профилографом), в котором в качестве измерительного инструмента используется алмазная игла (рис. 13.32).
Другой формой оценки шероховатости поверхности, которая выходит из употребления, является среднеквадратическая шероховатость поверхности (root-mean-square — RMS). Среднеквадратическая оценка шероховатости немного превышает среднеарифметическую и может быть получена из среднеарифметической оценки умножением ее на 1,11.
Стандартные рекомендуемые величины шероховатости поверхности для чугунных и алюминиевых головок блока цилиндров приведены ниже:
Чугунная головка
Максимум 110 RA (125 RMS) (при большей шероховатости поверхности ухудшается подвижность и плотность прилегания уплотнительной прокладки)
Минимум 30 RA (33 RMS) (при меньшей
шероховатости поверхности возрастает опасность скольжения прокладки и снижается ее уплотняющая способность)
Рекомендуемый
диапазон 60-100 RA (65-110 RMS)
Алюминиевая головка
Максимум 60 RA (65 RMS)
Минимум 30 RA (33 RMS)
Рекомендуемый
диапазон 50-60 RA (55-65 RMS)
Более шероховатой поверхности соответствует более высокое значение чистоты поверхности в микродюймах. Предпочтительные значения чистоты поверхности ряда деталей двигателей приведены ниже:
Коренная и кривошипная шейки коленчатого вала: 10-14 RA (12-15 RMS).
Цилиндр после хонингования: 18-32 RA (20-35 RMS).
Отверстие в нижней головке шатуна: 45-72 RA (50-80 RMS).
ОБМЕН ОПЫТОМ
Почему поверхность получается кривой
Большинство головок блока цилиндров, как правило, искривлены или скручены как картофельный "чипе*— края задраны, а центр опущен. После шлифовки поверхность головки должна стать идеально плоской. Распространенной причиной того, что этого не удается добиться является то, шлифование головки проводится в обоих направлениях — и когда стол, на котором закреплена головка, движется вперед, и когда он возвращается назад. В большинстве шлифовальных станков шлифовальный круг наклонен под углом примерно 4 градуса. В качестве режущей кромки должна использоваться нижняя сторона шлифовального круга. Если шлифование происходит наклонным ребром круга, то при этом выделяется слишком много тепла. Нагрев головки (или блока цилиндров) под действием этого тепла вызывает ее коробление — она выгибается вверх в центре. Шлифовальный круг сошлифовывает металл в этом месте и в результате в центре отшлифованной поверхности получается небольшая выемка (глубиной примерно 0,0015 дюйма). Чтобы такого не случилось, шлифовальный круг должен проходить заготовку только в прямом направлении (особенно при снятии последних 0,003 дюйма материала).
КОРРЕКЦИЯ СООСНОСТИ ВПУСКНОГО КОЛЛЕКТОРА
Может оказаться, что после шлифовки нижних плоскостей головок блока цилиндров V-образного двигателя впускной коллектор уже не стыкуется с головками. Окна и болтовые отверстия могут уже не совпадать с посадочными местами. Для того чтобы восстановить совмещение окон и болтовых отверстий с посадочными местами может потребоваться подогнать поверхность фланца коллектора, удалив с нее часть металла. Сколько металла придется удалять — это зависит от величины угла, образуемого нижней плоскостью головки и поверхностью фланца головки, стыкуемой с фланцем впускного коллектора. На рис. 13.33 показано, как выполняется этот расчет. В механических мастерских, выполняющих восстановление поверхностей фланцев головок, имеются таблицы, по которым определяется точная толщина, на которую необходимо удалить металл. В случае впускных коллекторов закрытого типа, используемых в V-образных двигателях, обычно приходится удалять металл с поверхности обоих фланцев соединяемых через уплотнительную прокладку. Это необходимо для того, чтобы прокладка обеспечивала хорошее уплотнение во избежание утечки масла из развала цилиндров, в котором стоят толкатели клапанов.
332 Глава 13
а)
Рис. 13.33. Измерение угла между прилегающими поверхностями фланца впускного коллектора и нижней плоскости головки блока цилиндров (а). Толщина слоя, который необходимо сошлифовать для надлежащего совмещения воздуховодов впускного коллектор с окнами в головках блока цилиндров (6)
Толщина слоя металла, который нужно удалить
Толщина слоя металла, который нужно удалить с
Угол поверхности В
90’ Ах 1,000
85’ Ах 1,100
80 Ах 1,233
75* Ах 1,414
70’ Ах 1,673
65’ Ах 2,067
60’ Ах 2,733
55’ Ах 4,072
Толщина слоя металла, удаленного с поверхности С равна 1,4 х А
б)
ВНИМАНИЕ
Не снимайте больше материала, чем это необходимо для восстановления плоской поверхности контакта головки с блоком цилиндров. Некоторые производители ограничивают допустимую общую толщину материала, которую можно удалить с плиты блока цилиндров и нижней плоскости головки, величиной 0,008 дюйма (0,2 мм). Удаление слоя материала с нижней плоскости головки блока цилиндров двигателя с верхним распределительным валом приводит к уменьшению расстояния между распределительным валом и коленчатым валом. Это, в свою очередь, вызовет запаздывание моментов открывания и закрывания клапанов, если не восстановить исходное расстояние между распределительным валом и коленчатым валом с помощью специальной компенсационной прокладки из меди, которая устанавливается между плитой блока цилиндров и уплотнительной прокладкой.
НАПРАВЛЯЮЩИЕ ВТУЛКИ КЛАПАНОВ
Направляющая втулка клапана обеспечивает идеальную соосность уплотнительной фаски клапана с седлом клапана в головке блока. Направляющие втулки клапанов выполняются» как правило, встроенными, т.е. отливаются вместе с корпусом головки. Это делается с целью улучшения теплопередачи и снижения стоимости производства. При несовместимости материалов стержня клапана и головки направляющие втулки выполняются в виде вставных (запрессованных) деталей.
Независимо то того, насколько качественны сами клапаны и седла клапанов, они не смогут хорошо работать, если направляющая втулка не соответствует
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 333
Рис. 13.34. Задиры на внутренней поверхности направляющей втулки клапана
ОБМЕН ОПЫТОМ
-----------------
Плотней не всегда оказывается лучше
Многими производителями автомобильных двигателей стандартный зазор между стержнем и направляющей втулкой клапана задается в пределах от 0,001 дюйма до 0,003 дюйма (от 0,025 мм до 0,076 мм). Однако для ряда моделей автомобилей, особенно тех, которые оснащены двигателями с алюминиевыми головками блока цилиндров, могут быть указаны намного более широкие зазоры. Например, во многих двигателях Chrysler объемом 2,2 л и 2,5 л стандартный зазор установлен в пределах 0,003-0,005 дюйма (от 0,076-0,127 мм). Такой зазор может показаться слишком большим автомеханикам, приученным к обычным техническим требованиям на величину зазора. Хотя такой зазор может показаться чрезмерным, запомните, что в процессе нагрева стержень клапана расширяется в диаметре. Таким образом, рабочий зазор меньше зазора, измеренного при комнатной температуре. Прежде чем окончательно решить, что направляющая втулка клапана имеет чрезмерный износ, еще и еще раз сверьтесь с техническими требованиями завода-изготовителя.
на обоих концах втулки приобретают эллиптическую или яйцеобразную форму. Если стержень клапана болтается в направляющей втулке, то нет нужны проверять ее — и так понятно, что ее нужно ремонтировать. Направляющая втулка клапана должна быть восстановлена так, чтобы соответствовать клапану, который планируется установить в ней.
ЗАЗОР МЕЖДУ СТЕРЖНЕМ
И НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ВТУЛКОЙ КЛАПАНА
Производители автомобилей обычно указывают следующие величины стандартного зазора между стержнем и направляющей втулкой клапана.
• впускной клапан: 0,001-0,003 дюйма (0,025-0,075 мм);
• выпускной клапан: 0,002-0,004 дюйма
(0,05-0,10 мм).
Обязательно сверяйтесь с техническими требованиями изготовителя на обслуживаемый двигатель. У выпускного клапана зазор больше, чем у впускного, потому что выпускной клапан нагревается сильней, а следовательно и расширяется больше, чем впускной.
Избыточный зазор между стержнем и направляющей втулкой клапана является причиной повышенного расхода масла. Под действием разрежения, создаваемого во впускном коллекторе, через зазор в направляющей втулке впускного клапана с верхней поверхности головки блока в камеру сгорания засасывается масло. Из-за увеличенных зазоров клапаны нагреваются больше чем обычно, потому что большая часть тепла, накопленного клапаном, отводится в головку блока цилиндров через направляющую втулку клапана.
СОВЕТ
Диаметр человеческого волоса составляет примерно 0,002 дюйма (0,05 мм). Таким образом, типичный зазор между стержнем и направляющей втулкой клапана соответствует всего лишь толщине человеческого волоса.
техническим требованиям. В процессе эксплуатации механизм привода клапана создает боковое давление на верхушку стержня клапана. В этом — основная причина износа стержня и направляющей втулки клапана. Обычно при каждом открывании клапан немного поворачивается вокруг своей оси, поэтому изнашивается равномерно по периметру. Направляющая втулка клапана — неподвижна, и поэтому изнашивается всегда в одном и том же месте. На снимке, приведенном на рис. 13.34, видно, что направляющая втулка клапана изношена неравномерно. В конце концов отверстия
ИЗМЕРЕНИЕ ИЗНОСА НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ВТУЛКИ КЛАПАНА
Прежде чем измерять износ направляющей втулки клапана, необходимо измерить диаметр стержня клапана. Затем с помощью измерителя с разрезным кольцевым щупом измеряется диаметр отверстия в центральной части направляющей втулки клапана. После этого раскрытие кольцевого щупа измеряется с помощью микрометра. Затем измеряется диаметр отверстия на обоих концах направляющей втулки.
334 Глава 13
Разрез в кольцевом щупе измерителя при этих измерениях должен быть ориентирован перпендикулярно оси максимального износа отверстия. Затем вычисляется разница между наибольшим диаметром отверстия в направляющей втулке и диаметром стержня клапана. Если зазор оказывается больше установленного предела, направляющая втулка клапана подлежит ремонту.
Зазор между стержнем и направляющей втулкой клапана можно также определить, измерив с помощью
Рис. 13.35. Разрез головки блока цилиндров, на котором показано, как с помощью измерителя с разрезным кольцевым щупом измеряется конусность и износ отверстия в направляющей втулке клапана (a-в). После того, как щуп раздвинут по размеру отверстия, измеритель вынимают из отверстия и фактический размер определяют с помощью микрометра (г)
измерителя смещения с циферблатной шкалой люфт клапана, выдвинутого из седла (рис. 13.36). Необходимо также измерить диаметр стержня клапана, как показано на рис. 13.37.
КЛАПАНЫ СО СТЕРЖНЕМ УВЕЛИЧЕННОГО ДИАМЕТРА
Большинство американских производителей автомобилей, в двигателях которых используются встро-
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 335
Рис. 13.36. Определение зазора между стержнем и направляющей втулкой клапана путем измерения с помощью измерителя смещения с циферблатной шкалой люфта стержня клапана, выдвинутого из седла, в направлении бокового давления, создаваемого клапанным механизмом. Индикатор не показывает непосредственно величины зазора, поэтому эти показания нельзя сравнивать с техническими требованиями. Для того чтобы вычислить величину зазора, как правило, необходимо разделить показание индикатора на 2. Измерение размаха люфта стержня производится обычно при клапане, выдвинутом из седла на полную рабочую высоту
Рис. 13.38. Расширение отверстия в направляющей втулке клапана с помощью развертки. Это позволяет использовать новые клапаны со стержнями увеличенного диаметра. Многие компании, занимающиеся капитальным ремонтом двигателей, предпочитают не заменять направляющие втулки и не восстанавливать их путем накатки и шлифования, а использовать эту технологию, чтобы сократить расходы и время на ремонт
Рис. 13.37. Измерение диаметра стержня клапана с помощью нониусного штангенциркуля с циферблатным нониусом. Разница между диаметром отверстия в направляющей втулке клапана и диаметром стержня определяет зазор между ними
енные направляющие втулки клапанов, рекомендуют расширять изношенные отверстия в направляющих втулках с помощью развертки и заменять клапаны новыми, со стержнями увеличенного, ремонтного диаметра. Если направляющая втулка клапана изношена, то скорее всего изношен и стержень клапана. В этом случае требуются новые клапаны. Но если клапаны заменяются, то безразлично — имеют ли они стержень стандартного диаметра или ремонтный, увеличенного диаметра. Ремонтные клапаны выпускаются обычно с диаметрами стержней, увеличенными на стандартную величину— 0,003, 0,005, 0,015 и 0,030 дюйма. Отверстие в ремонтируемой направляющей втулке развертывается или хонингуется до необходимого диаметра, соответствующего диаметру стержня ремонтного клапана. На рис. 13.38 показана операция расширения отверстия в направляющей втулке клапана с помощью развертки. Зазор между стержнем и отремонтированной направляющей втулкой сохраняется таким же, как у старого клапана. При замене изношенных клапанов ремонтными, имеющими стержни увеличенного диаметра, масляный зазор и характеристики теплопередачи остаются прежними.
ПРИМЕЧАНИЕ
Многие компании, занимающиеся капитальным ремонтом двигателей, с целью упрощения ремонта головок, используют ремонтные клапаны со стержнями увеличенного диаметра.
336 Глава 13
Рис. 13.39. Обработка изношенного отверстия в направляющей втулке клапана с помощью накаточной головки. После накатки стенок диаметр отверстия восстанавливается с помощью развертки и в результате получается готовое восстановленное отверстие
При восстановлении отверстия в направляющей втулке клапана по технологии някяглкщ накаточная головка, вращаясь, углубляется в отверстие. В ходе этой операции диаметр отверстия уменьшается за счет вытеснения металла из одних мест в другие. Технология накатки идеально подходит для двигателей со встроенными направляющими втулками клапанов (т.е. несъемными, отлитыми вместе с головкой блока цилиндров и, следовательно, незаменяемыми). Накатку не рекомендуется использовать для восстановления отверстий с износом, превышающим 0,006 дюйма (0,15 мм). В процессе накатки накаточный ролик конической формы, имеющий небольшой диаметр, или резьбонарезной резец со специально затупленной режущей кромкой, вдавливается в стенку отверстия, выдавливая в ней канавку без удаления металла, как показано на рис. 13.39 и 13.40. Металл выдавливается на края канавки, аналогично тому, как мягкий грунт выдавливается колесами автомобиля из колеи на ее края (образуя непрерывный выступ по краям колеи). Накаточная головка приводится в действие дрелью с понижающим редуктором. Развертки, входящие в комплект накаточной головки, развертывают накатанное отверстие ровно настолько, чтобы обеспечить соответствие зазора между направляющей втулкой и стержнем клапана требованиям общих стандартов на восстановленные узлы. Если требуется особая точность, отверстия хонингуются до заданного размера на высокоточном оборудовании. У направляющих втулок клапанов, восстановленных накаткой, зазор обычно вдвое меньше, чем у новых деталей. Но столь небольшой зазор допустим, потому что после накатки
Рис. 13.40. Вид в разрезе на отверстие в направляющей втулке клапана после накатки
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 337
в стенке отверстия, по все его длине, остается множество тонких кольцевых выступов, которые удерживают масло, обеспечивая нормальную смазку.
ЗАМЕНА НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ВТУЛКИ КЛАПАНА
Если в двигателе направляющие втулки клапанов — съемные, рекомендуется при ремонте клапанного узла обязательно заменить их. Перед демонтажем направляющей втулки необходимо измерить ее высоту, чтобы новая втулка встала на свое место, как положено.
После этого изношенная направляющая втулка выпрессовывается из головки с помощью пуансона. На рис. 13.41 показано, как с помощью пуансона производится выпрессовывание и замена направляющей втулки. Пуансон представляет собой шток, соответствующий по диаметру отверстию, в которое запрессована направляющая втулка и имеющий на конце выточку, кромка которой давит на край направляющей втулки. Если у направляющей втулки имеется фланец, то необходимо с учетом этого правильно выбрать, с какой стороны выпрессовывать направляющую втулку. Обычно направляющие втулки выпрессовываются со стороны камеры сгорания в направлении к клапанному коромыслу. Новая направляющая втулка запрессовывается в посадочное отверстие с помощью того же пуансона. Необходимо следить за тем, чтобы направляющая втулка была запрессована на необходимую глубину. После замены отверстия в ремонтных направляющих втулках развертываются или хонингуются до необходимого диаметра.
Изношенные встроенные втулки можно также отремонтировать с помощью ремонтных вставок. Выпускаются как чугунные так и бронзовые ремонтные вставки (см. рис. 13.42). Они выпускаются трех стандартных размеров:
5/16 или 0,313 дюйма;
11/32 или 0,343 дюйма;
3/8 или 0,375 дюйма.
ОБМЕН ОПЫТОМ
И
С какой стороны подойти
Замену направляющих втулок необходимо выполнять встрогом соответствии с инструкциями производителя. Большинство изготовителей рекомендует выпрессовывать изношенные втулки со стороны камеры сгорания в направлении клапанного коромысла. Например, в крупных головках мощных восьмицилиндровых V-образных двигателей Chevrolet (с рабочим объемом цилиндра 396,402,427 и 454 куб. дюйма) отверстие направляющей втулки сужается на 0,004 дюйма (0,10 мм) по направлению к камере сгорания.
Однако некоторые производители могут рекомендовать выпрессовывать старую направляющую втулку со стороны клапанного коромысла, чтобы нагар, скопившийся на ней, не повредил посадочное отверстие. Прежде чем приступать к замене направляющей втулки, ознакомьтесь с методикой замены, рекомендуемой производителем.
РЕМОНТНЫЕ ГИЛЬЗЫ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ ВТУЛКИ КЛАПАНА
Если встроенная направляющая втулка клапана сильно изношена, ее можно восстановить с помощью установки ремонтной гильзы. Этому методу обычно
Пуансон
/ цилиндров <
Опорные подставки
Изношенная направляющая втулка выпрессовывается из посадочного гнезда
блока цилиндров
Новая направляющая втулка запрессовывается в посадочное гнездо
Рис. 13.41. Методика замены направляющей втулки
338 Глава 13
а)
6)
отдается предпочтение при ремонте мощных и высокоскоростных двигателей. Обычно для ремонта направляющей втулки используются ремонтные гильзы двух типов: тонкостенная распорная и спиральная, изготавливаемые из бронзового сплава. Тонкостенные распорные гильзы называют также вкладышами направляющей втулки клапана. В ремонтный набор, предназначенный для установки каждого из этих двух
В)
Рис. 13.42. Изношенная встроенная направляющая втулка рассверливается под установку ремонтной вставки (а). Рассверленное посадочное отверстие развертывается (6). Ремонтная вставка запрессовывается в посадочное отверстие (в)
типов гильз, входят все развертки, монтажные гильзы, протяжки, полировальные и отрезные инструменты, необходимые для установки и надлежащей калибровки ремонтных гильз.
Направляющая втулка клапана должна быть рассверлена под размер тонкостенной ремонтной гильзы. Сверление выполняется через специальное приспособление, направляющее сверло по оси рассверливаемого
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 339
Рис. 13.43. Один из вариантов приспособления, необходимого для рассверливания отверстия в направляющей втулке клапана под установку тонкостенной распорной гильзы
отверстия. Один из вариантов такого приспособления показан на рис. 13.43. В зависимости от имеющегося в наличии варианта такой оснастки, приспособление для сверления выставляется по отверстию в направляющей втулке, седлу клапана или поверхности нижней плоскости головки.Сначала приспособление,направляющее сверло, точно центрируется. После этого выполняется сверление — диаметр полученного отверстия должен быть немного меньше диаметра используемой
6)
а)
Пуансон
Монтажная оправка
Ремонтная гильза
Направляющая втулка клапана
В)
Г)
Рис. 13.44. Тонкостенная ремонтная гильза "выдавливается" из монтажной оправки в отверстие направляющей втулки (а).
Тонкостенная бронзовая гильза распирается в отверстии с помощью протяжки (6). Бронзовая втулка обрабатывается с помощью развертки (в). Отремонтированная направляющая втулка клапана. Бронзовые втулки служат намного дольше чугунных (г)
340 Глава 13
ремонтной гильзы. Просверленное отверстие обрабатывается с помощью развертки, в результате чего получается гладкое калиброванное отверстие, диаметр которого все еще остается чуть меньше диаметра ремонтной гильзы. Гильза запрессовывается в посадочное отверстие с натягом. За счет тугой посадки обеспечивается также нормальная теплопередача от клапана к головке блока цилиндров. Тонкостенная ремонтная гильза вставляется в монтажную оправку и с помощью пуансона “выдавливается” из нее в отверстие, подготовленное в направляющей втулке клапана. Затем через запрессованную гильзу пропускается протяжка, намертво распирающая ее в отверстии. Протяжка имеет такую конструкцию, что при прохождении через ремонтную гильзу выполняет ее накатку — для дополнительного улучшения смазки. Затем ремонтная гильза обрезается по длине отверстия направляющей втулки клапана. И наконец обрабатывается с помощью развертки или шлифовального инструмента для получения необходимого зазора между нею и стержнем клапана. При установке тонкостенной бронзовой гильзы зазор делается обычно очень маленьким — в 0,0005 дюйма (вдвое меньше одной тысячной дюйма) (0,013 мм). См. рис. 13.44 и 13.45.
СПИРАЛЬНАЯ БРОНЗОВАЯ ГИЛЬЗА
Спиральная бронзовая гильза вкручивается в резьбовую канавку, нарезанную в направляющей втулке клапана. У метчика, используемого для нарезания внутренней резьбы в направляющей втулке, имеется длинный направляющий штифт, который идет впереди режущего участка метчика. Направляющий штифт вводится в отверстие в направляющей втулке клапана со стороны седла. Он имеет такую длину, что выступает с противоположной стороны отверстия — с той стороны, откуда будет вкручиваться спиральная втулка. Выступающий конец направляющего штифта закрепляется в приводе, который, вращая метчик, тянет его к себе. Метчик нарезает резьбовую канавку в направлении от седла клапана к краю, с которого будет ввинчена спиральная гильза. Метчик останавливают, не доходя до края отверстия, и привод отсоединяют. Последние витки резьбы нарезают вручную — осторожно, чтобы не разрушить край направляющей втулки клапана и не сломать метчик. На рис. 13.46 показана спиральная бронзовая гильза, установленная в резьбовом отверстии.
Рис. 13.45. Разрез головки блока цилиндров, на котором видна установленная бронзовая гильза
Рис. 13.46. Спиральная бронзовая втулка, установленная в резьбовом отверстии
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 341
Спиральная бронзовая гильза закрепляется в специальной державке» которая удерживает спираль в закрученном состоянии, позволяющем ввинтить ее в резьбовое отверстие с наружной стороны в направлении седла клапана. Вкручивание продолжается до тех пор, пока нижний край спиральной гильзы не окажется заподлицо с краем седла клапана. После этого державка удаляется и спираль обрезается снаружи на один виток выше края направляющей втулки клапана. Этот конец спирали временно закрепляется с помощью рифленого пластикового фиксатора и струбцины, удерживающих спираль во время обработки ее протяжкой, с помощью которой спираль запрессовывается в резьбовую канавку. Затем ремонтная гильза развертывается или хонингуется до необходимого размера. И только после этого освобождается от фиксатора. Последняя операция — конец спирали обрезается с помощью специального инструмента, входящего в ремонтный набор. Такую ремонтную гильзу можно заменить, подковырнув ее конец и высвободив его. Старая спираль вытаскивается и на ее место, в ту же резьбовую канавку, вкручивается новая спиральная гильза. Новую резьбу в отверстии направляющей втулки клапана нарезать не требуется. Спиральная конструкция гильзы создает естественные спиральные канавки, удерживающие смазку в отверстии. Зазор между гильзой и стержнем клапана в этом случае делается таким же, как при восстановлении накаткой или с помощью тонкостенной распорной гильзы (примерно вдвое меньше рекомендуемого стандартного зазора).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Наиболее широко используемыми конструкциями камер сгорания являются: полусферическая, клиновидная и двускатная.
2. Охлаждающие и смазочные отверстия и каналы проходят повсюду в корпусе головки блока цилиндров.
3. Ремонт головки блока цилиндров следует начинать с ее очистки и, при необходимости, ремонта корпу
са головки. После этого производится восстановление поверхности клапанов, и в завершение, шлифовка клапанов и седел.
4. Восстановление поверхности нижнеи плоскости головки блока цилиндров выполняется путем ее механической обработки на фрезерном или шлифовальном станке.
5. Должна быть измерена степень износа направляющих втулок клапанов — с помощью измерителя с разрезным кольцевым щупом или измерителя смещения с циферблатной шкалой. Стандартный зазор между стержнем и направляющей втулкой клапана составляет 0,001-0,003 дюйма для впускных клапанов и 0,002-0,004 дюйма для выпускных клапанов.
6. Для восстановления направляющей втулки клапана используются следующие технологии ремонта: замена клапана новым, имеющим стержень увеличенного диаметра, замена съемной направляющей втулки клапана ремонтной втулкой, восстановление направляющей втулки с помощью ремонтных вставок, или восстановление отверстия в изношенной направляющей втулке накаткой.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. За счет чего формируются верхняя и нижняя стенки камеры сгорания?
2. В чем заключаются преимущества полусферической камеры сгорания?
3. В чем заключаются преимущества клиновидной камеры сгорания?
4. Что понимается под термином головка с поперечной продувкой?
5. Что представляет собой объединенное окно?
6. Почему впускные клапаны больше по размеру, чем выпускные клапаны?
7. В чем состоят преимущества установки четырех клапанов на каждый цилиндр?
342 Глава 13
ФОТОРЯД Ремонт встроенной направляющей втулки клапана
Ил. 21.1. Первый шаг при ремонте встроенной направляющей втулки — головка блока цилиндров выравнивается и закрепляется в зажимном приспособлении
Ил. 21.2. После установки головки блока цилиндров в зажимном приспособлении с помощью пузырькового уровня, вставленного в направляющую втулку, головка юстируется так, чтобы отверстие в заменяемой направляющей втулке стало соосным со сверлом
Ил. 21.3. Сначала изношенная встроенная (несъемная) направляющая втулка рассверливается и рассверленное отверстие развертывается. На снимке показано, что эта операция выполняется комбинированным инструментом, который за один проход рассверливает и развертывает отверстие. Эту операцию следует выполнять всухую, без какой либо смазки
Ил. 21.4. Увеличенное изображение комбинированного инструмента, с помощью которого отверстие одновременно рассверливается и развертывается под установку тонкостенной бронзовой гильзы
Техническое обслуживание головки блока цилиндров и направляющей втулки клапана 343
Ремонт встроенной направляющей втулки клапана
продолжение
Ил. 21.5. Перед установкой тонкостенной бронзовой гильзы стенки отверстия смазываются специальной смазкой для бронзовых втулок
Ил. 21.6. Желательно удалить острые кромки, остающиеся после рассверливания и развертывания отверстия. На снимке с помощью обработки кромкой конического пробойника краю отверстия придается небольшая конусность, чтобы облегчить вставку тонкостенной бронзовой гильзы
Ил. 21.7. Установка тонкостенной бронзовой гильзы
Ил. 21.8. С помощью монтажного инструмента тонкостенная бронзовая гильза до упора загоняется в посадочное отверстие со стороны камеры сгорания
Ил. 21.9. Тонкостенная бронзовая гильза по длине больше глубины посадочного отверстия и выступает над торцом .Л. |-г|«г>члмпй DTV/nkM
Ил. 21.10. Верхушка тонкостенной бронзовой гильзы обрезается (отторцовывается) заподлицо с торцом ремонтируемой несъемной втулки
344 Глава 13
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. В полусферических камерах сгорания.
а. Создается турбулентное завихрение топливновоздушной смеси.
6. Всегда используются по четыре клапана на каждый цилиндр.
в. Отсутствует турбулентное завихрение топливно-воздушной смеси.
г. Используется рядная (параллельная) установка клапанов.
2. Конструктивными мерами, направленными на достижение минимальной концентрации углеводородов в выхлопных газах, являются.
а. Низкое значение отношения площади поверхности камеры сгорания к ее объему.
б. Высокое значение отношения площади поверхности камеры сгорания к ее объему.
в. Смещение свечи зажигания от центра камеры.
г. Максимально возможное расширение зоны гашения.
3. Для обеспечения правильного охлаждения двигателя в конструкции головок блока цилиндров большинства двигателей используются следующие конструктивные особенности
а. Глубокие выпускные и мелкие впускные окна.
6. Мелкие выпускные и глубокие впускные окна.
в. Широкие переходы выпускного коллектора.
г. Дросселирование каналов охлаждения с помощью прокладок головки блока цилиндров.
4. Неровность поверхности нижней плоскости головки блока цилиндров, измеренная с помощью поверочной линейки, не должна превышать. а. 0,002 дюйма на любом участке длиной 6 дюймов или 0,004 дюйма по всей длине головки.
б. 0,001 дюйма на любом участке длиной 6 дюймов или 0,004 дюйма по всей длине головки.
в. 0,020 дюйма на любом участке длиной 10 дюймов или 0,020 дюйма по всей длине головки.
г. 0,004 дюйма на любом участке длиной 10 дюймов или 0,008 дюйма по всей длине головки.
5. Чтобы восстановить покоробленную алюминиевую головку блока цилиндров до рабочего состояния, нужно.
а. Прошлифовать поверхность нижней плоскости головки и после этого восстановить соосность отверстий в опорах распределительного вала путем хонингования.
б. Нагреть головку в печи до температуры 500°Ф, подложив под оба ее края прокладки, дать ей остыть и затем выполнить механическую обработку поверхности.
в. Перед механической обработкой выдержать головку в печи при температуре 500°Ф в течение пяти часов и быстро остудить.
г. Механически обработать поверхность нижней плоскости головки, сняв с нее слой материала толщиной, равной половине величины изгиба головки, а затем нагреть головку в печи и дать ей остыть.
6. Способ ремонта цельнолитых, несъемных направляющих втулок клапанов, рекомендуемый большинством производителей.
а. Замена клапанов новыми, имеющими стержни увеличенного диаметра.
6. Восстановление изношенных отверстий накаткой.
в. Установка ремонтных направляющих втулок клапана.
г. Установка в изношенные отверстия ремонтных гильз.
7. Типичная величина зазора между направляющей втулкой и стержнем клапана составляет. а. 0,030-0,045 дюйма (0,8-1,0 мм).
б. 0,015-0,020 дюйма (0,4-0,5 мм).
в. 0,005-0,010 дюйма (0,13-0,25 мм).
г. 0,001-0,004 дюйма (0,03-0,1 мм).
8. Если головка блока цилиндров V-образного двигателя прошла механическую обработку, какие еще узлы двигателя, возможно, придется подвергнуть механической обработке?
а. Выпускной коллектор.
6. Впускной коллектор.
в. Плиту блока цилиндров.
г. Опорную площадку распределителя зажигания (если он используется в автомобиле).
9. Какая из операций должна выполняться первой?
а. Восстановление поверхности головки блока цилиндров.
6. Замена направляющих втулок клапанов.
10. Какое из приведенных высказываний относительно чистоты поверхности — верно?
а. Чугунные поверхности должны быть более гладкими, чем алюминиевые.
6. Чем больше шероховатость поверхности, тем выше получается результат измерения чистоты поверхности в микродюймах.
в. Чем меньше шероховатость поверхности, тем выше получается результат измерения чистоты поверхности в микродюймах.
г. Чистота поверхности нижней плоскости головки блока цилиндров должна быть намного выше чистоты поверхности шейки коленчатого вала.
ГЛАВА
Техническое обслуживание клапана и седла клапана
Цель главы 14 — научить читателя:
1. Разбираться в типах клапанов и знать, из каких материалов они изготавливаются.
2. Знать методику проверки пружин клапанов.
3. Понимать назначение, принцип действия и режим работы механизмов поворота клапана.
4. Знать последовательность операций, которые необходимо выполнить при восстановлении рабочей фаски клапана.
5. Знать методику шлифовки седел клапанов.
6. Знать методику измерения и коррекции монтажной высоты и высоты стержня клапана.
Клапаны приходится ремонтировать чаще, чем любые другие детали двигателя.
Рис. 14.1. Элементы конструкции клапанов (публикуется с любезного разрешения корпорации Chrysler Corporation)
ВПУСКНЫЕ И ВЫПУСКНЫЕ КЛАПАНЫ
Клапаны автомобильных двигателей имеют тарельчатую форму. Клапан открывается под действием клапанного механизма, управляемого эксцентриковым кулачком. Работа кулачка синхронизирована с положением поршня и периодом вращения коленчатого вала.
На рис. 14.1 показаны клапаны типичной конструкции. Впускные клапаны управляют поступлением порций низкотемпературной, находящейся под низким давлением, рабочей смеси. Выпускные клапаны управляют выбросом горячих, находящихся под высоким давлением, отработавших газов. Это означает, что выпускные клапаны работают в более жестких условиях.
В связи с этим они изготавливаются из более стойких материалов, чем впускные клапаны, и соответственно стоят дороже.
Направляющая втулка клапана расположена соосно с седлом клапана, так чтобы между рабочей фаской клапана и седлом обеспечивался герметичный газонепроницаемый контакт. Рабочая фаска клапана и седло скошены под углом 30° или 45°. Это номинальные значения угла фаски. Фактические значения могут на один-два градуса отличаться от номинальных. Клапаны и седла клапанов, используемые в большинстве двигателей, имеют номинальный угол фаски, равный 45°. Клапан прижимается к седлу под действием
346 Глава 14
Рис. 14.2. Типичная конструкция узла клапана. Обратите внимание на то, что у выпускного клапана замок (сухарики) не такой, как у впускного. Маслосъемные колпачки ограничивают поступление масла в камеру сгорания через зазор в направляющей втулке клапана (публикуется с любезного разрешения корпорации Chrysler Corporation)
пружины. Пружина удерживается на стержне клапана (некоторые автомеханики называют его штоком клапана) опорной тарелкой пружины, которая, в свою очередь, контрится на стержне клапана замком (сухариками). Для демонтажа клапана необходимо сжать пружину и снять сухарики. После этого можно снять пружину, манжету, и вынуть клапан из головки. Типичная конструкция узла клапана приведена на рис. 14.2.
Всесторонние испытания показали, что между различными геометрическими параметрами клапанов существуют оптимальные соотношения. В двигателях с цилиндрами внутренним диаметром от 3 до 8 дюймов (от 80 до 200 мм) для впускного клапана оптимальным будет диаметр головки, составляющий
Рис. 14.3. Впускной клапан делается больше по размеру, чем выпускной клапан, из-за низкой скорости потока смеси, всасываемой в камеру сгорания, — она определяется разностью атмосферного давления и пониженного давления (разрежения), создаваемого в цилиндре. Отработавшие газы вытесняются поршнем, и потому размер выпускного клапана можно уменьшить, освободив таким образом дополнительное место, что позволяет увеличить диаметр впускного клапана
приблизительно 45% внутреннего диаметра цилиндра. Оптимальный диаметр головки выпускного клапана составляет примерно 38% внутреннего диаметра цилиндра. Впускной клапан должен быть больше по размеру, чем выпускной, чтобы пропускать ту же массу газа. Больший по размеру впускной клапан управляет низкоскоростным потоком разреженного газа. В то же время выпускной клапан управляет высокоскоростным потоком сжатого газа. С таким потоком в состоянии справиться клапан меньшего размера. Вследствие этого диаметр головки выпускного клапана составляет примерно 85% диаметра головки впускного клапана (рис. 14.3). Для нормального функционирования диаметр головки клапана должен составлять приблизительно 115% диаметра клапанного окна. Клапан должен быть достаточно большим, чтобы перекрывать окно. Высота подъема клапана над седлом составляет примерно 25% диаметра головки.
Рис. 14.4. Типы головок клапанов, от жесткой (а) до эластичной (г)
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 347
КОНСТРУКЦИИ КЛАПАНОВ
Головки клапанов (автомеханики часто называют их тарелками) могут иметь различную конструкцию, они могут быть как жесткими так и эластичными, как показано на рис. 14.4. Жесткая головка обладает высокой прочностью, сохраняет форму и обладает высокой теплопроводностью. Она также отличается более высокой износоустойчивостью. Эластичная головка, в свою очередь, способна приспосабливаться к форме седла. Поэтому эластичный клапан надежно “запечатывает” окно, но перегревается, а изгибы при посадке в седло, когда клапан “адаптируется” к его форме, могут привести к его разрушению. В конструкции клапанов широко используется головка, над лицевой поверхностью которой выступает небольшая “шляпка” Такой клапан обладает достаточно небольшим весом, высокой прочностью и теплопередачей и чуть более высокой ценой. Эластичные головки чаще встречаются у впускных клапанов, а жесткие — у выпускных.
ОБМЕН ОПЫТОМ
I Горячий двигатель+холодная погода = проблема Попадание холодного воздуха на горячие вып скные кла паны сразу после остановки двигателя может привести к серьезным повреждениям клапанов. В двигателях, оснащенных выпускными коллекторными головками и/или прямоточными глушителями, холодному воздуху открыт прямой доступ к выпускным клапанам. Резкое охлаждение может вызвать коробление и/или образование трещин в клапане. В холодную ветреную погоду, когда ветер "вдувает" холодный наружный воздух прямо в систему выпуска отработавших газов, такие условия — не редкость. Противоточные глушители с длинными выхлопными трубами и каталитическим нейтрализатором отработавших газов снижают опасность возникновения такой ситуации.
МАТЕРИАЛЫ, ИЗ КОТОРЫХ ИЗГОТАВЛИВАЮТСЯ КЛАПАНЫ
Сплавы, из которых изготавливаются выпускные клапаны, состоят главным образом из хрома, обеспечивающего высокую жаростойкость, с небольшими добавками никеля, марганца и азотных соединений. Если требуется придать клапану особые характеристики, то он подвергается термообработке. Если конструкция клапана из однородного материала не может обеспечить необходимую прочность и жаростойкость, то его изготавливают сварным — из двух различных материалов. После обработки место соединения частей клапана невозможно различить. Головки клапанов изготавливаются из специальных сплавов, обладающих жаростойкостью, прочностью, коррозионной стойкостью, стойкостью к воздействию окиси свинца и высо-
Рис. 14.5. Головка, приваренная к стержню клапана в среде инертного газа, перед механической обработкой
кой твердостью. Головки привариваются к стержням, изготовленным из материалов, обладающих высокой износостойкостью. На рис. 14.5 показан клапан, сваренный в среде инертного газа, перед механической обработкой. В клапанах, предназначенных для работы в особо тяжелых условиях, на рабочую фаску головки и верхушку стержня клапана наплавляются твердосплавные материалы типа стеллита. Стеллит представляет собой сплав никеля, хрома и вольфрама и является немагнитным материалом. В тех случаях, когда необходимо повысить коррозионную стойкость, клапан алитируется. Алитирование рабочей фаски снижает ее износ при использовании неэтилированного бензина. На поверхности клапана формируется пленка окиси алюминия, предотвращающая приваривание стальной фаски клапана к чугунному седлу.
КЛАПАНЫ С ПОЛЫМ СТЕРЖНЕМ, ЗАПОЛНЕННЫМ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ
НАТРИЕМ
В некоторых типах особо мощных двигателей используются выпускные клапаны с полым стержнем, заполненным металлическим натрием (рис. 14.6). Натрий при нагреве клапана до рабочей температуры расплавляется, превращаясь в жидкость. Этот расплав плещется в канале стержня и отводит тепло от головки
348 Глава 14
Рис. 14.6. Клапан с пустотелым стержнем (публикуется с любезного разрешения корпорации Sealed Power Corporation)
клапана в стержень. Далее тепло передается через направляющую втулку клапана и поглощается системой охлаждения. Монолитная конструкция клапана при правильном выборе материалов обеспечивает, как правило, хорошие эксплуатационные характеристики автомобильных двигателей.
СЕДЛА КЛАПАНОВ
Клапан прижимается к седлу рабочей фаской, герметично закрывая камеру сгорания. Седло обычно формируется как элемент конструкции в отливке чугунной головки блока цилиндров — такое седло называется встроенным седлом. Седла обычно подвергаются индукционной закалке, чтобы можно было использовать неэтилированный бензин. Это обеспечивает замедление износа седел в процессе эксплуатации двигателя. В процессе износа седла клапан все глубже “садится” в него — утапливается. В тех случаях, когда коррозионная стойкость и износостойкость должны быть особенно высокими, всегда используются вставные седла. В алюминиевых головках седла и направляющие втулки клапанов — только вставные. Необходимо отметить, что в алюминиевых головках рабочая температура седел выпускных клапанов на 180°Ф (100°С) ниже, чем в чугунных. Вставные седла используются в качестве спасительной меры при вос-
Рис. 14.7. Разрез узла клапана, на котором показаны встроенное седло клапана и встроенная направляющая втулка клапана
НОМАЛЬНО ИЗНОШЕННАЯ
ВЕРХУШКА СТЕРЖНЯ КЛАПАНА
РАСКЛЕПАННАЯ ВЕРХУШКА
Рис. 14.8. Возможной причиной расклепывания верхушки стержня клапана может быть чрезмерный тепловой зазор в клапанном механизме
становлении сильно поврежденных встроенных седел клапанов. Типичные встроенные седла и направляющие втулки клапанов показаны на рис. 14.7.
Деформация седла является основной причиной преждевременного выхода из строя клапанов. Деформация седла клапана может быть обратимой — как результат воздействия высокой температуры и давления, или необратимой — как результат действия внутренних механических напряжений. Механическое напряжение — это сила, действующая на тело, которая стремится изменить его форму.
ОСМОТР КЛАПАНА
Тщательный осмотр цилиндра и клапанов часто позволяет выявить основную причину неисправности. Избыточный клапанный зазор (просвет) может стать причиной того, что конец стержня будет рас-
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 349
Рис. 14.9. Сильно обгоревший выпускной клапан
Рис. 14.10. Обгорание рабочей фаски клапана
клепываться до тех пор, пока не расплющится в виде грибка, как показано на рис. 14.8. Обгорание рабочей фаски клапана (рис. 14.9 и 14.10) и “выедание” борозд на рабочей фаске клапана (рис. 14.11) являются следствием неплотной посадки клапана в седло, вследствие чего высокотемпературные, находящиеся под высоким давлением, рабочие газы получили возможность проникать в зазор между клапаном и седлом. Причиной неплотной посадки клапана в седло является слишком маленький тепловой зазор в клапанном механизме, отложения угольного нагара на поверхности клапана и седла, нагар на стержне клапана, чрезмерный зазор между направляющей втулкой и стержнем клапана, несоосность направляющей втулки и седла клапана. В двигателях с механическими толкателями клапанов недостаточный тепловой зазор может быть следствием неправильной установки толкателя. Он может возник-
Рис. 14.11. Борозда, "выеденная" выхлопными газами в рабочей фаске клапана
Рис. 14.12. Пример типичного износа седла впускного клапана. Обратите также внимание на большие отложения угольного нагара на самом клапане. Они не только тормозят потоки воздуха и топлива, поступающие в цилиндр, но и вызывают сбои в работе двигателя, впитывая топливо, подаваемое в камеру сгорания
нуть также в результате рассогласования в механизмах привода клапанов с гидравлическими толкателями. Зазор может также уменьшиться в результате чашеобразной деформации (вытяжки) головки клапана или в результате износа рабочей фаски клапана и седла. На рис. 14.12 показан типичный пример такого износа.
Твердые частицы угольного нагара осыпаются со стенок камеры сгорания. Эти твердые чешуйки, застревая между рабочей фаской клапана и седлом, не позволяют клапану до конца сесть в седло. Это ухудшает охлаждение клапана через седло и дает возможность просачиваться рабочим газам. В результате многократных соударений с твердыми частицами нагара
350 Глава 14
Рис. 14.13. В результате многократных соударений с твердыми частицами нагара рабочая фаска клапана становится рельефной
поверхность рабочей фаски клапана становится рельефной, чеканной, как показано на рис. 14.13.
Топливо и масло, попадая на горячий клапан, коксуются , образуя отложения угольного нагара и лакообразного нагара на стержне клапана. На рис. 14.14 показан клапан, стержень которого покрыт плотным слоем нагара. Из-за отложений нагара стержень начинает застревать в направляющей втулке, мешая клапану полностью сесть в седло и таким образом приводя к обгоранию рабочей фаски. Это — одна из самых распространенных причин обгорания рабочей фаски клапанов.
При большом зазоре между направляющей втулкой и стержнем клапана или дефектной манжете стержня клапана в камеру сгорания попадает слишком много масла. Это приводит к образованию нагара, как показано на фотографии впускного клапана на рис. 14.15. Помимо этого, большой зазор дает возможность стержню перекашиваться в направляющей втулке и болтаться из стороны в сторону, особенно под действием бокового усилия, создаваемого клапанным коромыслом. Постоянное перекашивание не позволяет клапану плотно садиться в седло и становится причиной возникновения утечки рабочих газов через неплотный контакт, которая приводит к обгоранию рабочей фаски клапана.
Иногда небольшое коробление головки блока возникает при соединении ее с блоком цилиндров в процессе сборки двигателя. Но в большинстве случаев коробление является следствием циклического нагрева и охлаждения головки. Если коробление головки блока цилиндров приводит к нарушению соосности направляющей втулки и седла клапана, нормальная посадка клапана в седло нарушается и возникает утечка отработавших газов, приводящая к обгоранию рабочей фаски клапана.
ОБГОРАНИЕ РАБОЧЕЙ ФАСКИ КЛАПАНА
ОТЛОЖЕНИЯ НА СТЕРЖНЕ КЛАПАНА
Рис. 14.14. Стержень клапана, покрытый плотным нагаром, и обгоревшая рабочая фаска клапана
Рис. 14.15. Впускной клапан, покрытый толстым слоем угольного нагара
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 351
Перегрев клапанов
Клапан перегревается, если нарушается его нормальная посадка в седло. Но перегрев может возникнуть даже и при нормальном контакте клапана с седлом — по множеству других причин. Сужение каналов охлаждения может быть следствием бракованной отливки или зарастания каналов отложениями, выпадающими из охлаждающей жидкости. Причиной нарушения потока охлаждающей жидкости может стать коррозия уплотнительной прокладки головки блока цилиндров. Если нарушается надлежащее распределение потока охлаждающей жидкости по каналам охлаждения, это приводит к перегреву. Чрезвычайно высокие температуры также возникают при преждевременном воспламенении и детонации рабочей смеси. Эти нарушения нормального режима сгорания топлива сопровождаются резким повышением температуры, вызывающим скачкообразный нагрев. Резкое повышение температуры вызывает тепловой удар. Тепловой удар — это резкое изменение температуры. Тепловой удар часто приводит к возникновению в клапане радиальных трещин, через которые проникают рабочие газы,“выедающие” борозды в рабочей фаске клапана. На рис. 14.16 показан пример клапана с головкой, изъеденной рабочими газами. Когда радиальные трещины пересекаются, клапан крошится. Тепловой удар может возникнуть также при резком торможении разогнанного двигателя и сразу же за этим — резком разгоне его. У клапанов с твердосплавной рабочей фаской возникают особые проблемы. Перегрев приводит к тому, что металл основы расширяется больше, чем кольцо твер
досплавной рабочей фаски. В результате в кольце рабочей фаски возникают напряжения, вызывающие в конце концов ее растрескивание. Выхлопные газы, проникая в эти трещины, разъедают металл основы клапана (рис. 14.17).
На высоких оборотах двигателя скорости потоков газов неизбежно возрастают. Отработавшие газы, двигающиеся с высокой скоростью, обтекая стержень выпускного клапана, вызывают его эрозионный износ, механически сошлифовывая с него металл. Поскольку отработавшие газы являются еще и агрессивными, то они вызывают коррозию стержня выпускного клапана, химически разрушая металл. Скорость коррозии возрастает вдвое при повышении температуры на 25°Ф (14°С). Эрозия и коррозия стержня клапана вызывают поперечное сужение стержня — образование шейки, которая снижает прочность стержня и приводит к его поломке. Пример шейки, образовавшейся на стержне клапана, показан на рис. 14.18.
Перекос седла клапана
В случае нарушения соосности клапана головка клапана неизбежно искривляется при каждом опускании в седло. При чрезмерном искривлении или изгибе происходит усталостное разрушение стержня клапана и головка отламывается от него. Пример такой поломки показан на рис. 14.19. Линия разлома расходится от точки возникновения усталостной трещины дугообразно в обе стороны по окружности стержня. Отломившаяся головка, попав в пространство между головкой блока цилиндров и поршнем, обычно разрушает поршень.
Рис. 14.16. Головка клапана, изъеденная рабочими газами
Рис. 14.17. Трещины в кольце рабочей фаски клапана, вызванные внутренними напряжениями, возникающими при тепловом ударе
352 Глава 14
Рис. 14.18. Местное сужение (шейка), образовавшееся на стержне клапана
Рис. 14.19. Головка клапана, отломившаяся от стержня
Ударное закрывание клапана
Ударное закрывание клапана приводит к ускоренному износу рабочей фаски клапана и седла клапана и их усталостному разрушению. Причиной ударного закрывания клапана может быть чрезмерный тепловой зазор в клапанном механизме с механическим толкателем клапана или выход из строя гидравлического толкателя. При избыточном зазоре профиль кулачка уже не может смягчить посадку клапана в седло и клапан получает возможность ударяться об него. Избыточный зазор может быть вызван также износом деталей, например, кулачка распределительного вала, подошвы толкателя клапана, концов штанги толкателя, шарнирной стойки клапанного коромысла и верхушки стержня клапана. При слабой или сломанной пружине нарушается контакт клапана с кулачком и он получает возможность бесконтрольно ударяться об седло. Гидравлические толкатели в случае бескон-
Рис. 14.20. Поршень, пробитый головкой, оторвавшейся от стержня клапана
Рис. 14.21. В клапанном механизме все детали должны быть исправны, или аварии двигателя не избежать. В этом двигателе опорная тарелка пружины слетела со стержня клапана, клапан вырвался из направляющей втулки на полном ходу двигателя, развернулся в цилиндре и пробил поршень
трольного “болтания” клапанов реагируют на это, выдвигаясь вверх, тем самым уменьшая повреждения клапанов от ударов.
Ударный разлом может возникнуть под головкой клапана или в канавках стержня, в которых стоят сухарики, удерживающие опорную тарелку пружины. Линия разлома расходится от точки его возникновения в обе стороны по окружности разлома. Ударное разрушение клапана может привести к тому, что голо-
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 353
Рис. 14.23. Стержни клапанов с задирами из-за недостаточной смазки
Рис. 14.22. Износ клапана, вызванный большим пробегом двигателя
вка клапана упадет в камеру сгорания. В большинстве случаев при этом происходит разрушение поршня до того, как двигатель остановится — такой случай показан на рис. 14.20 и 14.21.
Большой пробег двигателя
Результатом большого пробега двигателя является чрезмерный износ стержня клапана, направляющей втулки, головки клапана и седла (рис. 14.22). Выработанные клапаны обычно покрыты плотным слоем нагара. Но при этом клапаны могут нормально сидеть в седлах и не иметь трещин или обгораний.
При недостаточной смазке стержни заедают. Заедающий стержень клапана на короткое время прикипает к направляющей втулке, когда клапан закрыт. Когда клапан открывается под действием внешней силы, этот контакт разрывается. При этом от направляющей втулки отрываются частицы металла, впечатываясь в поверхность стержня клапана. Пример такого клапана, стержень которого сильно ободран,
показан на рис. 14.23. В процессе работы двигателя металлические наросты на поверхности стержня клапана царапают поверхность направляющей втулки, создавая на ней задиры. Скоро клапан заклинивается в направляющей втулке, теряет подвижность, и цилиндр становится неработоспособным. В этом случае как клапан, так и направляющая втулка, подлежат замене.
Часто возникают повреждения верхушек стержней клапанов. Такие повреждения можно увидеть, не вынимая клапаны из головки блока. Повреждения в ряде случаев возникают из-за быстрого поворота клапана при его открывании. Из-за этого на верхушке стержня клапана со временем появляются кольцеобразные следы износа. Хотя в некоторых конструкциях клапаны вообще не вращаются. У таких клапанов верхушки стержней изнашиваются в направлении движения клапанного коромысла или толкателя клапана. Примеры чрезмерного износа верхушки стержня клапана показаны на рис. 14.24.
354 Глава 14
Рис. 14.24. Чрезмерный износ верхушки стержня клапана
ПРУЖИНЫ КЛАПАНОВ
Закрытые клапаны удерживаются в седлах пружинами. Один конец пружины, надетой на стержень, упирается в головку блока цилиндров. Другой конец сжатой пружины удерживается на стержне с помощью опорной тарелки и замка (сухариков), как показано на рис. 14.25.
Рис. 14.25. Конструкция крепления клапана в головке блока цилиндров
Рис. 14.26. Типы пружин клапанов (слева направо): спиральная пружина с равномерным шагом; пружина с встроенным демпфером; пружина с переменной жесткостью и встроенным демпфером; коническая пружина
Обычно в клапанных узлах используются одиночные недорогие пружины. Пружины изготавливаются, как правило, из хромисто-ванадиевой стали. Когда одной пружины для управления клапаном недостаточно, к ней добавляются другие элементы. Пружины с переменной жесткостью обладают повышенным сопротивлением сжатию, когда клапан находится в открытом положении. Это достигается тем, что на конце пружины, обращенном к головке блока цилиндров, витки навиваются с уменьшенным шагом. Витки с уменьшенным шагом также лучше гасят резонансные колебания, которым подвержена пружина с равномерным шагом витков. Снижению износа седла клапана способствует амортизатор. В некоторых конструкциях внутри пружины установлен ленточный спиральный демпфер. Он ослабляет резонансные колебания пружины и увеличивает в определенной степени ее жесткость. Обычная пружина клапана при сжатии скручивается. При посадке клапана в седло пружина вызывает небольшой, но имеющий важное значение, поворот клапана вокруг его оси. Поворот клапана позволяет обеспечить равномерность износа по периметру рабочей фаски. На рис. 14.26 показаны различные конструкции пружин клапанов.
В случае, когда требуется большая высота подъема клапана и одиночная пружина оказывается уже недостаточно мощной для управления клапаном, используются составные пружины. В составных пружинах спирали намотаны навстречу друг другу. Это делается для подавления резонансных колебаний пружины и предотвращения избыточного поворота клапана.
ПРОВЕРКА КАЧЕСТВА ПРУЖИНЫ КЛАПАНА
Пружина закрывает клапан, открытый кулачком распределительного вала. Она должна тянуть клапан строго вдоль оси, чтобы обеспечить плотную его посадку в седло и предотвратить износ стержня и направляющей втулки клапана. Следовательно, необходимо чтобы пружина была прямой и обеспечивала определенную силу прижима. Для проверки соосности витков пружину клапана устанавливают на плоской поверхности и, приставив к ее боковой стороне угольник, вращают вокруг оси, как показано на рис. 14.27. Вершина пружины не должна отклоняться от кромки угольника более чем на 1/16 дюйма или 1,6 мм. Только прошедшие эту проверку пружины проверяются на силу сжатия (рис. 14.28). Кривые пружины подлежат замене. При проверке пружины на силу сжатия анти-резонансный демпфер пружины должен быть удален из нее. Для измерения используется измеритель упругости пружин клапанов. Один из распространенных вариантов такого устройства, дающий прямой отсчет
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 355
Рис. 14.27. Изгиб оси пружины проверяется на плоской плите с помощью угольника. Если вершина пружины отклоняется от кромки угольника более чем на 1/16 дюйма (1,6 мм), то она подлежит замене
Рис. 14.28. Искривленная пружина. И без проверки видно, что эту пружину нужно заменить. Искривленная пружина создает боковую нагрузку на клапан, что приводит к ускоренному износу направляющей втулки
Рис. 14.29. Один из распространенных приборов, используемых для измерения силы сжатия пружин клапанов. В технические требования обычно включаются следующие параметры: (1) высота пружины в свободном состоянии, без нагрузки, (2) усилие сжатия при высоте пружины, соответствующей условию, когда клапан закрыт, и (3) усилие сжатия при высоте пружины, соответствующей условию, когда клапан максимально открыт
силы сжатия, показан на рис. 14.29. В другом варианте такого устройства для измерения используется рычажная конструкция с динамометрическим ключом. Пружины клапанов проверяются по следующим параметрам:
1. Высота пружины в свободном состоянии (не сжатой) [не должна отличаться от значения, установленного в технических требованиях более чем на 1/16 (0,060) дюйма].
2. Соответствие техническим требованиям усилия сжатия пружины до размера, соответствующего положению закрытого клапана.
3. Соответствие техническим требованиям усилия сжатия пружины до размера, соответствующего положению максимально открытого клапана.
В большинстве технических требований допустимые отклонения от установленных значений составляют плюс/минус 10%.
ЗАМОК КЛАПАНА
Замок (сухарики) клапана устанавливается на верхнем конце стержня клапана для того, чтобы удерживать пружину. Внутренняя поверхность разрезного замка покрыта канавками и выступами — имеется множество вариантов конструкций, в зависимое ги о г требований, предъявляемых к надежности фиксации замка. Внешняя форма разрезного замка соответствует коническому гнезду в центре опорной тарелки пружины клапана (рис. 14.30).
МЕХАНИЗМЫ ПОВОРОТА КЛАПАНА
В конструкции некоторых типов опорной гарелки пружины клапана предусмотрены встроенные механизмы поворота клапана. Они обеспечивают управляемый поворот клапана. Назначение и функции механизмов поворота клапана:
356 Глава 14
Рис. 14.31. Обратите внимание на то, что в этом восьмицилиндровом V-образном двигателе DaimlerChrysler объемом 4,7 л между сухариками отсутствует зазор.
В результате клапан свободно вращается, потому что усилие, создаваемое опорной тарелкой пружины, обеспечивает фиксацию сухариков, но не прижимает их к стержню клапана
б)
Рис. 14.30. Различные конструкции разрезных замков (сухариков) тарелки пружины клапана (а) и соответствующих им канавок в стержне клапана (6)
• Предотвращение нарастания нагара на клапане.
• Уменьшение неравномерности нагрева клапана за счет его регулярного поворота.
• Выравнивание износа рабочей фаски и седла клапана.
• Улучшение качества смазки направляющей втулки клапана.
Используются два типа механизмов поворота — механизмы свободного поворота и механизмы принудительного поворота.
Механизмы свободного поворота — просто снимают давление с клапана, позволяя ему поворачиваться по действием вибрации двигателя (рис. 14.31).
Механизмы принудительного поворота — заставляют клапан совершать поворот. В одной из конструкций такого механизма используются стальные шарики в гнездах с наклонными стенками. При открывании клапана шарики сдвигаются вдоль наклонных стенок гнезд, заставляя клапан поворачиваться.
В другой конструкции используется витая пружина. При открывании клапана виток сплющивается, вызывая поворот опорной тарелки пружины в обойме. Тарелки пружины с механизмом поворота клапана стоят дороже простых, поэтому используются только в том случае, если желательно увеличить эксплуатационный ресурс двигателя (рис. 14.32 и 14.33).
ПРОЦЕДУРА РЕМОНТА КЛАПАНА
Ремонт клапана обычно выполняется в следующей последовательности:
Шаг 1. Верхушка стержня клапана шлифуется и с ее края снимается фаска. Это делается для того чтобы
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 357
СУХАРИКИ
МАНЖЕТА (МАЛОСЪЕМНЫЙ КОЛПАЧОК)^ ВПУСКНОГО КЛАПАНА
ПРУЖИНА КЛАПАНА
ПРУЖИННЫЙ
ДЕМПФЕР
СПИРАЛЬНАЯ
МАНЖЕТА (МАЛОСЪЕМНЫЙ КОЛПАЧОК) ВЫПУСКН0Г0<5 КЛАПАНА
МЕХАНИЗМ ПОВОРОТА КЛАПАНА
ШАРНИРНЫЕ СТОЙКИ КЛАПАННЫХ КОРОМЫСЕЛ
КЛАПАННЫЕ
/ КОРОМЫСЛА
ПОВОРОТА !
ОБОЙМА ОПОРНОЙ ТАРЕЛКИ > ПРУЖИНЫ КЛАПАНА
КОРПУС ОПОРНОЙ ТАРЕЛКИ ПРУЖИНЫ КЛАПАНА
ПЛОСКАЯ ШАЙБА
ВПУСКНОЙ КЛАПАН
ОПОРНАЯ ТАРЕЛКА КЛАПАНА ПРужины КЛАПАНА С МЕХАНИЗМОМ ПОВОРОТА КЛАПАНА
ВЫПУСКНОЙ КЛАПАН
ШТАНГИ ТОЛКАТЕЛЕЙ КЛАПАНОВ
Рис. 14.32. Сборочная схема узла клапана, на которой показаны место установки и конструкция тарелки пружины с механизмом поворота клапана (публикуется с любезного разрешения отделения Oldsmobile корпорации GMQ
клапан правильно сидел в цанге (зажимном патроне, в котором стержень закреплен во время шлифования фаски клапана) шлифовального станка. Эта операция называется правкой верхушки стержня.
Шаг 2. Рабочая фаска клапана шлифуется на шлифовальном станке.
Шаг 3. Шлифуется седло клапана в головке блока цилиндров. (Седло должно соответствовать клапану, который будет установлен в нем).
Шаг 4. Проверяется соответствие техническим требованиям монтажной высоты и высоты стержня клапана и при необходимости производится их коррекция.
Шаг 5. После тщательной очистки производится сборка узла головки блока цилиндров — с обязательной заменой манжет стержней.
Далее в этой главе описывается технология восстановления рабочей фаски клапана и седла клапана и технология сборки головки блока цилиндров после ремонта клапанных узлов.
ШЛИФОВКА РАБОЧЕЙ ФАСКИ КЛАПАНА
Все шлифовальные станки, предназначенные для шлифовки клапанов, имеют свои определенные особенности. Смазку, настройку и эксплуатацию станка необходимо осуществлять в строгом соответствии с правилами, указанными в руководстве по эксплуатации на конкретный станок. Ниже приведены общие правила эксплуатации шлифовального оборудования.
ПРИМЕЧАНИЕ
Некоторые автомеханики шлифуют также и сам стержень клапана — эта операция выполняется на бесцентровом шлифовальном станке. Такой станок показан на рис. 14.34.
ВНИМАНИЕ
При выполнении операций по восстановлению клапана и седла клапана обязательно защищайте глаза защитными очками. В процессе шлифования от шлифовального камня отлетают крохотные горячие частички, опасные для глаз.
Шариковый Пружинный
механизм поворота механизм поворота
Шариковый механизм поворота
Пружинный механизм поворота
Клапан открыт
Клапан закрыт
Рис. 14.33. Принцип работы разных конструкций механизма поворота клапана. На правых схемах показано, как работает шариковый механизм, на левых — как работает пружинный механизм поворота
358 Глава 14
Рис. 14.34. Бесцентровой шлифовальный станок для механической обработки стержня клапана
сошлифовать фаску под углом 30’
Рис. 14.35. После шлифовки рабочей фаски под углом 45° можно добиться улучшения наполнения цилиндра смесью путем шлифовки переходного участка между рабочей фаской и стержнем клапана, а также выполнением фаски или скругления ребра пояска на огневой стороне головки клапана
Как повысить мощность двигателя
"Хитрая" шлифовка клапана позволяет повысить мощность
Стандартная шлифовка клапана заключается в шлифовании рабочей фаски клапана для ее выравнивания и шлифовании стержня клапана для восстановления надлежащей его высоты. Но с помощью двух "хитрых" шлифовок можно немного увеличить пропускную способность клапана.
• Установите шлифовальный камень под углом 30°
(в случае 45-градусной рабочей фаски) и прошлифуйте переходный участок между рабочей фаской и стержнем клапана. Хотя эта операция может привести к некоторому (нежелательному) снижению степени турбулизации топливно-воздушной смеси на пониженных оборотах двигателя, в то же время она улучшит заполнение цилиндра смесью, особенно в те моменты, когда клапан не полностью открыт.
• Снимите фаску или скруглите ребро пояска на лицевой стороне головки клапана — это обеспечит увеличение притока смеси в цилиндр (рис. 14.35).
Рис. 14.36. Клапан закреплен в зажимном приспособлении для шлифования торца стержня
Рабочая фаска клапана шлифуется на специальном шлифовальном станке. Перед выполнением этой операции необходимо прошлифовать верхушку стержня клапана и снять с нее фаску. Во многих типах шлифовальных станков торец стержня клапана используется для центровки клапана при шлифовании. Если торец стержня скошен по отношению к ею оси, рабочая фаска клапана может быть испорчена при шлифовке (рис. 14.36). После шлифовки верхушки стержня клапана шлифовальная головка выставляется в соответствии с углом рабочей фаски, указанным производителем автомобиля (рис. 14.37). Шлифовальный камень
правится — с помощью специального алмазного карандаша с рабочей поверхности камня удаляются малейшие неровности (рис. 14.38). Стержень клапана зажимается в патроне станка как можно ближе к галтели (к месту плавного перехода стержня в головку) клапана— во избежание его вибрирования. Включается привод патрона, приводящий во вращение клапан. Включается привод шлифовальной головки. Напор потока смазочно-охлаждающей жидкости регулируется таким образом, чтобы он смывал сошлифованный металл, но при этом не создавал брызг (рис. 14.39). Вращающаяся шлифовальная головка плавно подво-
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 359
Рис. 14.37. Шлифовальный камень устанавливается под заданным углом для шлифования рабочей фаски клапана.
В данном случае угол устанавливается равным 44°, чтобы обеспечить натяг при посадке клапана в 45-градусное седло
Рис. 14.39. Шлифование рабочей фаски клапана. Обратите внимание на то, что при этой операции производится охлаждение и смазка зоны шлифовки с использованием смазочно-охлаждающей жидкости
Рис. 14.38. Правка рабочей поверхности шлифовального камня алмазным карандашом. Эта операция обеспечивает высокую чистоту отшлифованной поверхности рабочей фаски клапана
а)
дится к рабочей фаске вращающегося клапана. Клапан движется вперед-назад вдоль рабочей поверхности шлифовального камня и выполняется тонкая шлифовка поверхности рабочей фаски. Клапан не выходит за край рабочей поверхности шлифовального камня. Он шлифуется ровно настолько, чтобы восстановить качество поверхности рабочей фаски (рис. 14.40). Ширина пояска выпускного клапана после завершения шлифовки рабочей фаски должна остаться не меньшей 0,030 дюйма (0,8 мм) (рис. 14.41).
6)
ПРИМЕЧАНИЕ
Чтобы вам было легче представить себе, как выглядит поясок шириной 0,030 дюйма — это соответствует примерно 1/32 дюйма или ширине пояска монеты в десять центов.
Рис. 14.40. Клапан с отшлифованной рабочей фаской (а). Снимайте ровно столько металла сколько нужно, и не больше. Рабочая фаска клапана прошлифована с перекосом (6). Обратите внимание — шлифовальный камень снял металл только примерно с половины рабочей фаски клапана. Этот клапан подлежит замене
360 Глава 14
Рис. 14.41. Разница в ширине пояска между новым и изношенным клапаном. Поясок должен быть шириной не меньше 0,030 дюйма (0,8 мм) (толщина десятицентовой монеты составляет 1/32 дюйма). Чем шире поясок, тем дольше проработает клапан
Впускные клапаны, как правило, работают удовлетворительно при ширине пояска меньше 0,030 дюйма. Некоторые производители автомобилей допускают использование впускных клапанов с пояском шириной не менее 0,005 дюйма. Приступая к техническому обслуживанию клапанного механизма обязательно ознакомьтесь с технической документацией производителя на данный двигатель. Алитированные клапаны теряют коррозионную стойкость при перешлифовывании. Для обеспечения нормального ресурса клапанного механизма алитированные клапаны, требующие восстановления путем механической обработки, подлежат замене.
На фотографии» приведенной на рис. 14.42, показан процесс восстановления поверхности рабочей фаски клапана на токарном станке с помощью специального резца.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ СЕДЛА КЛАПАНА
Седла клапанов ремонтируются после восстановления поверхности нижней плоскости головки блока цилиндров и ремонта направляющих втулок клапанов. Ширина и местоположение седла проверяются с помощью клапана, который будет стоять в седле после того, как оно будет отремонтировано.
Рис. 14.42. Восстановление поверхности рабочей фаски клапана на токарном станке с помощью специального резца. При такой обработке достигается более высокая чистота поверхности рабочей фаски, чем при шлифовке
Седла обычно имеют посадочный угол, равный 45° или 30°. Тонкие 45-градусные седла клапанов хороши тем, что на них коксообразныи нагар разрушается легче, и тем самым предотвращается нарастание отложений. Следовательно, клапан плотно садится в седло. При плотной посадке обеспечивается хорошая теплопередача от клапана к седлу и головке блока цилиндров. 30-градусные седла клапанов более, чем 45-градусные, подвержены обгоранию, поскольку сильнее страдают от отложений нагара, препятствующих плотной посадке клапана в седло. В то же время 30-градусные седла обеспечивают, при одинаковой высоте подъема клапана, больший просвет для потока смеси, чем 45-градусные (рис. 14.43). Эта разница особенно заметна, если высота подъема клапана меньше 1/4 дюйма (6 мм). 30-градусное седло клапана также менее подвержено износу, чем 45-градусное. Если в конструкции двигателя используются 30-градусные седла клапанов, то они, как правило предназначены не для горячих выпускных клапанов, а для менее нагреваемых впускных клапанов.
Высота подъема
Просвет
Просвет
Рис. 14.43. Зависимость ширины просвета от угла рабочей фаски при неизменной высоте подъема клапана. Обратите внимание на то, что при 30-градусном угле просвет шире, чем при 45-градусном
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 361
ОБМЕН ОПЫТОМ
Г-----------------------------------------------------
Износ седел клапанов и мощность двигателя
Если двигатель с незакаленными седлами клапанов работает на неэтилированном бензине, то, скорее всего, это вызовет ускоренный износ седел. Можно ли определить, что седла изношены, не разбирая головки блока цилиндров?
По мере износа седла клапан все глубже садится в него, и следовательно все выше выступает из направляющей втулки. Таким образом, по мере износа седла уменьшается тепловой зазор. Если в двигателе используются гидравлические толкатели клапанов, то это остается незамеченным до тех пор, пока снижение теплового зазора не приведет к тому, что гидравлический толкатель опустится до упора. Если доходит до этого, то клапан уже не в состоянии плотно садиться в седло, и в этом случае резко падают степень сжатия (компрессия) и мощность двигателя, а расход топлива резко возрастает. Если клапан закрывается не полностью, то теплопередача от него к головке блока цилиндров нарушается, клапан перегревается и обгорает или начинает плавиться. При обгорании клапанов двигатель будет работать с перебоями, а на холостом ходу будет работать неровно.
Если двигатель оснащен механическими толкателями клапанов, то сокращение теплового зазора сначала проявляется в неровной работе двигателя на холостом ходу только тогда, когда двигатель прогрет. У двигателей с механическими толкателями снижение мощности, неровная работа на холостом ходу и перебои в работе, а также повышение расхода топлива, нарастающие по мере того, как клапаны все глубже садят-
--------------------------------:---------------------- ся в седла, становятся заметными раньше, чем у двигателей с гидравлическими толкателями.
В заключение ниже приведены симптомы повышенного износа седел клапанов:
1. Сокращается тепловой зазор (клапаны перестают стучать).
2. В результате уменьшения теплового зазора разогретый двигатель начинает работать неровно на холостом ходу.
3. По мере того, как клапаны все глубже садятся в седла, возникают перебои в работе двигателя, падает его мощность и растет расход топлива, а также возникает неустойчивость работы двигателя на холостом ходу.
4. При обгорании клапанов двигатель работает плохо, кроме того, он плохо запускается (как в остывшем, так и в разогретом состоянии), происходят обратные вспышки и падает мощность двигателя.
СОВЕТ
Если тепловой зазор — регулируемый, обгорание клапанов можно предотвратить, регулярно его подстраивая. Запомните, одновременно с износом седла происходит износ и клапана, что приводит к уменьшению теплового зазора. Многие автомеханики и не подумают отрегулировать тепловой зазор до тех пор, пока клапаны не начинают сильно стучать. Если в процессе регулировки клапанов будет замечено уменьшение теплового зазора, то это может быть свидетельством износа седла клапана.
Обработка седел клапанов производится лишь в тех пределах, которые обеспечивают устранение всех выступов и раковин на поверхности седла и исправление эксцентриситета. При удалении с седла металла клапан глубже опускается в корпус головки блока цилиндров (рис. 14.44). В результате верхушка стержня клапана выше выступает из направляющей втулки клапана. Клапан, вдавленный в головку, при открывании создает меньший просвет, — таким образом, уменьшается поток газовой смеси, поступающей в цилиндр. Это, в свою очередь, приводит к снижению максимальной мощности двигателя.
В идеале рабочая фаска и седло клапана должны иметь одинаковый угол. Но это невозможно, особенно для выпускных клапанов, потому что головка выпускного клапана нагревается, а соответственно и расширяется, намного сильнее его седла. Это приводит к тому, что нагретый клапан соприкасается с седлом другим участком поверхности, чем холодный.
Угол между рабочей фаской клапана и седлом
Клапан, вследствие своей формы, расширяется при нагреве неравномерно. Неравномерное расширение вызывает также изменение посадки нагретого клапана в седло. Поэтому при восстановлении поверхности
Рис. 14.44. При шлифовании седла клапан глубже опускается в корпус головки блока цилиндров. В результате верхушка стержня клапана выше выступает из направляющей втулки клапана с внешней стороны корпуса головки, обращенной
к клапанному коромыслу
клапана и седла рабочая фаска клапана шлифуется под углом на один градус меньше, чем седло. Это делается для компенсации изменения посадки нагретого клапана в седло. Как показано на рис. 14.45, между рабочей
362 Глава 14
Рис. 14.45. Угол натяга обеспечивает принудительное уплотнение по периметру контакта между клапаном и краем седла на поверхности камеры сгорания
фаской клапана и седлом создается угол, который называется углом натяга. В результате, когда начинается эксплуатация отремонтированного двигателя, между клапаном и краем седла на поверхности камеры сгорания обеспечивается принудительное уплотнение по периметру контакта. В процессе эксплуатации двигателя происходит приработка клапана и в скором времени восстанавливается плотный контакт между клапаном и седлом по всей рабочей фаске (рис. 14.46). Угол натяга позволяет решить еще одну проблему. Клапан и его седло обрабатываются на разных станках. Перед обработкой на каждом из них устанавливается угол обработки детали, и добиться идеального совпадения установленных углов на обоих станках практически невозможно. Угол натяга гарантирует, что при небольших расхождениях углов шлифования будет обеспечен плотный контакт восстановленного клапана с краем седла на поверхности камеры сгорания.
Ширина седла клапана
После механической обработки ширина седла клапана увеличивается. Восстановленное седло нужно сузить так, чтобы оно по ширине и расположению совпадало с рабочей фаской клапана. Стандартная ширина седел автомобильных клапанов находится в пределах от 1/16 до 3/32 дюйма (от 1,5 до 2,5 мм). Рабочая фаска восстановленного клапана должна выступать за пределы седла не менее чем на 1/32 дюйма (0,8 мм). Этот запас называется вылетом. Пример типичной посадки клапана в седло после восстановления показан на рис. 14.47. Некоторые производители рекомендуют, чтобы контакт седла с клапаном приходился на середину ра-
Рис. 14.46. Типичная посадка клапана в седле после приработки
Рис. 14.47. Пример типичной посадки клапана в седло после их восстановления
бочей фаски клапана. В любом случае ширина седла клапана и положение зоны контакта седла с рабочей фаской клапана должны соответствовать техническим требованиям производителя.
На протяжении многих лет восстановление седел клапанов осуществлялось, в большинстве случаев, путем их шлифования с помощью шлифовального камня. Постепенно все большее распространение получает восстановление седел путем их обработки с помощью специальных фрез, обеспечивающих требуемое
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 363
Рис. 14.48. Слева показана фреза, а справа — шлифовальный камень, предназначенные для восстановления седел клапанов
Рис. 14.50. Слева показаны два цельнометаллических конических, а справа — три регулируемых (раздвижных) направляющих стержня — пилота
Рис. 14.49. Фреза для восстановления седла клапана. Никогда не вращайте фрезу против часовой стрелки! Заменяемые фрезы прослужат долго, если с ними обращаться аккуратно, не перегружать их и не вращать в неправильном направлении
качество поверхности при высокой скорости обработки (рис. 14.48 и 14.49).
ПИЛОТЫ (НАПРАВЛЯЮЩИЕ СТЕРЖНИ) ДЛЯ ОБРАБОТКИ КЛАПАННЫХ СЕДЕЛ
В механическом оборудовании» используемом для восстановления седел клапанов, для выравнивания держателя шлифовального камня или фрезерной головки по оси седла используются специальные направляющие стержни (пилоты), вставляемые в направляющую втулку клапана. Используются пилоты двух типов: конические и раздвижные. Примеры таких приспособлений показаны на рис. 14.50. Конические пилоты самоустанавливаются в наименее изношенной части направляющей втулки. Они выпускаются стандартного и увеличенного размера — с шагом 0,001 дюйма, обычно до предела в 0,004 дюйма. При обработке восстанавливаемого седла используется пилот максимального диаметра, который помещается в направляющей втулке. В случае изношенных отверстий пилот этого типа обеспечивает максимально близкий, насколько это возможно, возврат восстановленного седла к его исходному положению.
Рис. 14.51. Разрез головки, на котором видно, как действует щетка для очистки направляющих втулок клапанов
В механическом оборудовании, применяемом для восстановления седел клапанов, используются два варианта раздвижных направляющих пилотов. Один вариант раздвигается по центру направляющей втулки, фиксируясь в ней аналогично коническому направляющему стержню. Другой вариант расширяется по краям направляющей втулки, где она наиболее изношена. Сам клапан будет центрироваться в направляющей втулке таким же образом, как этот пилот.
ПРИМЕЧАНИЕ
Если направляющая втулка клапана не ремонтировалась, то клапан будет совпадать с восстановленным седлом в том случае, если при обработке седла используется раздвижной пилот.
364 Глава 14
Рис. 14.52. Пример очистки направляющей втулки клапана с помощью щетки, установленной в дрели. Такая очистка направляющих втулок очень важна для правильного восстановления седел клапанов
Рис. 14.53. В разрезе головки блока цилиндров показано, как раздвижной пилот закрепляется в направляющей втулке клапана
Пилот и направляющая втулка клапана должны быть тщательно вычищены. Показанная на рис. 14.51 и рис. 14.52 щетка для очистки направляющих втулок, приводимая во вращение дрелью, отлично очищает отверстия. Пилот, установленный в направляющей втулке клапана, используется в качестве центрирующей опоры или направляющей для инструментов механической обработки седла. На рис. 14.53 показан разрез направляющей втулки клапана с установленным в ней раздвижным пилотом.
ШЛИФОВАЛЬНЫЕ КАМНИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ СЕДЕЛ
Используются три основных типа шлифовальных камней. Все они применяются для сухой обработки седел. Для быстрого удаления толстых слоев металла используется обдирочный камень. Необходимость в нем возникает при ремонте сильно изношенных седел или при установке новых вставных седел клапанов. Обдирочный камень иногда называют профилирующим камнем. После обработки седла профилирующим камнем доводка поверхности седла до необходимо класса чистоты производится с помощью камня для окончательной обработки. Он же используется также для шлифовки незначительно изношенных чугунных седел. Для обработки тугоплавких вставных седел выпускных клапанов, изготовленных из стеллита, используются камни для обработки твердосплавных седел.
ПРИМЕЧАНИЕ
Стеллит представляет собой твердый сплав, не обладающий магнитными свойствами, который используется в качестве материала седел клапанов в двигателях большой мощности.
Шлифовальный камень должен иметь надлежащий диаметр и угол рабочей поверхности (рис. 14.54). Диаметр шлифовального камня должен превышать диаметр головки клапана, но при этом он не должен при обработке седла доставать до края камеры сгорания. Угол рабочей поверхности камня должен соответствовать углу седла. Если при восстановлении клапанов предусматривается выполнение угла натяга, то общепринято обрабатывать седло под стандартным
Рис. 14.54. Шлифовальный камень, правильно подобранный по размеру седла клапана
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 365
АЛМАЗНЫЙ РЕЗЕЦ
РЕЗЦЕДЕРЖАТЕЛЬ
Рис. 14.55. Режущая кромка алмазного карандаша
углом. Угол натяга формируется за счет изменения угла рабочей фаски клапана. Перед правкой шлифовального камня необходимо определить требуемый посадочный угол седла.
ПРАВКА ШЛИФОВАЛЬНОГО КАМНЯ
Выбранный для работы шлифовальный камень закрепляется на оправке. На шпиндель станка для правки шлифовального камня наносится капля масла и оправка с установленным на ней шлифовальным камнем устанавливается на шпинделе. Алмазный карандаш (рис. 14.55) регулируется так, чтобы он выступал из держателя не более чем на 3/8 дюйма. Станок для правки шлифовального камня юстируется под заданный посадочный угол седла. Сверху к оправке шлифовального камня присоединяется привод, с помощью которого оправка с установленным на нем шлифовальным камнем приводится во вращение. На рис. 14.56 показан станок для правки шлифовального камня, подготовленный к работе. Алмазный карандаш выставляется так, чтобы алмаз едва касался поверхности шлифовального камня. Карандаш медленно перемещается вдоль рабочей поверхности вращающегося камня, снимая тончайший слой материала. При такой правке получается чистая, ровная поверхность. Правку камня необходимо выполнять при каждой установке его на оправку, перед началом обработки каждого седла и в процессе работы, по мере износа камня, когда ухудшается чистота шлифованной поверхности (рис. 14.57).
Рис. 14.56. Станок для правки шлифовального камня, подготовленный к работе
Рис. 14.57. Правка шлифовального камня, предназначенного для обработки седел. Обратите внимание на абразив, удаленный с поверхности камня алмазным карандашом
366 Глава 14
ШЛИФОВКА СЕДЛА КЛАПАНА
Существует хорошее правило — вычищать седло клапана перед шлифовкой. Это позволяет предохранить поверхность шлифовального камня от загрязнения. После очистки в направляющую втулку клапана устанавливается пилот. На конец пилота наносится капля масла для смазки оправки шлифовального камня. Оправка с закрепленным на ней камнем, прошедшим правку, надевается на направляющий стержень. Привод оправки должен быть закреплен так, чтобы не оказывать своим весом давления на инструмент. Это необходимо для того, чтобы частицы абразива и сошлифовываемого металла выдувались из промежутка между шлифовальным камнем и седлом — в таком случае шлифование идет быстро и гладко. Шлифование выполняется короткими циклами — примерно по десять оборотов камня (рис. 14.58). После каждого цикла шлифования оправка с камнем поднимается над седлом и проверяется качество поверхности седла. Поверхность отшлифованного седла должна быть блестящей и гладкой по всей площади,
Рис. 14.58. В разрезе головки блока цилиндров показана типичная оснастка, подготовленная к шлифованию седла клапана
Рис. 14.59. В разрезе головки показано восстановленное седло клапана
и на ней не должно оставаться раковин или неровностей (рис. 14.59).
При высокочастотной закалке седла выпускного клапана часто происходит закалка части седла впускного клапана. Для того чтобы добиться концентрической формы седла иногда приходится чуть прижимать шлифовальный камень к седлу, чтобы прошлифовать его закаленный участок. Прежде чем завершить работу, прошлифованное седло проверяют с помощью микрометрического нутромера с циферблатной шкалой на соосность — отклонение от соосности не должно превышать 0,002 дюйма (0,05 мм) (рис. 14.60). Проверка соосности седла с помощью микрометрического нутромера очень важна. Максимально допустимая несо-осность составляет 0,002 дюйма. Микрометрический нутромер с циферблатной шкалой измеряет величину несоосности седла клапана и направляющей втулки.
СУЖЕНИЕ СЕДЛА КЛАПАНА
После шлифовки ширина седла клапана возрастает. Седло клапана необходимо сузить так, чтобы оно надлежащим образом контактировало с рабочей фаской клапана. Седло обрабатывается с помощью шлифовального камня, заправленного под углом на 15 градусов меньшим, чем посадочный угол седла. 11ри этом верхний обрез седла опускается ниже. Для того, чтобы определить, насколько необходимо сузить седло, измеряется максимальный диаметр рабочей фаски клапана специальным циркулем (рис. 14.61). После измерения ножки циркуля сводятся на 1/16 дюйма уже измеренного максимального диаметра рабочей фаски — с учетом необходимого минимального вылета клапана. Седло либо проверяется с помощью настроенного таким образом измерительного циркуля (рис. 14.62) либо измеряется с помощью штангенциркуля с цифер-
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 367
Рис. 14.60. Микрометрический нутромер с циферблатной шкалой, используемый обычно для измерения соосности седла и направляющей втулки клапана
Рис. 14.61. Измерение максимального диаметра рабочей фаски клапана с помощью измерительного циркуля
блатным нониусом (рис. 14.63), и затем обрезается, при необходимости, путем шлифования короткими циклами до диаметра, соответствующего установленному раствору ножек измерительного циркуля. После этого
Рис. 14.62. Проверка максимального диаметра седла с помощью измерительного циркуля с размером, установленным на 1/16 дюйма меньше максимального диаметра рабочей фаски
Рис. 14.63. Измерение максимального диаметра седла с помощью штангенциркуля с циферблатным нониусом
измеряется ширина седла (рис. 14.64). Если седло все еще слишком широкое, то его сужают путем расширения канала впускного окна с помощью шлифовального камня с 60-градусным углом наклона рабочей поверхности. В ходе этой обработки металл снимается со стенок канала под седлом, со стороны впускного окна, при этом происходит подъем нижнего обреза седла. Обработка выполняется короткими циклами до тех пор, пока седло не сузится до заданной ширины. Схема доработки седла показана на рис. 14.65. Общепринятые значения ширины седел приведены ниже:
• Для впускных клапанов: 1/16 дюйма или 0,0625 дюйма (примерно соответствует толщине пятицентовой монеты) (1,5 мм).
• Для выпускных клапанов: 3/32 дюйма или 0,0938 дюйма (примерно соответствует суммарной толщине пятицентовой и десятицентовой монет) (2,4 мм).
368 Глава 14
Рис. 14.64. Измерение ширины фаски седла клапана
Рис. 14.66. На этом разрезе головки видны следы, оставленные метками фломастерного маркера, перешедшими с седла на рабочую фаску клапана. Вместо фломастерного маркера можно использовать также берлинскую лазурь
Угол рабочей
Рис. 14.65. Углы, под которыми выполняются операции обработки седла с целью получения необходимой ширины и положения зоны контакта седла с рабочей фаской клапана. Если не указано иное, то ширина зоны контакта составляет: для впускного клапана — 1/16 дюйма, для выпускного клапана — 3/32 дюйма
Готовое седло необходимо проверить с помощью клапана, который будет установлен в нем. Это можно сделать, нанеся фломастерным маркером на поверхность рабочей фаски седла по ее периметру четыре-пять меток. Затем клапан вставляется в седло до упора. Клапан поворачивают в седле на 20-30 градусов и затем вынимают из него. Качество восстановления седла оценивается по стертости меток на поверхности рабочей фаски в местах ее контакта с клапаном. Посадка клапана в седле показана на рис. 14.66 и 14.67. Шлифовка седел клапанов считается завершенной после того, как все седла отшлифованы и доведены до необходимой ширины.
В заключение:
• Обработка 45-градусного седла с помощью 30-градусного шлифовального камня приводит к опусканию верхнего обреза седла и его сужению.
ВРУЧНУЮ ВДАВИТЬ КЛАПАН
Рис. 14.67. Определение зоны контакта между клапаном и седлом (публикуется с любезного разрешения компании Neway)
• Обработка седла с помощью 60-градусного шлифовального камня приводит к подъему нижнего обреза седла и его сужению.
• Обработка седла с помощью 45-градусного шлифовального камня приводит к расширению седла.
ФРЕЗЫ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СЕДЕЛ КЛАПАНОВ
Некоторые автомеханики предпочитают использовать для восстановления седел клапанов вместо шлифовальных камней специальные фрезы (рис. 14.68). С помощью специальных фрез механическая обра-
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 369
Рис. 14.68. Обработка седла под тремя различными углами с помощью специальных фрез. Выпускаются фрезы, выполняющие все три операции за один проход (публикуется с любезного разрешения компании Neway)
ботка седел, обеспечивающая необходимое качество поверхности, выполняется намного быстрее, чем при использовании шлифовальных камней.
Фреза для восстановления седел клапанов представляет собой головку, в которой закреплено под необходимыми углами множество режущих пластин. Рабочий угол фрезы обычно устанавливается с учетом угла натяга, чтобы к обработанным такой фрезой седлам подходили новые клапаны со стандартными углами рабочей фаски и их не требовалось перешлифовывать под восстановленные седла. Фрезы, в отличие от шлифовальных камней, не нуждаются в правке. Фрезерная головка надевается на направляющий стержень (пилот) таким же образом, как держатель шлифовального камня. Фреза вращается вручную или специальным приводом с понижающим редуктором. В процессе фрезерования образуется только металлическая стружка. Обработанное седло проверяется на соосность с направляющей втулкой и на соответствие
рабочей фаске клапана с помощью маркировки фло-мастерным маркером, как это описано выше.
ИСПЫТАНИЯ СЕДЕЛ КЛАПАНОВ
После восстановления рабочих фасок клапанов, направляющих втулок и седел, необходимо проверить клапаны на плотность контакта с седлом и убедиться, что обеспечена концентричность седел с рабочими фасками клапанов. Для проверки соосности рабочей фаски клапана по отношению к седлу и плотности контакта клапана с седлом используются различные методы испытаний:
1. При испытаниях клапанов на герметичность, в канале впускного и/или выпускного окна создается разрежение с помощью вакуумного насоса, соединенного с окном через резиновую уплотнительную прокладку. Хороший контакт клапана с седлом обеспечивает сохранение разрежения при сниже
370 Глава 14
нии давления как минимум до 28 дюймов ртутного столба. Этот метод позволяет также проверить на утечку направляющие втулки. Для этого в направляющие втулки по периметру отверстий вливается немного масла. Если при этом разрежение возрастет, то это свидетельствует о том, что зазор между стержнями клапанов и направляющими втулками, возможно, слишком велик. •
2. Окна головки блока цилиндров, или камера сгорания, заполняются уайт-спиритом или другой подходящей жидкостью. При хорошей герметичности контакта клапана с седлом утечки жидкости не должно происходить по крайней мере в течение 45 с.
3. Качество контакта клапана с седлом может быть проверено путем создания повышенного давления в камере сгорания и контроля утечки воздуха через седло клапана (рис. 14.69).
Рис. 14.69. Поочередное испытание клапанов на утечку путем нагнетания сжатого воздуха в камеру сгорания через резьбовое гнездо свечи зажигания. Для обеспечения герметичности камеры сгорания головка блока цилиндров прижата огневой поверхностью к листу губчатой резины, подложенному под нее
ЗАМЕНА СЕДЛА КЛАПАНА
Седла клапанов подлежат замене в случае их растрескивания или в случае чрезмерного обгорания или эрозии, когда их уже невозможно восстановить. На рис. 14.70 показано седло клапана со следами сильной эрозии. В ряде случаев решение о необходимости замены седла принимается только после того, как попытка восстановить его оказывается неудачной. Поврежденные вставные седла клапанов вынимаются и их посадочные гнезда обрабатываются под ремонтные вставки увеличенного диаметра. Поврежденные встроенные седла клапанов растачиваются и на их месте делаются посадочные гнезда под новые вставные седла.
Рис. 14.70. Седло клапана со следами сильной эрозии
Старое вставное седло удаляется разными способами. Его можно “выщелкнуть” из посадочного гнезда, поддев маленькой монтировкой. Иногда для облегчения этой операции старое седло растачивают, чтобы сделать его более податливым. Будьте осторожны — растачивая седло, не повредите само посадочное гнездо. Иногда для удаления съемных седел используется съемник с раздвижными крючкообразными захватами. Еще один способ описан в заметке “Хитрыи прием, облегчающий удаление вставного седла”. Перед установкой нового, ремонтного, седла, которое имеет больший диаметр, посадочное гнездо необходимо очистить. Ремонтные вставные седла садятся в посадочное гнездо с натягом в 0,002-0,003 дюйма (0,05-0,07 мм). Очистка и доработка посадочных гнезд под ремонтные седла осуществляется на том же оборудовании, которое используется для замены встроенных седел клапанов вставными седлами — оно описывается в следующем параграфе.
ОБМЕН ОПЫТОМ
Хитрыи прием, облегчающий удаление вставного седла
Быстро и легко удалить вставное седло клапана можно с помощью паяльника для пайки микропровода в среде инертного газа — MIG (microware inert gas) welder. Вынув клапан, нанесите шов припоя по краю вставного седла, прилегающему к стенке посадочного гнезда. Когда шов остынет, он сожмется и вставку можно будет легко вынуть из головки блока цилиндров.
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 371
В случае треснувших и сильно обгоревших встроенных седел головку цилиндра часто удается отремонтировать, заменив их вставными. Все трещины в головке должны быть отремонтированы до того, как встроенное седло будет растачиваться. Сначала необходимо выбрать ремонтное вставное седло, имеющее требуемый внутренний и внешний диаметр, а также требуемую толщину. Производители ремонтных комплектов седел предоставляют таблицы, по которым выбирается подходящая ремонтная вставка седла. При замене вставного седла новое седло должно быть из материала того же, или более высокого сорта, чем старое. Рабочие температуры вставных седел выпускных клапанов выше на 100°-150°Ф (56°-183°С) чем рабочие температуры встроенных седел, которые доходят до 900°Ф (480°С). Для того чтобы срок службы ремонтных седел и клапанов был не меньше, чем у заменяемых деталей, одни должны быть изготовлены из более качественных материалов. Выпускаемые ремонтные вставки седел клапанов изготавливаются из различных материалов, в том числе из:
• чугуна;
• нержавеющей стали;
• никелево-кобальтового сплава;
• порошкового металла (рис. 14.71).
Режущий инструмент для изготовления посадочного гнезда выбирается по наружному диаметру ремонтной вставки. Диаметр расточки посадочного гнезда должен быть меньше наружного диаметра вставного седла. Резцедержатель закрепляется на направляющем стержне, подобранном по размеру отверстия в направляющей втулке клапана. Привод подачи резцедержателя завинчивается так, чтобы оставалось
Рис. 14.71. Ремонтные вставки седел клапанов изготавливаются самых разных размеров и из различных материалов, практически для любого двигателя, будь то двигатель обычного легкового автомобиля или гоночный двигатель
Рис. 14.72. Упорное кольцо регулируется с помощью новой вставки седла, используемой в качестве шаблона
достаточное количество витков для правильной подачи резца в обрабатываемую головку. Собранный узел устанавливается в направляющей втулке клапана так, чтобы режущий инструмент опирался на растачиваемое седло.
Между опорным кондуктором и стопорным кольцом вставляется ремонтная вставка седла. Стопорное кольцо регулируется по ремонтной вставке седла таким образом,чтобы подача резца прекратилась, когда расточка посадочного гнезда достигнет глубины, равной толщине новой вставки. Расточной инструмент приводится во вращение вручную или с помощью редукторного двигателя. Растачивание продолжается до тех пор, пока стопорное кольцо не дойдет до опорного кондуктора (рис. 14.73). После этого опорный кондуктор и резцедержатель убираются. Оправка соответствующего размера и направляющий стержень закрепляются на ударной головке. Лучше всего перед установкой охладить ремонтную вставку в твердой углекислоте, чтобы она уменьшилась в диаметре.
372 Глава 14
Рис. 14.73. Растачивание старого, сильно разрушенного седла клапана с помощью специального резца
ся направляющий стержень с закрепленной на нем ударной головкой, так чтобы седло попало точно в посадочное гнездо — это нужно делать быстро, чтобы ремонтная вставка не успела нагреться. Сильным ударом тяжелого молотка ремонтная вставка вгоняется в посадочное гнездо (рис. 14.74). Вначале сильными ударами молотка ремонтная вставка всаживается в гнездо, а затем легкими ударами просаживается до тех пор, пока не войдет в него до упора. Не следует бить по ударной головке после того, как седло войдет в посадочное гнездо до конца. Установленное ремонтное седло зачеканивается по внешнему краю по периметру посадочного гнезда — при этом металл по краю вставки слегка расклепывается, усиливая ее сцепление с гнездом. На рис. 14.75 показана вставка, установленная в посадочном гнезде. Седло в ремонтной вставке обрабатывается по уже описанной технологии механической обработки, используемой для восстановления седел клапанов.
Ремонтные вставки должны оставаться в углекислоте до момента установки. Это позволит существенно снизить вероятность среза металла со стенок посадочного гнезда при установке ремонтной вставки. Срезанные частички металла могут попасть под ремонтную вставку, помешав правильно посадить ее. Охлажденное вставное седло кладется на посадочное гнездо. Затем в посадочное гнездо вставляет-
ВЫСТУПАНИЕ СТЕРЖНЯ КЛАПАНА
Выступание стержня клапана — это параметр, показывающий отличие фактической монтажной высоты клапана от технических требований (рис. 14.76). Высота стержня клапана должна строго соблюдаться в любых двигателях, но в особенности в двигателях с верхним расположением распределительного вала.
Внешний диаметр, дюймы (мм)
0-1 (0-25) 1-2 (25-50) 2-3(50-75) 3-4 (75-100)
Глубина посадки, дюймы(мм) 0-1/4 (0-6,4) 1/4-3/8 (6,4-9,5) 3/8-9/16(9,5-14,3) 9/16-1 (14,3-25,4)
Натяг, дюймы (мм) 0,001-0,003 (0,025-0,075) 0,002-0,004 (0,050-0,100) 0,003-0,005 (0,075-0,125) 0,004-0,006 (0,100-0,150)
Рис. 14.74. Установка новой, предварительно охлажденной вставки седла в посадочное гнездо с помощью ударной головки и тяжелого молотка (а). Величина натяга для ремонтных вставок седел (закаленных или кованых) (6)
6)
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 373
Рис. 14.75. Ремонтная вставка, установленная в посадочном гнезде
ОБМЕН ОПЫТО
Соблюдайте технические требования
Автомеханик заменил вставные седла в алюминиевой головке блока цилиндров. В соответствии с техническими требованиями изготовителя двигателя ремонтные вставки были выбраны с натягом 0,002 дюйма (диаметр вставки превышал диаметр посадочного гнезда в головке на 0,002 дюйма). Вскоре после пуска двигателя одна из вставок вывалилась, выведя двигатель из строя.
Автомеханик должен был при выборе величины натяга ремонтной вставки руководствоваться техническими требованиями на саму вставку. Величина натяга, устанавливаемая в технических требованиях на ремонтные вставки, зависит от того, из какого материала они изготовлены. Для некоторых типов вставок, предназначенных для установки в алюминиевые головки, необходимый натяг составляет даже 0,007 дюйма. При замене седел клапанов в алюминиевых головках цилиндров необходимо обязательно ознакомиться с техническими требованиями, установленными производителем ремонтных вставок.
Высота стержня клапана
Рис. 14.76. После того как стержень и рабочая фаска клапана заново отшлифованы, измеряется высота, на которую верхушка стержня клапана выступает над подошвой направляющей втулки клапана, сидящего в седле. Если она слишком велика, то для укорочения стержня клапана, как правило, допускается сошлифовать с его верхушки слой толщиной до 0,020 дюйма
После шлифовки седла и рабочей фаски клапан глубже утапливается в седле и стержень клапана выше поднимается над головкой блока цилиндров.
Клапан вставляется в головку блока цилиндров и измеряется высота его выступающего конца. Путем шлифовки верхушки стержень укорачивается на необходимую длину для компенсации последствий шлифовки рабочей фаски клапана и седла. Если стержень клапана выступает из направляющей втулки слишком высоко, то в двигателе с гидравлическими толкателями клапанов и нерегулируемыми клапанными коромыслами такой клапан не будет закрываться полностью. Если стержень клапана слишком длинный, то для его укорочения допускается снять с верхушки стержня слой толщиной до 0,020 дюйма (0,50 мм). Если требуется укоротить стрежень на длину, превышающую этот предел, клапан подлежит замене. Если клапан слишком короткий, то можно перешлифовать рабочую фаску или седло клапана в допустимых пределах, чтобы глубже посадить клапан в седло. Если же с рабочей фаски и седла уже снят слишком большой слой металла, то в некоторых двигателях это можно исправить, подложив под шарнирную ось клапанного коромысла регулировочную прокладку, чтобы обеспечить правильную центровку плунжера гидравлического толкателя. В таких регулировочных прокладках обязательно должны быть предусмотрены смазочные отверстия для смазки шарнирной оси.
374 Глава 14
ПРОВЕРКА МОНТАЖНОЙ ВЫСОТЫ КЛАПАНА
После машинной обработки клапана и/или седла клапан выступает выше, чем прежде, из головки со стороны клапанного коромысла (рабочая фаска клапана немного глубже входит в корпус головки блока цилиндров со стороны камеры сгорания). Таким образом, сила сжатия пружины снижается, т.к. теперь она сжимается меньше, чем раньше. Чтобы восстановить исходную силу прижима клапана к седлу, под пружину клапана подкладываются специальные промежуточные кольца, вставки или регулировочные шайбы. Такие шайбы называются вставками пружины клапана. Они выпускаются, как правило, трех видов по толщине:
• 0,015 дюйма (0,38 мм): используются для коррекции давления пружин;
- 0Г90 и
— 9290 91 - 02Z0 91
Рис. 14.77. Измерение монтажной высоты с помощью стальной линейки. Монтажная высота измеряется от подошвы направляющей втулки клапана до нижней стороны тарелки пружины клапана
• 0,030 дюйма (0,75 мм): обычно используются при замене пружин в головках, в которых уже были перешлифованы седла и рабочие фаски клапанов.
• 0,060 дюйма (1,5 мм): необходимы для регулировки монтажной высоты до величины, установленной в технических требованиях (такие толстые вставки могут потребоваться в случае, если седла клапанов восстанавливались уже несколько раз).
Шаг 1. Для того чтобы определить, какой толщины нужна вставка, необходимо измерить высоту пружины в собранном узле клапана (рис. 14.77).
Шаг 2. Если измеренная монтажная высота превышает величину, заданную в технических требованиях, необходимо подобрать вставку (регулировочную прокладку) такой толщины, при которой монтажная высота попадает в пределы, установленные в технических требованиях (рис. 14.78).
УПЛОТНЕНИЯ СТЕРЖНЯ КЛАПАНА
Утечки через направляющие втулки клапанов являются основной причиной расхода масла в любом верхнеклапанном двигателе (или двигателе с верхним расположением распределительного вала). Как показано на рис. 14.79, во впускном окне создается высокое разрежение. В большинстве двигателей уплотнения стоят и на стержне выпускною клапана, потому что вследствие небольшого разрежения, создаваемого в выпускном окне потоком отработавших газов, утечка масла происходит и через направляющую втулку выпускного клапана, как показано на рис. 14.80.
Для управления расходом масла, смазывающего стержень клапана в процессе его движения в направляющей втулке клапана, используются манжетные уплотнения (или просто манжеты, их называют еще маслоотражательными или маслосъемными колпачками) стержня клапана. Недостаточная смазка приводит к ускоренному износу стержня и направляющей втулки клапана. Избыточная смазка приводит к повышенному расходу масла и отложению угольного нагара на свече зажигания и головке клапана.
Типы манжет стержня клапана
• Зонтичная манжета клапана плотно сидит на стержне и двигается вверх-вниз вместе с клапаном. Масло, проливающееся с клапанных коромысел, стекает по зонтичной манжете как вода по зонтику (рис. 14.81). Поэтому зонтичные манжеты стержня клапана часто называют маслоотражательными колпачками.
• Уплотнительная манжета клапана (маслосъемный колпачок) плотно сидит в направляющей втулке, а стержень клапана двигается в ней. Избыток
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 375
а)
б)
Рис. 14.78. С помощью вставок пружины клапана (называемых также регулировочными прокладками), размещаемых между головкой блока и пружиной, монтажная высота клапана восстанавливается до исходной величины (а). Вставка пружины должна быть повернута зубцами к корпусу головки. Зубцы предназначены для создания воздушного прохода между вставкой и головкой, улучшающего охлаждение пружины (6)
Рис. 14.79. Масло подсасывается через направляющие втулки клапанов в камеру сгорания из-за разрежения, создаваемого в двигателе. Манжеты (маслосъемные колпачки) ограничивают утечку масла через направляющие втулки. Если манжеты неисправны, то при запуске двигателя часто заметен отчетливый сизый (масляный) выхлоп
Рис. 14.80. Подсос масла может также происходить через направляющую втулку выпускного клапана вследствие небольшого разрежения, создаваемого потоком отработавших газов. Масло, протекающее через направляющую втулку, просто выбрасывается через систему выпуска отработавших газов и не попадает в двигатель. В двигателях, выпускаемых некоторыми производителями, уплотнения выпускных клапанов не предусмотрены (публикуется с любезного разрешения корпорации Dana Corporation)
масла стирается со стержня манжетой (рис. 14.82 и 14.83).
• Кольцевая манжета клапана» применяемая в двигателях Chevrolet, препятствует стеканию масла через зазор между опорной тарелкой пружины и стержнем клапана. Масло стекает по тарелке пружины и козырьку тарелки (рис. 14.84). Узел такой конструкции работает аналогично зонтичной
376 Глава 14
Рис. 14.81. Положение зонтичной манжеты на стержне клапана. Обратите внимание на то, что манжета этого типа плотно сидит на стержне клапана и просто прикрывает торец направляющей втулки
Рис. 14.83. Уплотнительные манжеты стержня клапана выпускаются различных размеров, конструкции, изготавливаются из различных материалов — для широкого спектра двигателей разнообразного назначения
Рис. 14.82. Уплотнительная манжета клапана (публикуется с любезного разрешения корпорации Dana Corporation)
манжете. Оба типа манжет обеспечивают поступление в направляющую втулку только необходимого количества масла для смазки стержня клапана. Остальное масло стекает в масляный поддон.
Из чего изготавливаются манжеты стержня клапана
Манжеты стержня клапана изготавливаются из разнообразных материалов. Они могут быть из нейлона или тефлона, но, как правило, делаются из синтетических каучуков. Широко используются синтетические каучуки следующих видов:
ВЕРХУШКА СТЕРЖНЯ КЛАПАНА
СТЕРЖЕНЬ КЛАПАНА
КОЛЬЦЕВАЯ МАНЖЕТА
Рис. 14.84. Кольцевая манжета стержня клапана, используемая в двигателях Chevrolet
• нитрил (Nitril);
• полиакрилат (Polyacrilate);
• витон (Viton).
Нитрил — самый первый материал, который начали использовать для производства манжет. Эго — недорогой и не очень термостойкий материал. Рост рабочих температур двигателей, обусловленный необходимостью снижения токсичности выхлопных газов и повышения экономичности двигателей, заставил перейти к использованию в качестве материала манжет высококачественного полиакрилата, хотя он и стоит дороже. Во многих случаях манжеты из этого материала устанавливают и в старые двигатели, потому что они служат намного дольше манжет из нитрила. У дизельных и гоночных двигателей, двигателей гру-
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 377
Рис. 14.85. Некачественная зонтичная манжета клапана после нескольких месяцев эксплуатации двигателя. Обратите внимание на то, что из-за нагрева эта манжета оплавилась настолько, что полностью вышла из строя
Рис. 14.86. Щель между половинками разрезного замка (сухариками) тарелки пружины клапана необходима для того, чтобы они плотно сидели в канавках стержня клапана
зовиков и тягачей, а также двигателей с турбонаддувом и компрессорным наддувом рабочие температуры выше. Для этих двигателей могут потребоваться более высокотемпературные и дорогие манжеты стержня клапана — из витона (рис. 14.85).
Интересно, что сами автомеханики не могут отличить эти синтетические манжеты друг от друга, если они изготовлены в одной пресс-форме для одного и того же типа двигателя. Часто поставщики, комплектуя наборы манжет для продажи по более низкой цене, кладут в них низкотемпературные нитриловые манжеты, хотя набор предназначается для двигателя, в котором должны стоять более высокотемператур-
ОБМЕН ОПЫТОМ
Не забывайте проверить качество сухариков!
Замок (сухарики) опорной тарелки пружины клапана предназначен для фиксации тарелки на стержне клапана при любых условиях эксплуатации двигателя. Коническая форма сопряжения сухариков с тарелкой обеспечивает прижим сухариков к стержню клапана. Прежде чем собирать узел клапана в головке блока цилиндров, примерьте сухарики к канавкам на стержне клапана. Между половинками замка должен оставаться небольшой зазор. Если сухарики касаются друг друга, то это мешает им полностью войти в канавки стержня. А это может привести к тому, что на высокой скорости работы двигателя половинки замка могут не удержаться в канавках.
При техническом обслуживании клапанного механизма рекомендуется заменять сухарики клапана новыми и обязательно проверять каждый из них! Не исключено, что могут попасться некондиционные сухарики, которые впоследствии станут причиной выпадения клапана и вызванного им разрушения всего двигателя (рис. 14.86).
ные полиакрилатные. Чтобы наверняка получить манжеты стержня клапана, изготовленные из того материала, который требуется по своим характеристикам для двигателя, приобретайте прокладки и манжеты, выпущенные крупной компанией-производителем прокладок.
УСТАНОВКА КЛАПАНОВ
После тщательной промывки мыльным раствором для полного удаления частиц абразива и стружки, оставшихся после механической обработки, можно приступать к сборке головки блока цилиндров. Клапаны поочередно устанавливаются в головку. Рабочая фаска и стержень клапана обильно покрываются машинным маслом и клапан вставляется в предназначенную для него направляющую втулку. После этого устанавливаются уплотнительные манжеты. Надев на стержень зонтичную манжету, опустите ее вниз до касания с направляющей втулкой клапана. При установке уплотнительной манжеты используйте пластиковую
Как повысить мощность двигателя
--------------—-----------—--------
Чем меньше разброс по объему между камерами сгорания, тем надежней работает двигатель
Для того чтобы надежность и плавность работы двигателя были наивысшими, необходимо, чтобы все цилиндры обеспечивали одинаковую степень сжатия рабочей смеси. Для точного измерения объема камеры сгорания используется градуированная бюретка с уайт-спиритом (или с тормозной жидкостью), с помощью которой измеряется объем камеры сгорания в кубических сантиметрах (рис. 14.87).
378 Глава 14
Рис. 14.87. Приспособление для измерения объема камеры сгорания
Рис. 14.88. Правильная установка типичной кольцевой манжеты, используемой в двигателях Chevrolet, и сухариков
предохранительную втулку, надетую на верхушку стержня клапана. Проверьте, чтобы уплотнительная манжета плотно и ровно сидела на направляющей втулке клапана. Надевая на стержень вставку (регулировочную прокладку) пружины, саму пружину клапана, манжеты и опорную тарелку пружины, удерживайте клапан в седле. Сожмите пружину при помощи специального устройства. Кольцевая манжета устанавливается в нижней канавке стержня. Сухарики опорной тарелки пружины устанавливаются на стержне при сжатой пружине (рис. 14.88). Медленно и аккуратно отпускайте устройство для сжатия пружин, следя за тем, чтобы сухарики правильно сидели в канавках. Сборка остальных клапанов выполняется аналогичным образом (рис. 14.89 и 14.90). Наденьте на
а)
б)
в)
Рис. 14.89. При сборке клапанных узлов используется пневматическое устройство сжатия пружин (а). Если слишком сильно сжать пружину, то при сбросе давления кольцевые манжеты стержня клапана могут выскочить из канавок. Чтобы разрезные замки (сухарики) не выскочили из своих гнезд при сбросе давления в пневматическом устройстве сжатия пружин, смажьте их консистентной смазкой, чтобы они крепче держались (6). Установленный клапан (в). Обратите внимание на консистентную смазку, покрывающую верхушку клапана. Ее необходимо удалить во избежание засорения масляного фильтра консистентной смазкой в процессе работы двигателя
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 379
Направляющая втулка клапана
Сухарики
Минимальный зазор между витками пружины должен быть не меньше 0,012 дюйма (0,3 мм)
Стержень клапана
Опорная тарелка пружины клапана
Минимальный зазор между направляющей втулкой и опорной тарелкой должен быть не меньше 0,060 дюйма (1,5 мм)
Рис. 14.91. Проверка качества кольцевых манжет в головке восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet с помощью ручного вакуумного насоса (а). Увеличенное изображение, на котором видна уплотнительная манжета вакуумного насоса, надетая на опорную тарелку пружины клапана (6)
Рис. 14.90. Пружины всех клапанов необходимо проверить на защемление витков при максимальной высоте подъема клапана. При недостаточном зазоре тарелка пружины будет биться о направляющую втулку на высоких оборотах двигателя
380 Глава 14
верхушку стержня собранного клапана шланг вакуумного насоса, как показано на рис. 14.91. Если кольцевая манжета стоит правильно, то в шланге будет поддерживаться разрежение.
ИСПЫТАНИЯ ГОЛОВОК НА УТЕЧКУ
Двигатели, отремонтированные на специализированных предприятиях, проверяются на пропускную способность, обеспечиваемую окнами головки и клапанами. Измерение расхода воздуха через клапаны при различных величинах просвета клапана (эта характеристика измеряется в кубических футах в минуту) выполняется на испытательном стенде.
После завершения всех ремонтных работ, будь то ремонт клапанов, обработка окон головки или камер сгорания, пружины клапанов временно заменяются более слабыми пружинами (рис. 14.92). С помощью формовочной глины вокруг окон головки блока формируются сглаживающие переходы, улучшающие их пропускную способность таким образом, как это было бы при подсоединенном впуском коллекторе, направляющем воздушный поток (рис. 14.93).
Между упорами испытательного стенда и стержнями клапанов устанавливаются металлические прокладки различной толщины и выполняются измерения расхода воздуха при разной высоте подъема клапанов над седлами (рис. 14.94). Обычно используются прокладки толщиной от 0,100 дюйма до 0,700 дюйма включительно, с шагом 0,100 дюйма. Результаты измерений заносятся в ведомость испытаний (рис. 14.95.)
ОБМЕН ОПЫТОМ
Прежде чем устанавливать новую головку, обязательно осмотрите ее
Распространенным способом повышения характеристик двигателя является замена головки, будь то чугунная или алюминиевая головка, новой, купленной в сборе. Но опыт подсказывает, что в таких головках часто остаются неудаленными стружка и формовочный песок.
Прежде чем прикручивать такую "готовую к употреблению" головку, разберите ее и очистите в ней все каналы. Часто под клапанами обнаруживается стружка, оставшаяся после обработки. Стоит таким обрезкам попасть в двигатель и они могут моментально привести к износу или повреждениям поршней, колец и подшипников. Возможно на очистку новой головки потребуется несколько часов, но разве двигатель не стоит того?
Рис. 14.92. Головка блока цилиндров, подготовленная к измерениям расхода воздуха. Заметьте, специальные технологические мягкие пружины обладают достаточной жесткостью, чтобы удерживать клапаны в закрытом положении, но при этом достаточно податливы, чтобы оператор мог изменять высоту подъема клапанов в процессе измерений
Рис. 14.93. С помощью формовочной глины вокруг окон испытываемой головки выполняются сглаживающие переходы, улучшающие их пропускную способность таким образом, как это было бы при подсоединенном впускном коллекторе
Рис. 14.94. Изменяя толщину металлических прокладок, оператор измеряет расход воздуха через впускные и выпускные окна при различной высоте подъема клапанов
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 381
ПЕРЕПАД ДАВЛЕНИЯ 28 дюймов водяного столба НАИМЕНОВАНИЕ ДОКУМЕНТА Протокол испытаний
ВЫСОТА ПОДЪМА КЛАПАНА (дюймы)
ЦИЛИНДР № ПРИМЕЧАНИЯ R 0,100 R 0,200 R 0,300 R 0,400 R 0,500 R 0,600 R 0,700
ВП. вп. ВП. вп. КФМ КФМ КФМ 3 57,5 88 3 93,8 144 4 63,5 189 4 73,6 219 4 74,8 223 4 76,5 228 4 77,5 231
вып. вып. вып. вып. КФМ КФМ КФМ КФМ КФМ 2 60,5 54 3 58,5 95 3 70,0 113 3 76,0 123 3 80,2 130 3 82,0 133 3 83,2 135
Примечания.
КФМ — кубических футов в минуту
0,100 —0,700 — толщина регулировочной прокладки (дюймы)
Рис. 14.95. Пример заполненной ведомости испытаний. Обратите внимание на то, что головка блока цилиндра испытывалась до высоты подъема клапанов, составляющей целых 0,799 дюйма!
РАСХОД ВОЗДУХА И МОЩНОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ
На многих специализированных предприятиях по ремонту двигателей имеется оборудование для измерения расхода воздушного потока, проходящего через впускные окна и клапаны. По измеренному расходу воздуха через открытые впускные клапаны можно рассчитать мощность двигателя, воспользовавшись приведенной ниже формулой. Эта формула дает достаточно хорошее совпадение с результатами измерения мощности готового двигателя на динамометрическом (тормозном) стенде.
ПРИМЕЧАНИЕ
Первая часть формулы переводит результат измерения, полученный при перепаде давления, равном 28 дюймам водяного столба, в результат, соответствующий перепаду давления, равному 20 дюймам водяного столба.
Мощность на один цилиндр = расход воздуха при перепаде давления 28 дюймов водяного столба х х 0,598 х 0,43
Например, если для восьмицилиндрового V-образ-ного двигателя величина расхода, измеренная при перепаде давления, равном 28 дюймам водяного столба, оказалась равной 231 куб.футу в минуту:
Мощность = 231 х 0,598 = 138 куб. футов в минуту при перепаде давления, равном 20 дюймам водяного столба х 0,43 = 59,4 л.с. на один цилиндр х 8 = 475 л.с
ВНИМАНИЕ
Хотя подтверждено, что приведенная выше формула обеспечивает достаточно высокую точность оценки, конструкция любого двигателя, помимо расхода воздуха через головку блока цилиндров, характеризуется слишком обширным количеством параметров, чтобы эта формула оставалась точной для любых условий.
382 Глава 14
ФОТОРЯД Шлифование седла клапана
Ил. 22.1. Для шлифования седел клапанов в головке блока цилиндров необходимы соответствующее оборудование и шлифовальные камни. Слева на снимке — шлифовальный камень с 45-градусной рабочей поверхностью, предназначенный для шлифования посадочной фаски седла. В центре — 60-градусный камень для подъема нижнего края и сужения седла. Справа — 30-градусный камень, предназначенный для сужения и опускания, при необходимости, верхнего края седла клапана
Ил. 22.2. Перед тем как приступать к шлифованию седел, необходимо выполнить "правку" или очистку шлифовальных камней с помощью алмазного карандаша. Шлифовальный камень закрепляется на оправке, которая вращается с помощью пневматического привода. На снимке автомеханик правит рабочую поверхность шлифовального камня под углом 45° с помощью алмазного карандаша
Ил. 22.3. Направляющий стержень (пилот) подобранного диаметра вставляется в направляющую втулку. Он будет удерживать шлифовальный камень в центре шлифуемого гнезда, обеспечивая соосность обработанного седла
Ил. 22.4. Шлифовальный камень приводится во вращение высокоскоростным пневмоприводом. Шлифование выполняют короткими циклами, без надавливания на седло
Ил. 22.5. Этот автомеханик использует для точного определения зоны контакта клапана с седлом специальную разметочную краску. Для этих целей также широко используется берлинская лазурь
Ил. 22.6. Слой краски наносится на рабочую фаску клапана с помощью маленького фетрового шарика
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 383
Шлифование седла клапана
продолжение
Ил. 22.7. Некоторые автомеханики для определения зоны контакта клапана с седлом вместо маркировочной краски пользуются фломастерным маркером
Ил. 22.8. После нанесения на рабочую фаску равномерного слоя краски клапан вставляют в направляющую втулку клапана и поворачивают вручную в седле. Затем клапан вынимают из седла и осматривают. Как видно на фотографии, в данном случае зона контакта седла с клапаном проходит приблизительно по центру рабочей фаски
Ил. 22.9. После проверки клапан и седло необходимо тщательно очистить от остатков маркировочной краски
Ил. 22.10. Некоторые автомеханики предпочитают также притирать поверхности клапана и седла для обеспечения более плотного контакта, используя для этого притирочную пасту. На рабочую фаску наносится тонкий слой притирочной пасты
Ил. 22.11. Клапан вставляют в направляющую втулку клапана и с помощью рукоятки с присоской проворачивают в седле. Притирочный компаунд между рабочей фаской и седлом помогает притереть их друг к другу
Ил. 22.12. После притирки клапан и седло тщательно очищают от притирочной пасты. Это очень ответственная операция, потому что оставшиеся после притирки следы пасты, если их не удалить, могут привести к ускоренному износу других деталей двигателя
384 Глава 14
ФОТОРЯД Шлифование клапана
Ил. 23.1. Типичной станок для шлифования клапанов
Ил. 23.2. Необходимо выполнить правку шлифовального камня, чтобы быть уверенным в том, что его рабочая поверхность — достаточно ровная для того, чтобы обеспечить гладкое и аккуратное шлифование клапанов
Ил. 23.3. Прежде чем шлифовать рабочую фаску клапана, необходимо снять фаску на торце стержня клапана, чтобы при шлифовании он ровно сидел в зажимном патроне станка, — особенно это касается станков Sioux
Ил. 23.4. Вставляйте клапан в зажимной патрон так, чтобы он как можно меньше выступал из нее. Включите станок и внимательно оцените вращение клапана. Если он вращается с биениями, значит, стержень искривлен и клапан подлежит замене
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 385
Шлифование клапана
продолжение
Ил. 23.5. В данном типе станка для восстановления угла рабочей фаски клапан шлифуется боковой стороной шлифовального камня
Ил. 23.6. Для очистки зоны шлифования от частиц абразива в процессе обработки и охлаждения клапана при выполнении этой операции следует использовать охлаждающую жидкость
Ил. 23.8. После восстановления рабочей фаски клапана сошлифуйте с верхушки его стержня слои толщиной, равной половине толщины слоя, удаленного с рабочей фаски. Это необходимо для восстановления высоты стержня в собранном узле клапана до первоначального значения
Ил. 23.7. Удаляйте с поверхности клапана как можно меньше металла. Контролируйте шероховатость поверхности рабочей фаски. Контролируйте также толщину пояска головки клапана, которая должна быть больше минимально допустимой величины, установленной в технических условиях
386 Глава 14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Диаметр выпускного клапана составляет около 85% диаметра впускного клапана.
2. Пружины клапанов при разборке узлов клапанов должны храниться упорядоченно, чтобы при сборке они были установлены на те же клапаны, с которых были сняты. Пружины должны быть проверены на искривление и соответствие усилия сжатия норме, установленной в технических требованиях.
3. Используются два типа механизмов поворота клапана — механизмы свободного поворота и механизмы принудительного поворота.
4. Шлифование клапана должно начинаться с правки торца стержня, после чего восстанавливается рабочая фаска клапана. Для установки шлифовального камня или резца в правильное положение при восстановлении седла клапана служит направляющий стержень (пилот), вставленный в направляющую втулку клапана.
5. Необходимо проверить монтажную высоту клапана и скорректировать ее, при необходимости, с помощью вставок пружины клапана.
6. Необходимо проверить высоту стержня клапана и при необходимости сошлифовать избыточный слой с верхушки стержня.
7. Перед сборкой головка блока цилиндров тщательно очищается. При сборке все манжеты (маслосъемные колпачки) стержней клапанов необходимо заменить новыми.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Почему при ремонте головки блока цилиндров в первую очередь ремонтируются направляющие втулки клапанов?
2. Когда шлифуется верхушка стержня клапана? Как узнать, какой толщины слой необходимо удалить с нее?
3. Что такое угол натяга между клапаном и седлом?
4. Объясните, в чем разница между фрезерованием и шлифованием седел клапанов.
5. Как устанавливается вставное седло клапана?
6. Как выбираются подходящие вставки пружины клапана (регулировочные прокладки) и с какой целью они используются?
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. В нормально работающем двигателе впускные и выпускные клапаны открываются под действием
кулачков распределительного вала, а закрываются под действием.
а. Клапанных коромысел или одноплечих рычажных коромысел.
б. Пружин клапанов.
в. Толкателей клапанов.
г. Направляющих втулок клапанов и/или штанг толкателей клапанов.
2. Угол натяга закладывается при механической обработке клапана или седла и составляет обычно
а. 1 градус.
б. 0,005 градуса.
в. От 1 до 3 градусов.
г. От 0,5 до 0,75 градуса.
3. Максимально допустимая толщина металла, удаляемого с верхушки стержня клапана, составляет: а. 0,001 дюйма.
б. 0,002 дюйма.
в. 0,020 дюйма.
г. 0,050 дюйма.
4. Клапан подлежит замене, если после шлифовки его рабочей фаски толщина пояска головки клапана составляет меньше.
а. 0,001 дюйма.
б. 0,006 дюйма.
в. 0,025 дюйма.
г. 0,060 дюйма.
5. Максимально допустимая несоосность седла относительно оси направляющей втулки клапана составляет .
а. 0,006 дюйма.
6. 0,004 дюйма.
в. 0,002 дюйма.
г. 0,00015 дюйма.
6. Какой угол наклона рабочей поверхности должен иметь шлифовальный камень или фреза, предназначенные для понижения и сужения 45-градусного седла клапана?
а. 60 градусов.
6. 45 градусов.
в. 30 градусов.
г. 15 градусов.
7. Вставки пружины клапана (регулировочные прокладки) предназначены для.
а. Увеличения монтажной высоты клапана.
Техническое обслуживание клапана и седла клапана 387
б. Уменьшения монтажной высоты клапана.
в. Установки требуемой монтажной высоты клапана
г. Снижения силы давления пружины для компенсации уменьшенной монтажной высоты.
8. Правильным является следующее соотношение между диаметрами впускного и выпускного клапанов .
а. Диаметр впускного клапана составляет 85% диаметра выпускного клапана.
б. Диаметр выпускного клапана составляет 85% диаметра впускного клапана.
в. Диаметр выпускного клапана составляет 38% диаметра впускного клапана.
г. Диаметр впускного клапана составляет 45% диаметра выпускного клапана.
9. Демпферы (демпферные пружины), устанавливаемые в некоторых конструкциях пружин клапанов, служат для.
а. Предотвращения резонансных колебаний пружины.
б. Обеспечения надежного контакта пружины с клапаном.
в. Снижения давления, создаваемого пружиной клапана.
г. Удерживания на месте манжеты стержня клапана.
10.Зонтичные манжеты стержня клапана. а. Плотно сидят на направляющей втулке клапана.
6. Насаживаются на рабочую фаску клапана для защиты от прорывов через клапан продуктов сгорания.
в. Плотно сидят на стержне клапана.
г. Закреплены под опорной тарелкой пружины клапана.
ГЛАВА
15
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма
Цель главы 15 — научить читателя:
1. Понимать механизм работы распределительного вала и клапанного механизма.
2. Понимать причины возникновения шума клапанного механизма.
3. Уметь выполнять угловую градуировку распределительного вала.
4. Понимать, как работает гидравлический толкатель клапана.
Привод распределительного вала механизма газораспределения осуществляется посредством шестерен, зубчатого ремня или цепи, находящихся с передней стороны двигателя. Шестерня или звездочка на распределительном валу имеет вдвое больше зубьев, чем шестерня на коленчатом валу. Поэтому распределительный вал совершает один оборот за два оборота коленчатого вала. Во всех четырехтактных двигателях частота вращения распределительного вала вдвое ниже частоты вращения коленчатого вала.
НАЗНАЧЕНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Главная функция распределительного вала — управление клапанным механизмом. Форма или профиль кулачков распределительного вала является основным фактором, определяющим рабочие характеристики двигателя. Кулачки распределительного вала открывают клапаны, преодолевая сопротивление пружин. Посредством кулачков вращательное движе
ние распределительного вала преобразуется в поступательное движение клапанов.
Форма вершины кулачка распределительного вала влияет на рабочие характеристики двигателя сильнее любой другой детали двигателя. Двигатели, идентичные во всем, за исключением формы вершин кулачков распределительного вала, могут обладать совершенно разными рабочими характеристиками и мощностью. На рис. 15.1 показаны два распределительных вала с отличающимися по форме вершинами кулачков, предназначенные для одного и то же восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet.
Распределительный вал может также управлять:
• Механическим топливным насосом.
• Масляным насосом.
• Распределителем зажигания.
Рис. 15.1. Посмотрите, насколько отличаются по форме вершины кулачков этих двух распределительных валов, предназначенных для одного и того же восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet. Слева находится стандартный распределительный вал, справа — распределительный вал форсированного двигателя
390 Глава 15
Рис. 15.2. На разрезе восьмицилиндрового V образного двигателя Chevrolet показаны детали механизма газораспределения
Рис. 15.3. Во многих конструкциях двигателей с нижним расположением распределительного вала на торце головки блока цилиндров предусмотрено отверстие, закрываемое резиновой пробкой (заглушкой), которое предназначено для демонтажа распределительного вала. Негерметичность этой заглушки часто становится причиной утечки масла из двигателя. Поэтому если в двигателе с верхним расположением распределительного вала обнаруживается утечка масла, необходимо тщательно проверить эту заглушку на герметичность
РАЗМЕЩЕНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
В двигателях, оснащенных системой газораспределения с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала, распределительный вал находится в блоке цилиндров. Двигатели такой компоновки меньше и легче двигателей с верхним расположением распределительного вала. В блоке цилиндров распределительный вал стоит в подшипниках и приводится во вращение от коленчатого вала посредством шестеренной или цепной передачи.
ДИАГНОСТИКА
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Диагностика распределительного вала с частично изношенными кулачками часто представляет собой трудную задачу. Иногда клапан начинает “тикать”, когда изношена вершина кулачка. Тикающий звук может появляться и пропадать, что затрудняет установление причины его появления. В двигателе с верхним расположением распределительного вала (ОНС) обычно достаточно просто снять крышку головки блока цилиндров и визуально проверить состояние вершин всех кулачков и остальных деталей механизма газораспределения (рис. 15.3). В двигателе с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала (OHV) распределительный вал находится в блоке двигателя, и осмотреть его без разборки двигателя невозможно (рис. 15.4). Об одном из простых способов проверки работоспособности рас-
а)
6)
Рис. 15.4. Вот что происходит при обрыве роликового толкателя клапана от держателя. Клиент жаловался на "небольшой шум из двигателя" (а). В двигателях, оснащенных роликовыми толкателями клапанов, всегда используется стопор, препятствующий повороту толкателя вокруг своей оси (6)
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 391
ОБМЕН ОПЫТОМ
-------------------------------- I
Проверьте, вращаются ли штанги толкателей
Быстро и легко проверить, все ли в порядке с распределительным валом, можно, просто проследив, вращаются ли штанги толкателей клапанов при работе двигателя. Этот способ проверки подходит только для тех двигателей с нижним расположением распределительного вала и верхним расположением клапанов, в которых стоят плоскодонные толкатели клапанов. Вследствие того, что рабочей поверхности кулачка придан небольшой скос и ось толкателя смещена по отношению к ее средней линии, толкатель (и штанга толкателя) должен вращаться при работе двигателя. Для проверки просто снимите клапанную крышку головки блока цилиндров и понаблюдайте за штангами толкателей при работающем двигателе. Если какие-то из них не вращаются, то соответствующий кулачок и/или толкатели — изношены.
пределительного вала в двигателях с нижним расположением распределительного вала читайте в заметке “Проверьте, вращаются ли штанги толкателей” в рубрике ОБМЕН ОПЫТОМ.
ДЕМОНТАЖ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Рис. 15.5. Вместо того чтобы мучиться, пытаясь вытащить старые толкатели из двигателя вверх, вставьте пластиковую (или картонную) трубу на место распределительного вала и выталкивайте их вниз, а затем с помощью магнита вытаскивайте старые толкатели из трубы
лительного вала и шестерни (если двигатель оснащен таким приводом) необходимо демонтировать, сняв перед этим кожух цепи (шестерни). Демонтируйте клапанные коромысла (или ось клапанных коромысел) и выньте штанги толкателей клапанов.
В двигателе с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала распределительный вал обычно стоит в блоке цилиндров над коленчатым валом. Цепь привода распреде-
ПРИМЕЧАНИЕ
Позаботьтесь о том, чтобы демонтируемые штанги и клапанные коромысла хранились комплектно, в соответствии с тем, как они стояли в двигателе, если вы планируете использовать их повторно.
ОБМЕН ОПЫТОМ
--------
Вытолкните толкатели клапанов через трубу
Часто оказывается непросто удалить толкатели клапанов из-за того, что их концы, контактирующие с кулачками распределительного вала, расклепываются. Лакообразный нагар также может помешать вынуть толкатели из направляющих. Попробуйте следующий метод:
Шаг 7. Отодвиньте толкатели от распределительного вала как можно дальше.
Шаг 2. Вместо распределительного вала вставьте тонкостенную пластиковую или картонную трубу с прорезями (рис. 15.5).
ШагЗ. Вытолкните толкатели клапанов в эту трубу и с помощью длинного магнитного щупа вытащите их из нее.
Этот способ хорошо зарекомендовал себя практически для любых двигателей, в которых распределительный вал установлен в блоке цилиндров. При использовании пластиковой трубки, она должна быть достаточно тонкостенной, чтобы немного гнуться. Длина толкателей несколько превышает диаметр подшипников распределительного вала, поэтому толкатели необходимо проталкивать вниз с некоторым усилием, чтобы они полностью выходили из направляющих и падали в трубу.
Выньте или отодвиньте толкатели клапанов от распределительного вала, перед тем как осторожно вынуть его. Прочитайте заметку “Вытолкните толкатели клапанов через трубу” в рубрике ОБМЕН ОПЫТОМ.
КОНСТРУКЦИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Распределительный вал представляет собой цельную литую деталь с кулачками, опорными шейками, упорными фланцами ведущих звездочек и местами для бобышками-заготовками шестерен привода вспомогательных агрегатов. Шестерни на валу фрезеруются модульными фрезами. Кулачки и шейки вала подвергаются механической обработке для придания им заданной формы. Остальная часть поверхности распределительного вала механически не обрабатывается (рис. 15.6).
В двигателях с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала диаметр опорных шеек распределительного вала
392 Глава 15
рстия
Смазочная канавка
Кулачки
Шпоночная канавка
Смазочные отверстия
Задняя опорная шейка
Эксцентрик (используется для привода топливного насоса, если это предусмотрено конструкцией двигателя)
Ведущая шестерня привода распределителя зажигания (масляного насоса)
Сбегающий скат кулачка (который опускает клапан)
Смазочные отве
гг71
Высота вершины
Затылок кулачка
Резьбовое отверстие
Набегающий скат кулачка (который поднимает клапан)
Посадочное место распределительной шестерни или звездочки привода
Диаметр базовой окружности + высота вершины
Точка начала подъема профиля кулачка
кулачка
Вершина кулачка
Базовая окружность
Передняя / опорная шейка
Диаметр базовой окружности кулачка
Рис. 15.6. Элементы конструкции распределительного вала и кулачка распределительного вала (наименования конструктивных элементов)
должен быть больше высоты кулачка, чтобы распределительный вал можно было установить в двигатель через посадочные гнезда подшипников в опорах блока. В некоторых конструкция двигателей с верхним расположением распределительного вала опорные подшипники распределительного вала крепятся крышками. В таких конструкциях распределительный вал имеет большие кулачки и опорные шейки малого диаметра. В некоторых конструкциях опорные подшипники распределительного вала имеют последовательно уменьшающийся, от передней к задней опорной шейке, диаметр. Однако в большинстве двигателей все опорные подшипники распределительного вала имеют одинаковый диаметр.
Распределительные валы автомобильных двигателей, работающие с толкателями, которые имеют плоскую или выпуклую форму днища, изготавливаются как правило, из закаленного легированного чугуна. Он обладает высокой износостойкостью и необходимой прочностью. Чрезвычайно высокая твердость распределительного вала делает его очень подверженным сколам в результате краевых на[рузок или неосторожного обращения.
Чугунные распределительные валы имеют практически одинаковую твердость по всему объему. Перешлифовыванный вал должен быть подвергнут фосфатированию поверхности.
Стальные распределительные валы изготавливаются обычно из стали марок SAE 4160 и SAE 4180 и, как правило, проходят высокочастотную закалку. Она заключается в нагреве распределительного вала в высокочастотном поле (за счет возбуждения в металле индукционных токов) до вишневого цвета и принудительном охлаждении в масле. Быстрое охлаждение вызывает поверхностную закалку изделия. Упрочение распределительных валов может также осуществляться с использованием следующих технологий:
• Азотирование в жидкой среде — поверхность упрочняется на глубину от 0,001 дюйма до 0,0015 дюйма.
• Азотирование в газовой среде — поверхность упрочняется на глубину от 0,004 дюйма до 0,006 дюйма.
Типичные значения твердости для распределительных валов находятся в диапазоне от 42 до 60 по шкале «С» Роквелла.
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 393
Механик, работающий в агентстве по продаже новых ав-
томобилей, обнаружил в восьмицилиндровом V-образном двигателе Chevrolet стучащий (дефектный) толкатель клапана. Напарник спросил его, сколько времени потребуется на замену толкателя, и услышал в ответ: "И часа не пройдет!" (норма времени на выполнение такой операции, установленная изготовителем, была намного больше). Через десять минут механик передал своему товарищу, задавшему этот вопрос, горячий толкатель, извлеченный из двигателя. Толкатель был демонтирован следующим образом:
1. Механик снял клапанную крышку головки блока цилиндров.
2. Снял клапанное коромысло и штангу дефектного толкателя.
3. Демонтировал распределитель зажигания.
4. Через посадочное отверстие распределителя зажигания ввел щуп с мощным магнитом в развал цилиндров, в котором стояли толкатели клапанов (если толкатель клапана не расклепан и не покрыт лакообразным нагаром, то его можно вытащить из направляющей вверх и вынуть из двигателя; напомним, что техник ремонтировал новый автомобиль).
5. Новый толкатель был посажен на магнит и через посадочное отверстие распределителя зажигания установлен на место.
6. С помощью штанги толкателя механик помог новому толкателю попасть в направляющую.
После регулировки предварительного натяга толкателя и установки на место крышки головки блока цилиндров готовый автомобиль был передан клиенту менее чем через час после начала ремонта.
Рис. 15.7. Распределительный вал с кулачками, износившимися почти до цилиндрической формы
НАВАРЕННАЯ ВЕРШИНА КУЛАЧКА
Рис. 15.8. Изношенный распределительный вал восстановлен: вершины кулачков наварены, и с помощью механической обработки восстановлены исходные профили кулачков
ПРИМЕЧАНИЕ
Твердость по Роквеллу — это показатель твердости, измеренный по определенной методике. Шкала «С» — шкала значений твердости, используемая при данном измерении. Чем выше число твердости по Роквеллу, тем тверже поверхность. Обозначение Rc60 означает твердость по Роквеллу, равную 60 единиц по шкале «С».
Если поверхностный слой изнашивается, вершины кулачков быстро стираются и кулачки превращаются практически в цилиндрические кольца. Пример такого износа показан на рис. 15.7 и рис. 15.8.
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ВАЛЫ СМЕШАННОЙ КОНСТРУКЦИИ
Распределительный вал смешанной конструкции представляет собой полую трубчатую ось, на которой запрессованы кулачки, изготовленные из закаленной стали (рис. 15.9).
Рис. 15.9. Распределительный вал смешанной конструкции легче традиционного распределительного вала, изготовленного из чугуна
На практике распределительный вал такой конструкции изготавливается следующим образом. После юстировки кулачков на пустотелой стальной трубе через нее протягивается стальной шар, который распирает трубу и намертво запрессовывает на ней кулачки в заданных положениях.
394 Глава 15
СМАЗКА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
В некоторых конструкциях двигателей смазка поступает из масляной магистрали на распределительный вал по периметру шейки или по периметру опорного подшипника. В таких двигателях зазор в подшипнике является критическим параметром. Если он слишком велик, происходит утечка масла и смазка подшипников становится недостаточной. В других конструкциях для смазки предусмотрены отверстия в опорных шейках распределительного вала, через которые масло дозировано поступает для смазки клапанных коромысел в двигателях с верхним расположением распределительного вала. Масло попадает на клапанные коромысла всякий раз, когда отверстия в опорных шейках распределительного вала оказываются на одной линии с маслопроводными каналами, по которым масло поступает из масляной магистрали для смазки подшипников, и отводящими маслопроводными каналами, ведущими к клапанным коромыслам. Дозировочные смазочные отверстия в распределительном валу показаны на рис. 15.10 и 15.11.
Рис. 15.10. Отверстие в опорной шейке. Через это отверстие обеспечивается дозированная подача смазки на ось клапанного коромысла, когда оно совмещается с маслопроводными каналами в опоре распределительного вала
Рис. 15.11. Поврежденная опора распределительного вала. Этот двигатель с верхним расположением распределительного вала перегрелся из-за выхода из строя цепи питания электрического вентилятора охлаждения. Головка цилиндра выгнулась в центре вверх, что привело к заклиниванию распределительного вала в опорах подшипников
ЭКСЦЕНТРИКИ ПРИВОДА ТОПЛИВНОГО НАСОСА
Часто распределительный вал отливается с эксцентриковым кулачком, предназначенным для привода топливного насоса. Привод топливного насоса осуществляется этим кулачком через длинное коромысло или шток. В некоторых конструкциях двигателей используется стальной эксцентрик чашечного типа, прикручиваемый болтом к переднему торцу распределительного вала. Такая конструкция позволяет при повреждении эксцентрика привода топливного насоса заменить только его, а не весь распределительный вал. На нескольких фотографиях распределительных валов, приведенных на рис. 15.12, стрелками указаны эксцентрики привода топливного насоса.
ТИПЫ ПРИВОДОВ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Привод распределительного вала осуществляется коленчатым валом посредством шестеренчатой передачи, или посредством звездочек и цепей, или посредством зубчатых шкивов и зубчатых ремней. Цепи привода распределительного вала уже зубчатых ремней, что позволяет уменьшить длину двигателей с цепным приводом. Цепной привод распределительного вала, как правило, оснащается устройством натяжения цепи (натяжителем цепи), которое натягивает пассивный участок цепи. Прижимной башмак натяжителя представляет собой отливку из нилатрона (Nylatron) с дисульфидом молибдена в качестве наполнителя для снижения коэффициента трения. Прижим башмака
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 395
Рис. 15.12. Типичные варианты размещения эксцентрика привода топливного насоса на распределительных валах, которыми оснащаются двигатели с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала
ОБМЕН ОПЫТОМ
-------------------------------------------
Прежде чем заменять топливный насос, проверьте распределительный вал
Во многих двигателях используются механические топливные насосы с приводом от отдельного эксцентрикового кулачка распределительного вала. Если этот кулачок изнашивается, ход насоса уменьшается, что приводит к снижению подачи топлива в двигатель. В этом случае падает мощность двигателя или он начинает работать с перебоями или глохнуть под нагрузкой. Это-нарушение может проявляться нерегулярно, в зависимости от других факторов. Такой дефект как износ кулачка привода топливного насоса часто обнаруживается в шестицилиндровых рядных двигателях Ford объемом 240 куб. дюймов и 300 куб. дюймов. В двигателях автомобилей модели Ford Escort сильно изнашивается шток топливного насоса, но внешнее проявление этого дефекта такое же, как при износе кулачка.
Если есть подозрение в том, что кулачок привода топливного насоса изношен, проверьте производительность топливного насоса. Если подача топлива не достигает по крайней мере 1/2 пинты за 15 секунд (1 пинта (примерно 0,5 л) за 30 секунд) то, прежде чем заменять насос, снимите его и проверьте степень износа кулачка привода на распределительном валу.
натяжителя к цепи осуществляется либо пружиной, либо гидравлическим устройством, использующим давление масла в системе смазки двигателя (рис. 15.13). Шестерни или звездочки крепятся на валах шпонками, поэтому их положение на валу изменить невозможно. Коленчатый вал и распределительный вал устанавливаются в зацепление по специальным реперным меткам на зубьях шестерен или звеньях цепи. Когда коленчатый вал и распределительный вал выставлены правильно — так, что реперные метки совпадают, то поворот кулачков распределительного вала согласуется с ходом поршней всех цилиндров, обеспечивая открывание и закрывание клапанов, согласованное с положением поршней цилиндров.
ЦЕПНЫЕ ПРИВОДЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Ведущая шестерня или звездочка привода распределительного вала, стоящая на коленчатом валу, изготавливается обычно из спеченного порошкового материала. Если используется шестеренчатый привод, то зубья ведомой шестерни, установленной
396 Глава 15
а)
ПЛАСТМАССОВЫЕ
6)
Рис. 15.13. Пружинный натяжитель цепи (а). В большинстве двигателей с верхним расположением распределительного вала используются гидравлические натяжители цепи (6). В гидравлических натяжителях прижим к цепи создается за счет давления масла в системе смазки двигателя. Для поддержания определенной силы прижима к цепи при выключенном двигателе, когда давление масла равно нулю, в гидравлическом натяжителе предусмотрен храповой механизм. Такая конструкция позволяет уменьшить шум при запуске двигателя, когда давление масла еще недостаточно для нормальной работы натяжителя (в)
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 397
Рис. 15.14. Звездочки двух типов, которые могут использоваться в одном и том же двигателе. Слева — чугунная звездочка, справа — звездочка смешанной конструкции — нейлоновые зубья на алюминиевой втулке
Рис. 15.15. Цепи привода распределительного вала двух типов. Слева — плоскозвенная (бесшумная) цепь, справа — роликовая цепь
Рис. 15.16. Звездочка и цепь привода распределительного вала со следами чрезмерного износа
Рис. 15.17. Стандартная норма растяжения цепи составляет 1/2 дюйма (13 мм). Если провис цепи превышает этот порог, она подлежит замене. Но при замене распределительного вала или разборке двигателя для его ремонта или переборки лучше всего заменить цепь и звездочку привода распределительного вала, независимо от степени их износа (публикуется с любезного разрешения корпорации Sealed Power Corporation)
на распределительном валу, должны быть сделаны из мягкого материала для снижения шума. Как правило, ведомая шестерня распределительного вала изготавливается целиком из алюминия или текстолита. В случае цепного привода звездочка распределительного вала может быть изготовлена целиком из чугуна или иметь смешанную конструкцию — алюминиевая ступица с нейлоновыми зубьями, — обеспечивающую снижение шума. В цепных приводах распределительного вала используются цепи двух типов.
1. Бесшумная цепь (называемая также плоскозвенной цепью или цепью Морзе, по имени ее первого из! отовителя). Цепи этого типа создают при работе меньший шум, но склонны к растяжению в процессе эксплуатации (рис. 15.14-15.18).
Рис. 15.18. Полностью изношенный направляющий башмак цепи привода распределительного вала. В конце концов эта металлическая конструкция лопнула пополам, вызвав большой шум в двигателе
398 Глава 15
ПРИМЕЧАНИЕ
Растяжение цепи привода механизма газораспределения приводит к запаздыванию срабатывания клапанов и, соответственно, потере мощности на низких оборотах двигателя. В некоторых случаях провис цепи привода приводит к повреждению крышки цепи привода и возникновению утечки масла. О том, как проверить цепь привода на допустимое растяжение, читайте в главе 8.
2. Роликовая цепь. Цепи этого типа создают при работе больший шум, но работают с меньшим трением и растягиваются меньше, чем плоскозвенные цепи (рис. 15.19).
В некоторых конструкциях четырехклапанных двигателей используется двухступенчатый привод распределительного вала:
Первая ступень: От коленчатого вала к одному из распределительных валов
Вторая ступень: От ведущего распределительного вала к остальным распределительным валам
См. рис. 15.20.
РЕМЕННЫЕ ПРИВОДЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Во mhoi их конструкциях двигателей с верхним расположением распределительного вала вместо цепной
Рис. 15.19. Цепи привода распределительного вала различной конструкции. Три цепи слева — это различные варианты цепи бесшумной или плоскозвенной конструкции. Роликовая цепь, показанная справа, имеет намного большую длину, потому что она предназначена для привода двух верхних распределительных валов. Акустические измерения показали, что уровень шума, создаваемого бесшумной цепью (плоскозвеннои цепью Морзе), на целых 8 дБ ниже, чем уровень шума, создаваемый роликовой цепью, установленной в том же двигателе
Рис. 15.20. Типичная конструкция привода, используемого в V-образных двигателях с верхним расположением расп редел ител ьн ых валов и двухвальным клапанным механизмом. В двухступенчатом приводе распределительных валов используется одна цепь в первой ступени привода и две цепи — во второй ступени привода
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 399
Рис. 15.21. Обратите внимание, сколько зубьев вырвано из этого зубчатого ремня привода распределительного вала. Этот ремень лопнул после 88 000 миль пробега, потому что владелец автомобиля не заменил его, как это рекомендуется, после 60 000 миль пробега
Перекрывающаяся конструкция двигателя
Неперекрывающаяся конструкция двигателя
Клапан и поршень могут столкнуться
Рис. 15.22. Многие двигатели имеют так называемую перекрывающуюся конструкцию. При обрыве ремня (или цепи) привода распределительного вала клапаны останавливаются, но поршни цилиндров продолжают движение вверх и вниз. В двигателях неперекрывающеися конструкции никаких повреждений вследствие этого не возникает, но в двигателях перекрывающейся конструкции это часто заканчивается искривлением клапанов
передачи используется ременная. Ременная передача, как правило, работает тише цепной, но ремень требует периодической замены, обычно через каждые 60 000 миль (100 000 километров) пробега. При обрыве ремня поршень соударяется с клапанами, если только в нем не предусмотрены специальные выемки, предохраняющие поршень от соударения с клапанами. См. рис. 15.21-15.23.
СКРУЧИВАЮЩЕЕ УСИЛИЕ НА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОМ ВАЛУ
Когда вершина кулачка нажимает на толкатель клапана, преодолевая сопротивление пружины, сила сопротивления, действующая на набегающую (переднюю) сторону кулачка со стороны толкателя, создает скручивающее усилие на распределительном валу. После того, как вершина кулачка проходит точку максимального подъема толкателя, толкатель опускается. Давление, оказываемое толкателем на сбегающую (заднюю сторону) кулачка, создает скручивающее усилие на распределительном валу, направленное в противоположную сторону (рис. 15.24). Таким образом, вращающийся вал подвергается действию противоположных по направлению скручивающих сил, попеременно действующих на него со стороны вершины каждого кулачка. Знакопеременная скручивающая сила, действующая на вал, растет пропорционально числу кулачков на распределительном валу. Распределительный вал должен обладать достаточной жесткостью, чтобы его деформация, вызванная действием этой скручивающей силы, была как можно меньше, и достаточной ударной вязкостью, чтобы не сломаться под ее действием.
Рис. 15.23. Этот зубчатый ремень лопнул из-за размягчения, вызванного попаданием на него масла вследствие утечки через одно из уплотнений распределительного вала. Специалисты рекомендуют при замене зубчатого ремня обязательно производить замену всех сальников, стоящих на передней стенке двигателя. Если зубчатый ремень используется одновременно и для привода водяного насоса, то в качестве меры предосторожности следует заменить также и водяной насос
ОСЕВОЙ ЛЮФТ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Осевой люфт распределительного вала — это осевое перемещение распределительного вала в процессе его вращения. В конструкции крепления распределительного вала должны быть предусмотрены меры компенсации осевых усилий, воздействующих на распределительный вал. Обычно это делается одним из двух
400 Глава 15
а)
ОБМЕН ОПЫТОМ
—--------------" .................. • 1 '
Износ кулачка под действием роликового толкателя
В двигателях, оснащенных роликовыми толкателями, после небольшого пробега становится заметным след, оставленный роликами толкателя на поверхности кулачков распределительного вала. Полоса контакта ролика на боковой поверхности кулачка приобретает зеркальную гладкость, в то время как по обе стороны от нее поверхность кулачка остается такой же тусклой, как и прежде.
Этот след часто ошибочно считают признаком чрезмерного износа. И в результате заменяют распределительный вал и толкатели без всякой на то необходимости. Для того чтобы избежать замены хороших деталей и не пропустить замены действительно изношенных деталей, обязательно точно обмеряйте все детали двигателя.
6)
в)
Рис. 15.24. Так толкатель соприкасается с вершиной кулачка распределительного вала. Вершина кулачка давит на толкатель, поднимая его вверх (а). Толкатель поднят на максимальную высоту (6). Толкатель опускается (в)
Рис. 15.25. Упорная плита, установленная в двигателе с верхним расположением распределительного вала, ограничивающая осевой люфт распределительного вала
способов. В одном варианте между шестерней или звездочкой и фланцем распределительного вала устанавливается упорная плита, которая болтами крепится к блоку цилиндров двигателя. В некоторых конструкциях двигателей для ограничения осевого перемещения распределительного вала используется упорный диск, пружина или фиксатор, упирающиеся в крышку привода распределительного вала (рис. 15.27).
ВРАЩЕНИЕ ТОЛКАТЕЛЯ КЛАПАНА
В большинстве клапанных механизмов используются толкатели, торцам которых, контактирующим с вершинами кулачков распределительного вала,
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 401
Рис. 15.26. Пример типичной упорной плиты, установленной между шестерней и фланцем распределительного вала. Обратите внимание на отверстие, сделанное в шестерне, которая изготовлена из армированного пластика, — через него обеспечивается доступ к болтам крепления упорной плиты
Рис. 15.28. Пример того, как толкатель обычно соприкасается с вершиной кулачка распределительного вала
Рис. 15.27. В некоторых конструкциях двигателей для ограничения осевого люфта распределительного вала используется подпружиненный упор
придается сферичность (округленность). В результате поверхность этих торцов толкателей приобретает небольшую, примерно на 0,002 дюйма, выпуклость. Кроме того, участок контакта толкателя с поверхностью кулачка распределительного вала немного смещен от оси толкателя. За счет этого возникает небольшой крутящий момент, под действием которого толкатель поворачивается при каждом срабатывании. Зона контакта толкателя с вершиной кулачка в процессе работы двигателя представляет собой широкую полосу на боковой поверхности кулачка. Это — зона наибольших нагрузок во всем двигателе. На рис. 15.28 и 15.29 показано, как толкатель клапана соприкасается с кулачком распределительного вала. Эта поверхность является самым ответственным участком смазки всего двигателя.
ВЫСОТА ВЕРШИНЫ КУЛАЧКА (ХОД) РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Высота вершины кулачка распределительного вала обычно выражается в десятых долях дюйма и характеризует высоту подъема клапана над седлом. Теоретически чем больше высота подъема» тем больше топливно-воздушной смеси поступает в цилиндр. Чем больше порция топливно-воздушной смеси» сжигаемой в цилиндре, тем большую мощность способен развить двигатель. Высота вершин кулачков, приводящих в движение впускной и выпускной клапаны, часто неодинакова. Если в технических характеристиках для этих кулачков указаны различные значения, то распределительный вал называется асимметричным. При одинаковой высоте вершин кулачков распределительный вал называется симметричным. Но с увеличением высоты вершины кулачков растут и силы, действующие на распределительный вал и остальные детали механизма газораспределения. В общем случае,
402 Глава 15
Зазор
i
Примерно 0 002 дюйма
Нормальная зона контакта
Обратите внимание на то, что ось толкателя смещена относительно середины кулачка За счет этого обеспечивается вращение толкателя
Примечание
Величина скоса находится обычно в пределах от 0,0007 дюйма до 0,002 дюйма
Правильно
В двигателях новейших моделей автомобилей профиль кулачков распределительного вала немного скошен за счет чего обеспечивается вращение толкателей клапанов. Торцы толкателей, соприкасающиеся с кулачками распределительного вала, имеют сферическую форму, за счет чего увеличивается зона контакта толкателя с профилем кулачка Такая конструкция обеспечивает снижение удельного давления в зоне контакта.
Точечный контакт толкателя клапана с рабочей поверхностью кулачка приводит к выкрашиванию толкателя и ускоренному выходу из строя обеих деталей.
Вот к чему приводит нарушение правильного контакта - * толкателя с кулачком
Неправильно
Рис. 15.29. При замене распределительного вала необходимо обязательно заменять и толкатели клапанов. Если оставить старые толкатели работать с новым распределительным валом, то это вызовет ускоренный износ кулачков распределительного вала по краям (публикуется с любезного разрешения корпорации Sealed Power Corporation)
Рис. 15.30. Передаточное число клапанного коромысла, равное 1,5:1, означает, что длина плеча А в 1,5 раза превышает длину плеча В. Таким образом, если штанга толкателя под действием кулачка распределительного вала поднимется на 0,400 дюйма, то клапан опустится (откроется) на 0,400 х 1,5 = 0,600 дюйма
распределительный вал с высотой вершин кулачков, превышающей 0,500 дюйма (1,3 см), не подходит для двигателей легковых автомобилей, эксплуатируемых в городском цикле, за исключением двигателей объемом более 400 куб. дюймов (6 литров).
Стандартная высота подъема клапана, указываемая на его рабочей фаске, соответствует соотношению длин плеч (передаточному числу) стандартного клапанного коромысла, входящего в спецификацию данного двигателя. При установке в двигатель клапанных коромысел с передаточным числом, отличающимся от стандартного для данного двигателя (например, при замене серийных клапанных коромысел с передаточным числом 1,5:1 клапанными коромыслами с передаточным числом 1,6:1), высота подъема клапана возрастает. Кроме того, поскольку в этом случае возрастает и ход плеча клапанного коромысла, приводящего в движение клапан, это приводит к тому, что клапанное коромысло начинает бить по опорной тарелке пружины клапана.
КЛАПАННЫЕ КОРОМЫСЛА
Клапанное коромысло преобразует поступательное движение вверх штанги толкателя клапана в поступательное движение вниз стержня клапана. Идея клапанного коромысла оказалась удачной конструкторской идеей. Клапанное коромысло предназначено для уменьшения хода толкателя клапана при сохранении необходимой высоты подъема самого клапана. Это достигается за счет выбора соответствующего передаточного числа клапанного коромысла, которое составляет примерно 1,5:1, как показано на рис. 15.30. В этом случае высота подъема клапана в полтора раза превышает высоту подъема штанги толкателя клапана. При таком передаточном числе клапанное коромысло получается достаточно компактным, что позволяет сократить габариты двигателя. Это также приводит к снижению скорости относительного скольжения вершины кулачка по торцу толкателя клапана.
ВНИМАНИЕ
Использование клапанных коромысел с передаточным числом, превышающим стандартное для конкретного двигателя значение, может привести к слишком сильному сжатию пружин клапанов и в результате к защемлению их витков между собой. Защемление витков пружины возникает в том случае, когда пружина сжимается настолько сильно, что между ее витками исчезает просвет (т.е. сжимается до упора). Искривление штанг толкателей клапанов, поломка клапанных коромысел и другие повреждения клапанного механизма — вот к чему приводит защемление витков пружины клапана, если оно происходит в работающем двигателе.
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 403
ОБМЕН ОПЫТОМ В
___ - . ______________
------------------------------------------------
Обязательно предупредите клиента о побочных последствиях ремонта
Автомеханик заменил в восьмицилиндровом V-образном двигателе Chevrolet цепь и звездочки привода распределительных валов. Ремонт был выполнен качественно, но после него двигатель начал расходовать чрезмерно большое количество масла. До ремонта привода распределительного вала расход масла был минимальным. Замена цепи привода распределительного вала привела к восстановлению нормального режима работы двигателя и увеличению разрежения, создаваемого в нем. Повышение разрежения вызвало повышенную утечку масла из картера через изношенные кольца поршня и направляющие втулки клапанов на такте впуска рабочей смеси. Аналогичные проблемы повышения расхода масла возникают после перешлифовы-вания клапанов двигателя с большим пробегом, в котором кольца поршней и/или цилиндры уже изношены.
Чтобы удовлетворить требования клиента, пришлось разобрать двигатель, отполировать цилиндры и заменить поршневые кольца. Поэтому всегда следует информировать заказчиков о том, что в результате практически любого ремонта двигателя с большим пробегом может повыситься расход масла.
Клапанные коромысла могут быть литыми» коваными или штампованными. Кованые клапанные коромысла — самые прочные, но их производство обходится дорого. В клапанных коромыслах могут быть предусмотрены втулки или подшипники с целью снижения трения и увеличения их ресурса. Литые клапанные коромысла обходятся в производстве дешевле и в них обычно не устанавливаются втулки, но все равно они подвергаются нескольким операциям механической обработки. Литые клапанные коромысла обладают не столь высокой, как кованые коромысла, прочностью, но вполне достаточной для нормальной работы в двигателях легковых автомобилей. На рис. 15.32 показаны литые клапанные коромысла типичных конструкций.
Штампованные клапанные коромысла (рис. 15.32) по себестоимости производства — самые дешевые.
Они отличаются небольшим весом и очень высокой прочностью. В двигателях применяются клапанные коромысла двух видов:
1. Крепящиеся шарнирно на стойке со сферической или цилиндрической головкой.
2. Крепящиеся шарнирно на оси.
Смазка шарниров клапанных коромысел, установленных на стойках со сферической или цилиндрической головкой, осуществляется через полые штанги толкателей клапанов. Смазка шарниров коромысел, установленных на оси, поступает по маслопроводным каналам, проходящим из блока цилиндров через головку блока цилиндров и полую ось к клапанным коромыслам.
ОБМЕН ОПЫТОМ
:------------------------------
Отчего шумит распределительный вал
Владелец автомобиля, оснащенного четырехцилиндровым двигателем с верхним расположением распределительного вала, жаловался на слишком шумную работу двигателя. Двигатель осматривали разные механики и большинство из них сходились на том, что необходимо заменить распределительный вал и толкатели клапанов. Владелец же хотел найти более дешевый вариант решения проблемы. Наконец, еще один механик, осмотрев двигатель, заменил в нем приводной ремень поликлиновой конструкции (ремень с продольными канавками V-образной формы) и устранил повышенный шум двигателя, а ремонт таким образом обошелся намного дешевле, чем предполагалось ранее.
Не забывайте о том, что шумы, создаваемые ремнями приводов агрегатов двигателя, часто похожи на шум, создаваемый клапанами или плохими подшипниками. Множество двигателей подверглось разборке и/или ремонту из-за шума, который как выяснялось позже, был вызван одной из следующих причин:
• Ненатянутый или неисправный приводной ремень.
• Незатянутые болты (гайки) крепления гидротрансформатора к ведущему диску.
• Неисправный механический топливный насос.
*
Рис. 15.31. Литые клапанные коромысла типичных конструкций
Рис. 15.32. Штампованные клапанные коромысла типичных конструкций
404 Глава 15
Рис. 15.33. В этой конструкции двигателя с верхним расположением распределительного вала усилие на клапан передается непосредственно от кулачка через толкатель
В двигателях с верхним расположением распределительного вала используются различные способы открывания клапанов:
1. В одном варианте клапаны открываются непосредственно цилиндрическим толкателем, приводимым в движение кулачком распределительного вала (рис. 15.33).
2. В другом варианте клапаны открываются одноплечным рычажным коромыслом, которое обеспечивает такое же передаточное число, как и клапанное коромысло (рис. 15.34-15.36). Одноплечное рычажное коромысло открывает клапан на высоту примерно в полтора раза большую высоты вершины кулачка распределительного вала. Регулировка высоты шарнирной стойки одноплечного рычажного коромысла может быть ручной (механической) или автоматической (гидравлической).
3. В третьем варианте клапанное коромысло поворачивается непосредственно под действием гидравлического толкателя, приводимого в движение кулачком распределительного вала (рис. 15.37).
4. В некоторых современных двигателях в клапанных коромыслах используются гидравлические регуля-
Гидравлическая шарнирная стойка
Распределительный вал
Одноплечное рычажное коромысло
Рис. 15.34. В этой конструкции двигателя с верхним расположением распределительного вала кулачок давит на одноплечное рычажное коромысло, опирающееся правым концом на сферическую головку шарнирной стойки с гидравлической регулировкой высоты. Левым концом одноплечное рычажное коромысло давит на верхушку стержня клапана, открывая его
Рис. 15.35. Одноплечное рычажное клапанное коромысло роликового типа, используемое в двигателях с верхним расположением распределительного вала
торы, так называемые гидравлические регуляторы зазора (hydraulic lash adjuster — HLA) (рис. 15.38).
Во всех конструкциях клапанного механизма предусмотрены меры, обеспечивающие сохранение пра-
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 405
Рис. 15.36. Желоб в одноплечном рычажном коромысле служит для того, чтобы оно не соскользнуло с верхушки стержня клапана
Рис. 15.38. Такие гидравлические регуляторы зазора стоят в шестицилиндровых V-образных двигателях DaimlerChrysler объемом 3,2 и 3,5 л
Рис. 15.37. В этой конструкции двигателя с верхним расположением распределительного вала усилие на клапанное коромысло передается от кулачка через гидравлический толкатель
пильного положения клапанного коромысла над верхушкой стержня клапана. Неизменность положения клапанных коромысел на оси обеспечивается с помощью пружин и распорных втулок. Этот вариант установки клапанных коромысел показан на рис. 15.39. Стойка с цилиндрической головкой фиксирует клапанное коромысло в определенном положении.
Рис. 15.39. В этом мощном двигателе фиксированное положение клапанных коромысел обеспечивается осью, на которой они установлены, и распорными пружинами
ШТАНГИ ТОЛКАТЕЛЕЙ КЛАПАНОВ
Штанги толкателей клапанов должны быть как можно легче и в то же время обладать необходимой прочностью. Они могут быть сплошными или пустотелыми. Если штанга толкателя используется одновременно в качестве маслопроводного канала, по которому масло поступает для смазки клапанного коромысла, то она должна быть пустотелой. Нижнему концу штанги, которым она упирается в толкатель клапана, придается сферическая форма. Верхнему концу штанги, которым она упирается в клапанное коромысло, также придается сферическая форма, если в клапанном коромысле не предусмотрен регулировочный винт в точке контакта со штангой. Если же винт стоит, то в торце штанги делается лунка под шарообразную головку регулировочного винта,стоящего в клапанном
406 Глава 15
—
Ось клапанного коромысла может быть причиной заедания клапанов
В результате окисления масла на деталях двигателя появляется лакообразный нагар— более всего ему подвержены горячие верхние узлы, например, оси клапанных коромысел. Лакообразный нагар приводит к тому, что снижается поступление чистого масла, а следовательно и качество смазки клапанных коромысел. Кулачок легко заставляет клапан открыться, но усилия пружины оказывается недостаточно для того чтобы полностью его закрыть. В результате двигатель начинает работать с перебоями, которые могут возникать нерегулярно. Износ направляющих втулок клапанов и слабые пружины могут также вызывать нерегулярные нарушения работы двигателя на холостом ходу, неравномерный ход или перебои в его работе.
коромысле. На рис. 15.40 показаны различные варианты исполнения концов штанг. Все штанги обязательно проверяют на прямолинейность, катая их по плоской поверхности, как показано на рис. 15.41.
ДЛИНА ШТАНГИ ТОЛКАТЕЛЯ
Допуски, предусмотренные в конструкции клапанного механизма, позволяют производить в определенных пределах механическую обработку деталей двигателя, после которой не возникает необходимости
Рис. 15.40. Варианты наконечников штанг толкателей клапанов
Рис. 15.41. Ясно видно, что эти штанги толкателей подлежат замене, поскольку они искривлены — это последствия обрыва цепи привода распределительного вала
ОБМЕН ОПЫТОМ
------г—----j—>2.2*—.---"А" —г------— К чему может привести грязь, осевшая в полых штангах толкателей
На многих ремонтных автопредприятиях при ремонте двигателей бывшие в употреблении полые штанги толкателей повторно не используются. Хорошо вычистить из внутреннего канала штанги грязь, угольные отложения и остальной мусор — нелегко. Если оставить в отремонтированном двигатели старые полые штанги толкателей, то оторвавшиеся частицы загрязнений, накопившихся в них, могут вывести из строя новые подшипники и другие детали двигателя.
Рис. 15.42. Штампованные направляющие пластинки, закрепленные под шарнирными стойками клапанных коромысел
Рис. 15.43. Штанги должны быть закаленными, если в конструкции узла клапанного коромысла для ориентации штанг толкателей используются направляющие пластинки. Определить, закалена ли штанга, несложно — попробуйте поцарапать стенку штанги острым ножом
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 407
Твердую поверхность не поцарапать
Если в конструкции узла клапанного коромысла для ориентации штанг толкателей используются направляющие пластинки, то штанги должны иметь закаленные стенки и концы. Определить, закалена ли штанга, несложно — попробуйте поцарапать стенку штанги острым ножом. Если штанга закалена, то нож не оставит на ней царапин (рис. 15.42 и 15.43).
в изменении длины штанг. Однако изменение длины штанг может потребоваться после одного из следующих изменений геометрических параметров деталей двигателя:
• Изменение высоты блока цилиндров в результате механической обработки.
• Изменение высоты головки блока цилиндров в результате механической обработки.
• Уменьшение диаметра профильной окружности распределительного вала.
• Увеличение длины клапана.
• Изменение конструкции толкателя клапана.
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ КУЛАЧКОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Продолжительность действия кулачка распределительного вала это интервал времени, выражаемый через угол поворота коленчатого вала, в течение которого клапан остается открытым. Технические условия на продолжительность действия кулачков распределительного вала для впускных и выпускных клапанов могут отличаться. Если для впускных и выпускных клапанов установлена различная продолжительность нахождения в открытом состоянии, то такие кулачки называются асимметричными. Продолжительность нахождения клапана в открытом состоянии может задаваться по различным методикам, что следует учитывать при сравнении характеристик распределительных валов. Чаще всего продолжительность задается по трем следующим методикам:
1. Продолжительность нахождения клапана в открытом состоянии при нулевом зазоре. Если в двигателе стоят гидравлические толкатели, тепловой зазор равен нулю. А если используются механические толкатели, то в этом случае продолжительность, заданная по этой методике, представляет собой продолжительность нахождения клапана в открытом состоянии, отсчитываемую с момента, когда зазор полностью выбран.
2. Продолжительность нахождения клапана в открытом состоянии, определяемая по пороговому уровню подъема клапана, равному 0,050 дюйма. Эта методика определения продолжительности устраняет влияние любых зазоров и различий в конструкциях толкателей, поэтому сравнение распределительных валов по продолжительности действия рекомендуется проводить по этой методике. На некоторых предприятиях используется еще одна методика— продолжительность действия кулачков распределительного вала определяется по пороговому уровню подъема клапана, равному 0,010 дюйма. Очень важно помнить, что при сравнении или выборе распределительных валов необходимо точно знать, что указанные значения продолжительности определены по одинаковым методикам.
ВНИМАНИЕ
Доли градуса принято выражать в единицах, называемых минутами С). В одном градусе шестьдесят минут. Например 45'=3/4°, 30 =1/2°, 15'=1/4°.
3. Продолжительность действия кулачков распределительного вала по стандарту SAE. Продолжительность нахождения клапанов в открытом состоянии и перекрытие клапанов выражаются углом поворота коленчатого вала за интервал времени, когда клапаны находятся в открытом состоянии. В соответствии со стандартом SAE все временные характеристики рабочих циклов клапанов определяются по пороговому уровню подъема клапана над седлом, равному 0,006 дюйма (0,15 мм). Эта методика задания продолжительности отличается от методики, обычно используемой производителями распределительных валов и производителями автомобилей. Сравнивая временные характеристики рабочих циклов клапанов, прежде всего убедитесь в том, что для всех сравниваемых распределительных валов характеристики определены по одним и тем же методикам.
ПЕРЕКРЫТИЕ КЛАПАНОВ
Еще одной временной характеристикой распределительного вала является перекрытие клапанов. Перекрытие клапанов определяется как угол поворота коленчатого вала между тактами выпуска и впуска в тот период времени, в течение которого оба клапана подняты над своими седлами.
• Уменьшение перекрытия клапанов приводит к более ровному ходу двигателя на холостом ходу и низких оборотах, но одновременно к снижению максимальной мощности на высоких оборотах двигателя.
408 Глава 15
DC
Нижняя мертвая точка (НМТ)
Верхняя мертвая точка (ВМТ)
Нижняя мертвая Верхняя мертвая
точка (НМТ) точка (ВМТ)
! Выпускной Вь|пускной I Впускной клапан клапан
360’
540*
Угол поворота коленчатого вала
5472
Рис. 15.44. График рабочего цикла распределительного вала, показывающий соотношение между временными характеристиками рабочих циклов впускного и выпускного клапанов
• Увеличение перекрытия клапанов приводит к неустойчивой работе двигателя на холостом ходу и снижению мощности на низких оборотах, но одновременно к повышению максимальной мощности на высоких оборотах двигателя.
Например, распределительный вал с перекрытием клапанов, равным 50 градусов (или меньше), может использоваться в двигателе, если желательно, чтобы он обладал высоким крутящим моментом на низких оборотах и ровным холостым ходом. Использование распределительного вала с небольшим перекрытием клапанов в двигателях, работающих в комплекте с автоматическими коробками передач, в которых предусмотрена повышающая передача, обеспечивает высокий крутящий момент на низких скоростях и экономию топлива.
Распределительный вал с перекрытием клапанов, равным 100 градусов, больше подходит для автомобилей с ручной коробкой передач, где желательно обеспечить высокую мощность на больших скоростях. При перекрытии клапанов, превышающем 100 градусов, двигатель начинает работать неровно на холостом ходу, медленно разгоняется на низких оборотах, и экономичность двигателя снижается (рис. 15.44).
Перекрытие клапанов определяется как угол поворота коленчатого вала в промежуток времени вблизи верхней мертвой точки (ВМТ), когда оба клапана одновременно открыты. В предыдущем примере впускной клапан начинает открываться при угле 19° до верхней мертвой точки (ВМТ). Выпускной клапан также открыт во время этого подъема поршня в такте выпуска. Выпускной клапан остается открытым до угла 22° после ВМТ.
Для определения перекрытия клапанов суммируем угол до ВМТ, при котором впускной клапан открывается (19 градусов) с углом после ВМТ, при котором выпускной клапан закрывается (22 градуса):
Перекрытие клапанов равно 19° + 22° = 41°.
РАЗВОРОТ КУЛАЧКОВ
Еще одной временной характеристикой распределительного вала, вызывающей определенные недоразумения, является угол между осевыми линиями вершин впускного и выпускного кулачков. Этот угол называется расклинкой или разворотом кулачков и измеряется в градусах (рис. 15.45).
Характеристики одного и того же двигателя при использовании распределительных валов с одинаковыми значениями высоты вершин и продолжительности действия кулачков, но с отличающимися значениями угла разворота кулачков, оказываются совершенно разными.
1. Чем меньше угол между осевыми линиями вер шин кулачков, тем больше перекрытие клапанов. Например, 108 градусов — это суженный угол разворота кулачков.
Рис. 15.45. При уменьшении угла между осевыми линиями вершин кулачков перекрытие клапанов возрастает без каких-либо дополнительных изменений профилен кулачков, их высоты и продолжительности действия
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 409
2. Чем шире угол между осевыми линиями вершин кулачков, тем меньше перекрытие клапанов. Например, 114 градусов — это расширенный угол разворота кулачков.
ПРИМЕЧАНИЕ
В двигателях с верхним расположением распределительных валов, оснащенных двухвальным клапанным механизмом и четырехклапанными камерами сгорания, для привода каждого из впускных и выпускного клапанов цилиндра могут использоваться распределительные валы с разным профилем кулачков. Например, один впускной клапан цилиндра приводится в движение кулачком распределительного вала, профиль которого рассчитан на создание максимального крутящего момента на низких оборотах двигателя. Другой впускной клапан этого же цилиндра приводится в движение кулачком распределительного вала, профиль которого рассчитан на создание максимальной мощности на высоких оборотах двигателя. В результате двигатель обладает высоким крутящим моментом в широком диапазоне скоростей.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА РАЗВОРОТА КУЛАЧКОВ
Для определения угла разворота впускного и выпускного кулачков распределительного вала используется следующая формула:
(Продолжительность действия впускного кулачка + + продолжительность действия выпускного кулачка)/4 - перекрытие клапанов/2 = = угол разворота (в градусах)
На рис. 15.46 показана типичная диаграмма фаз газораспределения.
Впускной клапан открывается
Выпускной клапан закрывается
59
59*
Впускной клапан закрывается
Выпускной клапан открывается
Рис. 15.46. Типичная диаграмма фаз газораспределения
Угол разворота кулачков вычисляется подстановкой в приведенную выше формулу продолжительности действия впускного и выпускного кулачков распределительного вала и перекрытия клапанов, которые имеют следующие значения:
Продолжительность действия впускного кулачка = = 15° + 59°+ 180° = 254°.
Продолжительность действия выпускного кулачка= = 59°+ 15°+ 180° = 254°.
Перекрытие клапанов = 15° + 15° = 30°.
/254° + 254°\ 30° 508° 30°
\ 4 2 4 2
НОРМЫ ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Нормы временных характеристик распределительного вала указываются в спецификациях в виде значений угла поворота коленчатого вала, отсчитываемых относительно верхней мертвой точки (ВМТ) или ниж ней мертвой точки (НМТ), когда клапаны открыты и закрыты.
ВПУСКНОЙ КЛАПАН
Впускной клапан должен немного приоткрыться до того момента, когда поршень дойдет до ВМТ и начнет двигаться вниз в такте впуска. Это гарантирует, что впускной клапан будет полностью открыт во время движения поршня вниз в такте впуска. Поток через просвет, создаваемый частично открытым клапаном, намного меньше (особенно, если рабочая фаска имеет угол 45°, а не 30°), чем в случае, когда клапан полностью открыт. Впускной клапан закрывается после того, как поршень дойдет до НМТ, потому что поток топливно-воздушной смеси обладает инерцией, т.е. способностью сохранять движение. Даже после того, как поршень в конце такта впуска останавливается в НМТ и начинает двигаться вверх в такте сжатия, инерция потока топливно-воздушной смеси все еще может быть использована для закачивания дополнительной порции смеси. Типичные временные характеристики рабочего цикла впускного клапана следующие: клапан открывается при угле 19° до ВМТ и закрывается при угле 46° после НМТ.
ВЫПУСКНОЙ КЛАПАН
Выпускной клапан открывается, когда поршень еще движется вниз — еще до того как поршень начнет двигаться вверх в такте выпуска. Опережающее открывание выпускного клапана до начала такта выпуска гарантирует, что давление отработавших газов уже
410 Глава 15
упадет и выпускной клапан будет почти полностью открыт к моменту начала движения поршня вверх в такте выпуска. Выпускной клапан не закрывается до тех пор, пока поршень не пройдет ВМТ и не начнет двигаться вниз в такте впуска. Благодаря свойству инерции отработавшие газы продолжают вытекать через открытый выпускной клапан и после того, как поршень пройдет ВМТ. В результате в камере сгорания сохраняется частичное разрежение к моменту впуска новой порции топливно-воздушной смеси.
Типичные временные характеристики рабочего цикла выпускного клапана следующие: клапан открывается при угле 49° до НМТ и закрывается при угле 22° после ВМТ.
ДИАГРАММА РАБОЧЕГО ЦИКЛА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
За четыре такта работы четырехтактного бензинового двигателя коленчатый вал совершает поворот на 720 градусов [т.е. совершает два полных оборота (2 х 360° = 720°)]. Временные характеристики распределительного вала указываются в углах поворота коленчатого вала. В примере, показанном на рис. 15.47, впускной клапан начинает открываться при угле 39 градусов до ВМТ, остается открытым на протяжении всего такта впуска (180 градусов) и закрывается при угле 71 градус после НМТ. Таким образом, продолжительность нахождения впускного клапана в открытом состоянии составляет 39 градусов + 180 градусов + 71 градус = 290 градусов.
Выпускной клапан в этом примере распределительного вала открывается при угле 78 градусов до НМТ, остается открытым на протяжении всего такта выпуска (180 градусов) и закрывается при угле 47 градусов после ВМТ. Наложение временных характеристик выпускного клапана на временные характеристики впускного клапана на диаграмме фаз газораспределения позволяет легко определить перекрытие клапанов. В данном примере перекрытие клапанов составляет 39 градусов + 47 градусов, или 86 градусов. Продолжительность нахождения выпускного клапана в открытом состоянии составляет 78 градусов + 180 градусов + 47 градусов = 305 градусов. Поскольку временные характеристики продолжительности для данного распределительного вала близки или превышают 300 градусов, его следует использовать только в том случае, когда мощность имеет более важное значение, чем экономия топлива.
Обычно временные характеристики распределительного вала изображаются в виде круговой диаграммы фаз газораспределения, наглядно показывающей временные характеристики рабочего цикла клапанов за два оборота (720 градусов) коленчатого вала. На
ВМТ НМТ ВМТ НМТ ВМТ
180- Рабочий такт 180- Такт выпуска 180- Такт впуска 180- Такт сжатия
I I 78* I । 39* -Г^ 1 47* L J 4 У~~ J Перекрытие=86* 7Г I i
Рис. 15.47. Типичные временные характеристики распределительного вала, обеспечивающего высокую мощность двигателя, изображенные в прямоугольных координатах. Продолжительность нахождения впускного клапана в открытом состоянии равна 39° + 180° + 71 ° = 290°. Продолжительность нахождения выпускного клапана в открытом состоянии равна 78° + 180° + 47° = 305°. Поскольку характеристики продолжительности для впускного и выпускного клапана неодинаковы, такой вариант конструкции распределительного вала называется асимметричным
Впускной Выпускной
клапан клапан
Нижняя мертвая точка
Эта временная диаграмма отображает рабочий цикл клапанов одного цилиндра за два оборота (720*) коленчатого вала
Рис. 15.48. Диаграмма фаз газораспределения для распределительного вала, временные характеристики которого приведены на рис.15.47
рис. 15.48 приведен пример диаграммы фаз газораспределения для типичного распределительного вала, характеристики которого изображены в прямоугольных координатах на рис. 15.47.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ВАЛОВ
Распределительный вал должен быть обязательно проверен на прямолинейность. Для этого его устанавливают в блок цилиндров V-образного двигателя и измеряют биение опорных шеек распределительного
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 411
Рис. 15.49. Измерение биения опорной шейки распределительного вала с помощью измерителя смещения с циферблатной шкалой при вращении распределительного вала в блоке цилиндров V-образного двигателя
вала, используя для этого измеритель смещения с циферблатной шкалой. Максимальное биение не должно превышать 0,002 дюйма (0,05 мм) (рис. 15.49).
Восстановление исходных значений высоты вершины кулачка и продолжительности действия у изношенных распределительных валов осуществляется двумя способами:
1. Если распределительный вал не сильно изношен (при износе менее 0,030 дюйма), производится пе-решлифовывание кулачков, при котором первоначальные значения высоты вершины кулачка и продолжительности действия восстанавливаются за счет уменьшения диаметра базовой окружности кулачка (рис. 15.50 и 15.51).
2. При сильном износе вершин кулачков производится наваривание вершин и перешлифовывание кулачков, обеспечивающие восстановление их первоначальных размеров.
ПРИМЕЧАНИЕ
По данным наиболее крупных предприятий по ремонту двигателей, восстановлению путем перешлифовывания подлежат только около 35% распределительных валов. Таким образом, примерно две трети распределительных валов, поступающих в ремонтные центры, изношены слишком сильно и подлежат замене.
УСТАНОВКА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Перед установкой распределительного вала вершины кулачков необходимо обязательно покрыть специальной смазкой, содержащей дисульфид молибдена. Эта специальная смазка обеспечивает необходимую начальную смазку наиболее нагруженных участков вершин кулачков распределительного вала. Многие производители рекомендуют использовать для этого загущенные моторные масла, такие как SAE 5W-30 или SAE 10W-30. Ряд производителей распределительных валов рекомендует при первой заливке масла в систему смазки вместо загущенных масел использовать масла без присадок, такие как SAE 30 или SAE 40. Некоторые производители рекомендуют также использовать такую противоизносную присадку как дитиофосфат цинка (ZDP) (рис. 15.52).
ПРИМЕЧАНИЕ
На заводе на распределительные валы обычно наносится химическое покрытие, имеющее поликристаллическую структуру. Это покрытие состоит, как правило, из фосфата марганца и придает поверхности распределительного вала тусклый черный цвет. Назначение этого покрытия — поглощать и удерживать масло, обеспечивая надежную смазку распределительного вала в период обкатки. Под микроскопом это поверхностное покрытие выглядит как поверхность мячика для гольфа.
Распределительный вал необходимо обкатать, поддерживая в течение первых десяти минут работы двигателя скорость выше 1500 оборотов в минуту. Если понизить скорость двигателя до оборотов холостого хода (примерно 600 оборотов в минуту), время, в течение которого толкатель клапана соприкасается с вершиной кулачка и давит на нее, будет больше, чем при более высоких скоростях работы двигателя. При повышении скорости работы двигателя также возрастают давление и количество масла, поступающего в узел распределительного вала. Следовательно, чтобы сохранить ресурс распределительного вала и толкателей клапанов, необходимо обеспечить, чтобы при первом запуске после замены распределительного вала и толкателей клапанов двигатель запустился быстро — без
412 Глава 15
Первоначальный кулачок
В - А = высота вершины
В (1 ООО) - А (0,600) = 0 400 0 400 - высота вершины
Износ вершины Изношенный
В - износ вершины (0 020) = 0,980
В (0,980)-А (0 600) = 0 380
0,380 = высота изношенной вершины
Восстановленный
В (1,000)-(2x0,020) = 0 960
А (0,600)-(2x0,020) = 0,560
В (0,960)-А (0,560) = 0,960
0,400 = восстановленная высота вершины
Рис. 15.50. Высота изношенной вершины кулачка распределительного вала может быть восстановлена до первоначального значения за счет уменьшения диаметра базовой окружности кулачка путем его перешлифовывания
Рис. 15.51. Шлифование распределительного вала на станке
долгих периодов проворачивания и соответственно, работы на низких оборотах. Ремонтируя двигатель, всегда соблюдайте следующие правила замены распределительною вала и толкателей клапанов:
1. При замене распределительного вала обязательно заменяйте толкатели клапанов.
2. При замене толкателей клапанов можно не заменять распределительный вал, если он не слишком изношен и при работе со старым распределительным валом вращаются все штанги толкателей клапанов.
Рис. 15.52. Необходимо смазать кулачки распределительного вала и днища плоскодонных толкателей клапанов специальной смазкой, например, такой, выпускаемой компанией General Motors
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 413
ПРИМЕЧАНИЕ
Некоторые производители рекомендуют при замене толкателей клапанов обязательно заменять и распределительный вал.
3. Никогда не используйте для работы с механическими толкателями клапанов распределительный вал, предназначенный для работы с гидравлическими толкателями, или для работы с гидравлическими толкателями клапанов распределительный вал, предназначенный для работы с механическими толкателями.
4. Чтобы новые толкатели клапанов лучше приработались, отполируйте их нижние поверхности, соприкасающиеся с кулачками, с помощью наждачной бумаги №600.
ПРИМЕЧАНИЕ
Многие консистентные смазки на основе дисульфида молибдена способны забить масляный фильтр уже через 20 минут после запуска двигателя. Большинство моторостроительных компании рекомендуют через полчаса обкатки двигателя заменить масло и масляный фильтр.
УГЛОВАЯ ГРАДУИРОВКА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Цель угловой градуировки распределительного вала в двигателе — выставить распределительный вал так, чтобы клапаны работали в точном соответствии с характеристиками распределительного вала, заложенными в него изготовителем. Чаще всего производители распределительных валов рекомендуют использовать метод градуировки распределительного вала по угловому положению осевой линии вершины кулачка впускного клапана. Этот метод заключается в точном определении углового положения осевой линии вершины кулачка впускного клапана и сравнении его со значением, указанным в спецификации технических характеристик ремонтного распределительного вала его производителем. В двигателе с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала угловая градуировка распределительного вала выполняется обычно после того, как смонтированы поршни и распределительный вал, а головки блока цилиндров еще не смонтированы. Угловое положение осевой линии вершины кулачка впускного клапана определяется с помощью градуировочного диска, закрепленного на коленчатом валу, по следующей методике:
ОБМЕН ОПЫТОМ —
— Слишком много = слишком плохо Типичной ошибкой неопытных автомехаников является установка нового распределительного вала с продолжительностью действия кулачков, превышающей допустимую для данного двигателя. Увеличение времени нахождения клапанов в открытом состоянии, вызванное такой заменой, приводит к неровной работе двигателя на холостом ходу и снижению степени разрежения в впускном коллекторе, нарушающему режим работы карбюратора, что приводит к недобору мощ- ности на низких оборотах. Например, для двигателя объемом 350 куб. дюймов, оснащенного гидравлическими толкателями клапанов, распределительный вал с продолжительностью действия кулачков, превышающей 225 градусов {по уровню подъема клапанов, равному 0,050 дюйма) будет, как правило, непригоден для работы двигателя в городском цикле. Время вне седла определяется как угол, на который поворачивается коленчатый вал за время, в течение которого клапан поднят над седлом.
Стандартный вариант использования Время вне седла Высота подъема кулачка, дюймы Продолжительность Характеристики действия по уровню 0,050 дюйма
Город 246°-254° 0,400 192°-199° Ровная работа на холостом ходу, запас мощности до скорости 4500 оборотов в минуту
Город 262° 0,432 207° Широкий диапазон мощностей, ровная работа на холостом ходу, запас мощности до скорости 4800 оборотов в минуту
Город 266° 0,441 211° Хорошая работа на холостом ходу при объеме двигателя 350 куб. дюймов, запас мощности до скорости 5200 оборотов в минуту
Город за городом 272° 0,454 217° Рысканье на холостом ходу запас мощности до скорости 5500 оборотов в минуту
Гонки 290° 0,500 239° Неустойчивая работа на холостом ходу запас мощности до скорости 5500- 6500 оборотов в минуту
414 Глава 15
Шаг 1. Отъюстируйте угловое положение градуировочною диска. Для этого поднимите поршень цилиндра Х°1 к верхней мертво точке и закрепите на коленчатом валу градуировочный диск — так, чтобы точка “TDC” на градуировочном диске совпадала со стрелкой-указателем. Это — грубая, предварительная установка диска на коленчатом валу. Отведите поршень от ВМТ — для этого поверните коленчатый вал в обратном направлении градусов на 30. Поставьте упор поршня (упором поршня может быть любой предмет, закрепленный на блоке цилиндров, который создает прочную преграду, не позволяя поршню подняться до ВМТ). Теперь проворачивайте коленчатый вал по часовой стрелке до момента мягкого соприкосновения поршня с упором.
ВНИМАНИЕ
Не используйте для проворачивания двигателя стартер. Проворачивайте коленчатый вал за один из его концов с помощью специального ключа.
Запишите показание градуировочного диска, и затем проворачивайте коленчатый вал в противоположном направлении вращения до тех пор, пока поршень снова не коснется упора. Запишите новое показание градуировочного диска. Точка посредине между этими двумя показаниями соответствует показанию градуировочного диска, когда поршень окажется в ВМТ. В примере, показанном на рис. 15.53, показания градуировочного диска составляют“30 градусов после ВМТ” и “26 градусов до ВМТ”. Сложите показания и разделите полученную сумму на 2 (30° + 26° = 56°/2 = 28°). Таким образом, точка на градуировочном диске, соответствующая ВМТ, находится между точками “30 градусов после ВМТ” и “26 градусов до ВМТ” на одинаковом угловом расстоянии, равном 28°, от каждой из них — т.е. в точке “2 градуса после ВМТ”.
Снимите упор поршня и проворачивайте коленчатый вал, поднимая поршень в ВМТ. В тот момент, когда поршень окажется в ВМТ, риска “2 градуса после ВМТ” на градуировочном диске совпадет со стрелкой-указателем на блоке. Теперь, когда поршень находится в ВМТ, поверните градуировочный диск на валу (коленчатый вал остается неподвижным!) так, чтобы точка “ВМТ” на градуировочном диске совпала со стрелкой-указателем. Зафиксируйте градуировочный диск на валу. Градуировочный диск отъюстирован, и можно приступать к измерениям.
Шаг 2. Снимите стопор поршня и установите на толкателе впускного клапана измеритель смещения
Рис. 15.53. Показания неотъюстированного на валу градуировочного диска, соответствующие точкам остановки поршня около верхней мертвой точки. Точка, расположенная точно посредине между этими двумя показаниями, соответствует показанию неотъюстированного градуировочного диска, когда поршень находится в ВМТ1
с циферблатной шкалой. Чтобы точно определить точку максимального подъема толкателя (угловое положение осевой линии вершины кулачка) проверните двигатель в обе стороны от точки максимального подъема толкателя до тех пор, пока толкатель не опустится на 0,050 дюйма. Запишите показания градуировочного диска в этих точках по обе стороны от точки максимального подъема толкателя. Сложите полученные показания и разделите полученный результат на 2. Эта средняя точка указывает точное угловое положение осевой линии вершины кулачка впускного клапана. Обычно эта точка находится между 100 градусами и ПО градусами (рис. 15.54).
Шаг 3. Теперь, когда угловые положения ВМТ и осевой линии вершины кулачка впускного клапана определены, сравните фактическое значение углового положения вершины с приведенным в спецификации распределительного вала. Например, если фактическое значение углового положения осевой линии вершины кулачка составляет 106 градусов и в спецификации указано значение 106 градусов,распределительный вал выставлен точно по отношению к угловой позиции коленчатого вала (рис. 15.55). Если фактическое значение угла равно 104 градуса, распределительный вал установлен с опережением на 2 градуса. Если фактическое значение угла равно 108 градусов, распределительный вал установлен с запаздыванием на 2 градуса.
Установка распределительного вала с опережением
Если распределительный вал установлен с небольшим опережением по отношению к коленчатому валу, то такой распределительный вал называется опережающим. Установка распределительного вала с опережением (максимум на 4 градуса) приводит к возрастанию крутящего момента на низких оборотах и небольшому снижению мощности на высоких оборотах двигателя. Некоторые производители распределительных валов,
1 В данном примере это точка“2 градуса после ВМТ". Таким образом, чтобы отъюстировать градуировочный диск на коленчатом валу, необходимо повернуть его на 2 градуса против часовой стрелки. Тогда метка “ВМТ” на градуировочном диске будет точно соответствовать ВМТ хода поршня. — Примеч. ред.
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 415
в)
6)
Рис. 15.54. Двигатель подготовлен к угловой градуировке распределительного вала (а). Градуировочный диск и стрелка-указатель — вид крупным планом (6). Для точного определения верхней мертвой точки в данном случае используется измеритель смещения с циферблатной шкалой (в)
предназначенных для замены серийных, закладывают опережение примерно на 4 градуса в приводные шестерни или распределительный вал. Это позволяет использовать в двигателе распределительный вал с увеличенными продолжительностью действия и высотой
вершин кулачков, сохранив при этом ровную работу двигателя в режиме холостого хода и приемистость двигателя на низких оборотах, характерную для серийного распределительного вала.
416 Глава 15
Верхняя мертвая точка (ВМТ)
Нижняя мертвая точка (НМТ)
Рис. 15.55. Типичная диаграмма фаз газораспределения для распределительного вала, у которого угловое положение осевой линии вершины кулачка впускного клапана составляет 106 градусов после ВМТ
ОБМЕН ОПЫТОМ
—
Расстояние между поршнем и открытым клапаном зависит от установки распределительного вала
Если распределительный вал устанавливается с опережением (по отношению к коленчатому валу), то расстояние между впускным клапаном и поршнем уменьшается. Если распределительный вал устанавливается с запаздыванием, то уменьшается расстояние между выпускным клапаном и поршнем.
Это действительно так, потому что впускной клапан открывается с запаздыванием по отношению к движению поршня в такте впуска, в то время как в такте выпуска выпускной клапан "бежит впереди" поршня (рис. 15.56).
Установка распределительного вала с запаздыванием
Если распределительный вал установлен с небольшим запаздыванием по отношению к коленчатому валу, то такой распределительный вал называется запаздывающим. Установка распределительного вала с запаздыванием (максимум на 4 градуса) приводит к небольшому повышению мощности двигателя на высоких оборотах за счет снижения его крутящего момента на низких оборотах.
Если измеренные характеристики отличаются от установленных в спецификации, то с помощью специальных корректирующих пальцев или шпонок можно скорректировать положение приводной шестерни на необходимую величину. Ряд производителей выпускает для двигателей с верхним расположением распределительного вала регулируемые звездочки распредели-
тельного вала.
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 417
Рис. 15.56. Для определения расстояния между клапанами и поршнем была использована формовочная глина. Минимальное расстояние, рекомендуемое большинством производителей, составляет 0,070 дюйма (1,8 мм). Слой глины удаляется с поршня ножом и его толщина измеряется, для того чтобы определить статическое расстояние между поршнем и клапаном (в неработающем двигателе). С повышением скорости двигателя расстояние уменьшается из-за колебании временных характеристик рабочего цикла клапана и удлинения шатуна поршня
Рис. 15.57. Днище у толкателя клапана должно быть выпуклым, а не вогнутым, как у этого изношенного толкателя. Если оставить старые толкатели работать с новым распределительным валом, то это вызовет ускоренный износ кулачков распределительного вала по краям
ТОЛКАТЕЛИ КЛАПАНОВ
Толкатели клапанов следуют по контуру или профилю кулачков распределительного вала. Такая конструкция обеспечивает преобразование вращения кулачка в возвратно-поступательное движение клапанного механизма. Толкатели старых конструкции, в большинстве своем, имеют плоскую контактную по-
Плоскодонный толкатель
Рис. 15.58. Обратите внимание, как сильно при одинаковом угле поворота кулачка распределительного вала высота подъема толкателя с плоским днищем отличается от высоты подъема роликового толкателя. Никогда не используйте совместно с плоскодонными толкателями клапанов распределительный вал, предназначенный для работы с роликовыми толкателями, или роликовые толкатели — совместно с распределительным валом, предназначенным для работы с плоскодонными толкателями
верхность, по которой скользит кулачок (рис. 15.57). Однако в ряде конструкций толкателей используется ролик, катящийся по поверхности кулачка. Роликовые толкателя используются главным образом в серийных двигателях с целью снижения потерь на трение в клапанном механизме (эффект достигает 8%). Снижение трения увеличивает экономичность двигателей и оправдывает повышение себестоимости производства толкателей такой конструкции. Все роликовые толкатели должны быть закреплены с помощью держателей, предотвращающих их вращение. Держатель удерживает ролик на одной линии с кулачком распределительного вала. При поломке держателя роликовый толкатель получает свободу вращения вокруг своей оси, при этом разрушается как сам толкатель, так и распределительный вал (рис. 15.58-15.60).
Тепловым зазором называется зазор между кинематическими элементами клапанного механизма. Тепловой зазор не должен быть слишком большим, иначе клапанный механизм будет создавать сильный шум и преждевременно выйдет из строя. Тепловой зазор необходимо регулировать и это осуществляется обычно одним из двух способов.
В первом варианте используются “жесткие” (нерегулируемые) механические толкатели клапанов и в конструкции клапанного механизма предусматриваются регулировочные элементы для установки необходимого теплового зазора. Во втором варианте используются толкатели с автоматической гидравлической системой регулировки зазора, встроенной в толкатель, — гидравлические толкатели клапанов.
418 Глава 15
Рис. 15.59. Пример роликовых толкателей, выпускаемых для замены серийных деталей. Обратите внимание на то, что толкатели механически скреплены для предотвращения их вращения. Если бы роликовые толкатели вращались, они бы быстро привели распределительный вал в негодность
НЕРЕГУЛИРУЕМЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ ТОЛКАТЕЛИ
В верхнеклапанных двигателях, оснащенных механическими толкателями, для регулировки теплового зазора предусмотрен ре1улировочный винт на конце клапанного коромысла, контактирующем с штангой толкателя, или регулировочная гайка на шарнирной стойке со сферической головкой, если используется этот вариант конструкции.
В клапанных механизмах с нерегулируемыми механическими толкателями необходим определенный
Рис. 15.60. Все роликовые толкатели обязательно должны быть закреплены так, чтобы их вращение вокруг своей оси при работе двигателя было невозможным. Обратите внимание на штампованные стальные стопоры, которые удерживают направляющие толкателей в этом шестицилиндровом V-образном двигателе
тепловой зазор, гарантирующий надлежащий прижим клапана к седлу независимо от температуры двигателя. Этот зазор выбирается за счет плавного нарастания профиля кулачка, который называется скатом. (У кулачков распределительных валов, предназначенных для работы с гидравлическими толкателями, этого ската нет). За счет ската сначала плавно выбирается тепловой зазор в клапанном механизме, а затем начинает открываться клапан. На вершине кулачка имеется также обратный, закрывающий скат, с целью снижения шума при работе механизма.
Под словом “жесткий” подразумевается то, что нерегулируемый механический толкатель действует как обычный твердый предмет, служа просто промежуточным звеном передачи механического импульса от кулачка на штангу толкателя или на клапан. По конструкции механический толкатель представляет собой легкий цилиндр — он может быть одинакового внутреннего диаметра по все длине или состоять из двух краевых секций большого диаметра
Рис. 15.61. Типичные варианты "жестких" (нерегулируемых) механических толкателей. Первые два толкателя (справа) по внешнему виду не отличить от гидравлического толкателя Крайний правый толкатель разобран, чтобы можно было увидеть его внутренние детали, предназначенные для регулирования потока масла, поступающего через этот толкатель в штангу толкателя
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 419
КОМПОНОВКА КЛАПАННОГО МЕХАНИЗМА С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ТОЛКАТЕЛЕМ
Стопорное кольцо
Чашка штанги толкателя Дозировочная шайба Плунжер
Шарик
Пружина
Держатель шарика
Пружина
Корпус
Корпус и плунжер притерты друг к другу и не взаимозаменяемы с аналогичными деталями из других комплектов
ПРИНЦИП РАБОТЫ МЕХАНИЗМА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТОЛКАТЕЛЯ КЛАПАНА
Масло течет по
каналу в штанге
Клапан закрыт
Масло течет вниз, шариковый обратный клапан открывается
Масло под давлением
Плунжер поднимается вверх, поддерживая нулевой зазор
Клапан открыт
толкателя к клапанному коромыслу
Штанга давит на чашку толкателя
Масло течет вверх, шариковый обратный клапан закрывается
Небольшая утечка между
плунжером и корпусом толкателя
Рис. 15.62. Принцип работы гидравлических толкателей (публикуется с любезного разрешения отделения легковых автомобилей Cadillac корпорации General Motors Corporation)
420 Глава 15
и центральной секции малого диаметра. В тех конструкциях, где масло для смазки клапанного механизма подается через полую штангу толкателя, механические толкатели по внешнему виду очень похожи на гидравлические толкатели.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ТОЛКАТЕЛИ
Гидравлический толкатель состоит из полого корпуса цилиндрической формы, притертого к нему пустотелого плунжера, обратного клапана, и чашки штанги толкателя. В толкателях, из которых масло подается в клапанный механизм через пустотелую штангу, под чашкой штанги стоит дозировочная шайба или ограничительный клапан. Масло под давлением поступает по маслопроводному каналу в корпус толкателя, и через предусмотренную в нем внутреннюю выточку проникает в промежуток между плунжером и корпусом толкателя и через отверстия в плунжере — во внутреннюю полость плунжера, заполняя ее. Отсюда масло поступает вниз через обратный клапан, заполняя просвет между днищем плунжера и днищем корпуса толкателя. Это пространство заполняется маслом под давлением, создаваемым в системе смазки. В толкателе преднамеренно заложена определенная утечка, необходимая для выпуска воздуха и излишка масла при переполнении гидравлического толкателя. Принцип работы гидравлического толкателя изображен на рис. 15.62 и рис. 15.63.
Штанга толкателя плотно входит в чашку, расположенную на верхнем открытом конце плунжера толкателя. Дозировочная шайба, или ограничительный клапан, пропускает масло из внутренней полости плунжера через отверстие в чашке штанги в пустотелую штангу толкателя, по которой оно поднимается к клапанному коромыслу. Масло, вытекающее через пустотелую штангу, смазывает узел клапанного коромысла.
Koi да кулачок распределительного вала начинает давить на толкатель, преодолевая сопротивление сжимающейся пружины клапана, масло, находящееся под плунжером, под действием возрастающего давления пытается вытечь обратно в полость плунжера. Обратный клапан толкателя,— шариковый или тарельчатый,— запирает масло в подплунжерной полости, не позволяя ему вытечь. Этот гидравлический замок блокирует ход плунжера и изменение рабочей длины толкателя, и далее гидравлический толкатель открывает клапан, действуя аналогично механическому толкателю. Когда гидравлический толкатель возвращается обратно на базовую окружность кулачка, масло под давлением, поддерживаемым в системе смазки двигателя, опять закачивается в толкатель клапана, восполняя возможную утечку масла из него.
Чашка штанги толкателя
Обратный клапан в сборе
Дозировочная шайба
Шариковый обратный клапан
Штанга толкателя
Плунжер —и,
Тарельчатый обратный клапан
Корпус
Рис. 15.63. Детали двух вариантов конструкции гидравлического толкателя клапана (с шариковым и дисковым обратным клапаном)
Задача гидравлического толкателя — полностью выбирать зазор в клапанном механизме. Иногда двигатели работают на чрезмерно высокой скорости. В такой ситуации, когда клапаны не успевают закрываться, возникает такое нарушение режима работы клапанного механизма, как отставание (неполное закрытие) клапана. При отставании клапана в клапанном механизме появляется зазор, и гидравлический толкатель клапана, выполняя свою задачу, выбирает его. В этом случае гидравлический толкатель не позволяет клапану сесть в седло. Это нарушение режима работы клапанного механизма называется накачкой гидравлических толкателей. Накачки не возникает, если двигатель работает в диапазоне скоростей, на который он рассчитан. Гидравлические толкатели также используются во многих конструкциях двигателей с верхним расположением распределительного вала. На рис. 15.64-15.66 показаны различные варианты использования гидравлических толкателей в двигателях с верхним расположением распределительного вала.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАТЯГ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТОЛКАТЕЛЕЙ
Предварительный натяг толкателя это, фактически, расстояние между гнездом штанги в гидравлическом толкателе и стопорным кольцом толкателя, когда гидравлический толкатель опирается на базовую окружность кулачка и клапан закрыт. Это расстояние должно быть в пределах, примерно, от 0,020 дюйма до 0,045 дюйма. В двигателях в регулируемыми клапанными коромыслами это расстояние, или предварительный натяг, устанавливается дополнительным поворот ом регулировочной гаики клапанного коромысла на четверть оборота — один оборот после того как установлен нулевой
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 421
а)
б)
Рис. 15.64. Типичный четырехцилиндровый двигатель с верхним расположением распределительного вала, в котором используются гидравлические толкатели и одноплечные рычажные коромысла (а). Тот же двигатель со снятым одноплечным рычажным коромыслом и вынутым гидравлическим толкателем одного из клапанных механизмов (6)
зазор (рис. 15.67). Перетягивание этой регулировочной гайки может привести к тому, что штанга опустится в гидравлический толкатель до упора. Стоит двигателю с опущенными до упора штангами начать вращаться — и неизбежно произойдет искривление клапанов или повреждение штанг толкателей, клапанных коромысел или шарнирных стоек клапанных коромысел.
Особенно велика опасность повреждения двигателей, в которых стоят нерегулируемые клапанные коромысла, после их переборки или ремонта. Если двигатель подвергся одной из следующих ремонтных операций, необходимо обязательно отрегулировать предварительный натяг гидравлических толкателей:
• Перешлифовывание распределительного вала (при которой был уменьшен диаметр базовой окружности кулачков).
• Фрезерование или шлифовка огневой поверхности головки блока цилиндров.
• Фрезерование или шлифовка плиты блока цилиндров.
• Шлифовка клапанов или верхушек стержней кла-
Рис. 15.65. В этом четырехцилиндровом двигателе с верхним расположением распределительного вала на клапанные коромысла снизу давят гидравлические толкатели. Распределительный вал стоит в головке блока цилиндров под толкателями
панов.
422 Глава 15
а)
в)
г)
б)
Д)
Рис. 15.66. Четырехцилиндровый рядный двигатель с верхним расположением распределительных валов, в котором используется двухвальный механизм газораспределения. В этом двигателе используется чугунный блок цилиндров, алюминиевая головка блока цилиндров, и распределительные валы установлены в съемных опорных рамах, закрытых крышками (а). При снятой крышке видно, что постели подшипников распределительного вала представляют собой встроенные элементы конструкции опорной рамы (6). После демонтажа с головки блока цилиндров опорной рамы распределительного вала открывается доступ к клапанам. Гидравлические толкатели клапанов остаются в демонтированной опорной раме (в). После демонтажа распределительного вала с опорной рамы становятся видны верхушки гидравлических толкателей клапанов (г). Один из гидравлических толкателей вынут из опорной рамы распределительного вала (д)
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 423
Рис. 15.67. Установка предварительного натяга гидравлического толкателя клапана поворотом регулировочной гайки, стоящей на клапанном коромысле
• Замена оригинальной уплотнительной прокладки головки блока цилиндров более тонкой или более толстой прокладкой.
Толкатели клапанов, в большинстве своем, способны компенсировать суммарное изменение величины зазора, вызванное разбросом геометрических характеристик элементов всей кинематической цепи клапанного механизма в пределах примерно от 0,080 дюйма до 0,180 дюйма. Для оценки предварительного натяга гидравлического толкателя клапана проворачивайте коленчатый вал до тех пор, пока проверяемый клапан не окажется на базовой окружности кулачка распределительного вала. Для этого снимите крышку головки блока цилиндров и проворачивайте коленчатый вал в рабочем направлении его вращения, следя за тем, когда выпускной клапан начнет открываться. Это означает, что толкатель впускного клапана, стоящего в этом цилиндре, находится на базовой окружности кулачка распределительного вала. Нажмите на толкатель, подождите несколько минут, пока толкатель опорожнится. И затем измерьте величину зазора между клапанным коромыслом и верхушкой стержня клапана. Если зазор находится за пределами допустимого диапазона (нормальный зазор обычно находится в пределах от 0,020 дюйма до 0,045 дюйма), то для
того чтобы восстановить необходимый зазор, может потребоваться следующее:
1. Заменить штанги толкателей более длинными или более короткими. Промышленность выпускает штанги толкателей в большом диапазоне длин. Некоторые виды ремонтных штанг толкателей выпускаются на 0,100 дюйма больше или меньше длины серийной штанги.
2. Установить регулируемые штанги толкателей или клапанные коромысла, если это возможно.
3. Отрегулировать высоту установки клапанных коромысел с помощью регулировочных прокладок или шлифовки стоек или осей коромысел.
ПРИМЕЧАНИЕ
Толщина регулировочной прокладки под стойку клапанного коромысла находится в пропорции 3 к 5 по отношению к толщине металла, удаленного с поверхности головки блока цилиндров в процессе ее шлифовки. Например, если с огневой поверхности головки блока цилиндров сошлифован слой толщиной 0,030 дюйма, то толщина регулировочной прокладки под стойку клапанного коромысла должна быть равна 3/5 от 0,030 дюйма, что соответствует 0,018 дюйма.
УСТАНОВКА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАТЯГА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТОЛКАТЕЛЯ КЛАПАНА
В процедуру регулировки клапанных механизмов, в которых используются гидравлические толкатели, входит установка заданного предварительного натяга толкателей. В правильно отрегулированном клапанном механизме толкатель клапана должен находиться в центре диапазона своего хода.
Процедура регулировки клапанного механизма с регулируемыми клапанными коромыслами состоит в следующем:
1. Коленчатый вал проворачивают в направлении нормального вращения (по часовой стрелке, если смотреть спереди — со стороны привода агрегатов), до тех пор, пока толкатель выпускного клапана не начнет подниматься.
2. Устанавливают нулевой зазор между клапанным коромыслом впускного клапана и толкателем (предварительный натяг отсутствует) и доворачи-вают регулировочную гайку еще на пол-оборота.
3. Коленчатый вал проворачивают до тех пор, пока впускной клапан не закроется почти полностью. Устанавливают нулевой зазор между клапанным коромыслом выпускного клапана и толкателем (предварительный натяг отсутствует) и доворачи-вают регулировочную гайку еще на пол-оборота.
424 Глава 15
4. Эта процедура регулировки выполняется последовательно для каждого цилиндра двигателя, пока все клапанные механизмы не будут правильно отрегулированы.
Если в клапанном механизме используются нерегулируемые клапанные коромысла, все равно обязательно необходимо установить заданный предварительный натяг толкателей. Величина предварительного натяга толкателей подлежит обязательному измерению в случае, если двигатель подвергся хотя бы одной из перечисленных ниже ремонтных операций:
• Механическая обработка огневой поверхности головки(ок) блока цилиндров.
• Механическая обработка плиты блока цилиндров.
• Шлифовка клапанов.
• Любая механическая обработка, в результате которой могли измениться размеры элементов кинематической схемы клапанного механизма.
Для получения необходимого предварительного натяга гидравлических толкателей клапанов может потребоваться замена штанг толкателей более короткими (или более длинными). Ряд производителей двигателей рекомендуют использовать, при необходимости, тонкие металлические регулировочные прокладки под опорами клапанных коромысел.
ВНИМАНИЕ
При установке под опоры клапанных коромысел регулировочных прокладок убедитесь в том, что в них есть необходимые смазочные отверстия.
Прежде чем вносить какие либо изменения, сверьтесь с техническими требованиями, установленными производителем.
Если измеренный зазор находится за пределами допустимого диапазона, выберите штанги толкателей такой длины, чтобы обеспечивались необходимые диапазон перемещения и предварительный натяг толкателя.
ПРИМЕЧАНИЕ
В некоторых двигателях одной и той же серии, в зависимости от даты выпуска, стоят штанги разной длины! Номера на отливках блока цилиндров могут быть одинаковыми, но внутренние детали двигателей могут оказаться не взаимозаменяемыми. Проверьте детали на взаимозаменяемость по спецификациям производителя, приведенным в заводском руководстве по техническому обслуживанию.
ДИАГНОСТИКА ШУМА, СОЗДАВАЕМОГО КЛАПАННЫМ МЕХАНИЗМОМ
Гидравлические толкатели клапанов часто создают стук, особенно во время пуска двигателя. После остановки двигателя некоторые клапаны остаются открытыми. Давление, создаваемое сжатой пружиной клапана на плунжер гидравлического толкателя, вызывает утечку масла из него — масло выдавливается из толкателя клапана. Поэтому производители считают тиканье с частотой вдвое меньшей частоты оборотов двигателя, возникающее после пуска двигателя, нор
ПРОВЕРКА СООТВЕТСТВИЯ РАБОЧЕГО ХОДА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТОЛКАТЕЛЯ КЛАПАНА ТЕХНИЧЕСКИМ ТРЕБОВАНИЯМ
Для того чтобы определить, есть ли необходимость в установке регулировочных прокладок или изменении длины штанг, выполните следующую процедуру: 1. При снятой крышке головки блока цилиндров проворачивайте коленчатый вал до тех пор, пока проверяемый толкатель клапана не окажется на базовой окружности кулачка распределительного вала.
2. Создайте постоянное давление на поршень толкателя. Толкатель клапана под действием постоянного давления постепенно опорожнится от масла и штанга опустится в толкатель до упора.
3. Измерьте зазор (просвет) между концом клапанного коромысла и верхушкой стержня клапана. Эга величина зависит от производителя и конструкции двигателя, но обычно находится в пределах от 0,020 дюйма до 0,080 дюйма (рис. 15.68).
Штанга толкателя
Распределительный вал
Надавить вниз
Клапанное коромысло
Измерить зазор в этом месте (между клапанным коромыслом и стержнем клапана
Г идравлический толкатель
Рис. 15.68. Проверка соответствия рабочего хода гидравлического толкателя клапана техническим требованиям
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 425
мальным явлением, особенно если этот шум пропадает за время от 10 до 30 секунд после пуска. Убедитесь, что в двигателе стоит надлежащий масляный фильтр и в нем есть внутренний обратный клапан. В случае каких либо сомнений замените масляный фильтр рекомендованным производителем. Если все клапаны шумят, проверьте уровень масла. При недостаточном уровне может происходить аэрация масла (насыщение воздухом), что приводит к нарушению работы гидравлических толкателей. Низкий уровень масла может также стать причиной того, что все клапаны при работе будут создавать шум. Слишком высокий уровень масла также может стать причиной шума толкателей клапанов. Шатуны поршней, если они, вращаясь, окунаются в масло, взбивают его, превращая в пену, которая, попадая через систему смазки двигателя в гидравлические толкатели, нарушает их работу и в результате появляется шум клапанов.
При возникновении необычного шума клапанного механизма снимите крышку клапанного механизма и попытайтесь с помощью стетоскопа установить, какие клапаны или детали механизма создают этот шум. Проверьте все возможные причины, перечисленные ниже:
• Изношенная вершина кулачка распределительного вала.
• Грязные, залипающие или изношенные толкатели клапанов.
• Изношенные клапанные коромысла (если двигатель оснащен ими)
• Изношенные или искривленные штанги толкателей клапанов (если двигатель оснащен ими).
• Сломанные или недостаточно жесткие пружины клапанов.
• Залипающие или покоробленные клапаны.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ТОЛКАТЕЛЯ КЛАПАНА
Механические толкатели необходимо, как и гидравлические, обязательно заменять при замене распределительного вала. Если предполагается повторно использовать толкатели, бывшие в употреблении, то, вынимая их из двигателя, нужно обязательно помечать, из каких направляющих они вынимаются и после ремонта двигателя устанавливать их в те же направляющие. Все толкатели должны быть вычищены и тщательно осмотрены. В случае обнаружения вогнутости днища толкатель подлежит замене.
ПРИМЕЧАНИЕ
Перешлифовывать днище толкателя вообще не рекомендуется, потому что при этом с поверхности толкателя может быть полностью сошлифован закаленный слой металла.
При установке толкателя, независимо от того, новый он или изношенный, обязательно проверяется зазор в направляющей толкателя.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТОЛКАТЕЛЯ КЛАПАНА
Техническое обслуживание гидравлического толкателя клапана начинается с тщательного его осмотра. Износ толкателя сравнивается и износом соответствующего кулачка распределительного вала. При капитальном ремонте двигателя или замене распределительного вала все толкатели подлежат обязательной замене.
Поскольку гидравлические роликовые толкатели стоят дорого, производители автомобилей, как правило, рекомендуют не заменять их, а проверять на степень износа, разбирать и очищать. Гидравлический толкатель любой конструкции, если его предполагается использовать повторно, также должен быть разобран и очищен в соответствии с приведенной ниже методикой:
Шаг 1. Подготовьте чистое рабочее место и ванночку для деталей разбираемых толкателей клапанов (рис. 15.69).
Шаг 2. Разберите толкатели клапанов, складывая их детали так, чтобы не перепутать.
Шаг 3. Промойте все детали и соберите толкатели клапанов. Для протирки используйте только неволокнистую ткань, поскольку волокна, прилипшие к деталям толкателя, могут нарушить его работу.
Шаг4. Проверьте собранные толкатели клапанов на скорость утечки на испытательном стенде, используя для этого специальную вязкую жидкость (рис. 15.70). При проверке на скорость утечки измеряется:
Рис. 15.69. Промывка разобранного гидравлического толкателя в чистом органическом растворителе. После очистки и сборки все гидравлические толкатели клапанов должны быть проверены на скорость утечки на испытательном стенде с использованием специальной жидкости
426 Глава 15
Рис. 15.70. Типичный испытательный стенд для проверки гидравлических толкателей клапанов на скорость утечки
УДАЛЕНИЕ ВОЗДУХА
ИЗ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ТОЛКАТЕЛЕЙ КЛАПАНОВ
Воздух, попавший в гидравлические толкатели клапанов, легко удаляется из них при работе двигателя на холостом ходу на повышенных оборотах (2500 оборотов в минуту). Весь воздух, попавший в толкатель, будет выведен из него потоком масла, протекающим через толкатель.
ПРИМЕЧАНИЕ
В некоторых конструкциях двигателей, например, во многих двигателях с верхним расположением распределительного вала компании Nissan, воздух должен быть обязательно удален из толкателя перед его установкой. Для этого толкатель клапана опускается в канистру с маслом и обратный клапан толкателя открывается путем нажатия на него разогнутой канцелярской скрепкой.
а. Время заполнения толкателя клапана жидкостью через зазор между корпусом и плунжером толкателя.
6. Время опорожнения толкателя клапана при заданной нагрузке на плунжер, — до полного опускания плунжера, — оно должно быть не меньше 10 с, но не больше 90 с.
в. Проверьте точное значение времени утечки, указанное в руководстве по техническому обслуживанию на данный автомобиль. Среднее время утечки устанавливается в пределах от 20 с до 40 с.
УСТАНОВКА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТОЛКАТЕЛЯ КЛАПАНА
Большинство производителей автомобилей рекомендуют при установке гидравлических толкателей клапанов не заполнять их маслом перед установкой и не закачивать в них масло принудительно. Если толкатель заполнен маслом, то при запуске двигателя оно может не успеть вытечь и клапаны могут остаться в открытом состоянии. Незакрывающиеся клапаны не только приведут к нарушению нормальной работы двигателя, но и могут оказаться повреждены из-за столкновения с поршнями, что вызовет серьезное повреждение двигателя. Большинство производителей обычно указывает, что перед установкой толкатели клапанов должны быть смазаны. Роликовые гидравлические толкатели можно смазывать машинным маслом, а вот в случае механических плоскодонных толкателей требуется специальное масло или консистентная смазка с противозадирными присадками, которой необходимо покрыть днище толкателя.
Для получения точных инструкций относительно методики удаления воздуха из гидравлических толкателей обратитесь к руководству по техническому обслуживанию данного автомобиля. На рис. 15.71 показан пример специального инструмента, необходимого для удаления воздуха из гидравлических регуляторов зазора, используемых в шестицилиндровых V-образных двигателях DaimlerChrysler объемом от 3,2 л до 3, 5 л с верхним расположением распределительного вала.
Рис. 15.71. Специальный инструмент с игольчатым наконечником, используемый для выпуска воздуха из гидравлического регулятора зазора
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 427
ФОТОРЯД Регулировка теплового зазора
Ил. 24.1. Перед началом регулировки теплового зазора ознакомьтесь с установленными производителем техническими характеристиками и процедурами регулировки. Техник просматривает на компьютере эту информацию, записанную на компакт-диске
Ил. 24.2. Инструменты, необходимые для регулировки теплового зазора в клапанном механизме двигателя с регулируемыми клапанными коромыслами, в том числе ручные инструменты общего назначения, калиберный щуп и динамометрический ключ
Ил. 24.3. Общий вид четырехцилиндрового двигателя, в котором необходимо, в соответствии с рекомендациями производителя, произвести профилактическую регулировку теплового зазора
Ил. 24.4. Процедура регулировки начинается с отсоединения и маркирования, при необходимости, всех вакуумных трубопроводов, которые необходимо снять, чтобы добраться до клапанной крышки головки блока цилиндров
Ил. 24.5. Труба воздухозаборника отсоединяется от горловины дроссельной камеры
Ил. 24.6. После отсоединения вакуумных трубопроводов и трубы воздухозаборника можно снять клапанную крышку, вывинтив крепежные болты
428 Глава 15
Регулировка теплового зазора
продолжение
Ил. 24.7. Обратите внимание на чистоту двигателя. Это свидетельство того, что владелец автомобиля выполняет необходимое техническое обслуживание и регулярно заменяет масло
Ил. 24.8. Для того чтобы определить, на какой угол проворачивать двигатель, техник снимает крышку распределителя зажигания, чтобы видеть положение ротора
Ил. 24.9. Коленчатый вал проворачивается до тех пор, пока реперные метки на коленчатом валу и корпусе двигателя не совпадут при закрытых обоих клапанах цилиндра №1 — в верхней мертвой точке (ВМТ)
Ил. 24.10. Между концом клапанного коромысла, соприкасающегося с базовой окружностью кулачка, и поверхностью кулачка вставляется калиберный щуп заданной толщины. Если зазор равен толщине калиберного щупа, то щуп должен войти в него с небольшим сопротивлением
Ил. 24.11. Если измеренный зазор не соответствует заданному, отпускается стопорная гайка и поворотом регулировочного винта с помощью отвертки устанавливается заданный зазор
Ил. 24.12. После регулировки закрытых клапанов первого цилиндра коленчатый вал проворачивается на один оборот — опять-таки до совпадения реперных меток. Техник использует для проворачивания коленчатого вала двигателя ключ, надетый на ведущий шкив автомобильного генератора
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 429
Регулировка теплового зазора
продолжение
Ил. 24.13. Коленчатый вал проворачивается до тех пор, пока реперные метки снова совместятся. Теперь клапаны четвертого цилиндра установлены в положение для измерения теплового зазора
Ил. 24.14. В некоторых конструкциях двигателей, для того чтобы определить, на какой угол необходимо повернуть коленчатый вал, необходимо контролировать направление, которое указывает ротор распределителя зажигания. Следуйте инструкции по регулировке, установленной изготовителем автомобиля
Ил. 24.15. У выпускных клапанов тепловой зазор зачастую должен быть больше, чем у впускных клапанов. Техник с помощью калиберных щупов, один из которых на одну тысячную толще, а другой — на столько же тоньше заданной величины, перепроверяет правильность установки теплового зазора
Ил. 24.16. При регулировке теплового зазора заняты обе руки — одной с помощью ключа отпускается и затягивается стопорная гайка, а другой, с помощью отвертки, поворачивается регулировочный винт. После регулировки величина зазора обязательно перепроверяется
Ил. 24.17. После проверки и при необходимости регулировки тепловых зазоров во всех клапанных механизмах производится сборка двигателя, которая начинается с замены всех уплотнительных прокладок и сальников в соответствии с инструкцией изготовителя
Ил. 24.18. При установке крышки головки блока цилиндров нужно быть внимательным, чтобы не зажать между ней и головкой блока цилиндров провод или вакуумный шланг
430 Глава 15
Регулировка теплового зазора
продолжение
Ил. 24.19. Крепежные болты клапанной крышки, в соответствии с техническими требованиями завода-изготовителя, затягиваются с заданным моментом затяжки с помощью динамометрического ключа
Ил. 24.20. Крышка распределителя зажигания устанавливается на место
Ил. 24.21. К свечам зажигания подключаются высоковольтные провода, на место ставятся все фиксаторы, которые были сняты для получения доступа к клапанной крышке
Ил. 24.22. Подсоединяются все отсоединенные вакуумные и воздушные шланги и трубопроводы. Разбухшие и рассохшиеся шланги заменяются
Ил. 24.23. Проверяется качество затяжки всех хомутов. Производится запуск двигателя и проверка его работы
Ил. 24.24. После запуска двигателя производится перепроверка вакуумных и масляных каналов на наличие утечек
Техническое обслуживание распределительного вала и клапанного механизма 431
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Распределительный вал вращается в два раза медленней коленчатого вала.
2. Если распределительный вал и толкатели клапанов работают нормально, то при работе двигателя штанги толкателей клапанов должны вращаться.
3. В двигателях с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала распределительный вал обычно стоит над коленчатым валом в блоке цилиндров. Кулачки распределительного вала обычно смазываются разбрызгиваемым маслом.
4. Плоскозвенные цепи работают тише роликовых, но более подвержены растяжению в процессе эксплуатации.
5. Осевой люфт распределительного вала — это осевое смещение распределительного вала в процессе работы двигателя.
6. Высота вершины кулачка распределительного вала выражается обычно в десятых долях дюйма и характеризует высоту подъема клапана над седлом.
7. Во многих конструкциях двигателей усилие, создаваемое подъемом кулачка распределительного вала, передается на верхушку стержня клапана, открывая его, посредством клапанного коромысла или одноплечного рычажного коромысла.
8. Штанга передает усилие, создаваемое поднимающимся кулачком распределительного вала, вверх — на клапанное коромысло, поднимая его плечо.
9. Продолжительность действия кулачка распределительного вала определяется величиной угла, на который поворачивается коленчатый вал за время, в течение которого клапан остается поднятым над седлом.
10. Перекрытие клапанов определяется величиной угла, на который поворачивается коленчатый вал за время, в течение которого оба клапана остаются открытыми.
11. Распределительные валы должны устанавливаться в строгом соответствии с инструкциями производителя. Кулачки распределительных валов, предназначенных для работы с плоскодонными толкателями клапанов, должны быть тщательно смазаны специальной консистентной смазкой с противозадирными присадками.
12. При установке нового распределительного вала производится обязательная замена всех толкателей клапанов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. За счет чего возникает осевая нагрузка на распределительный вал?
2. Когда в качестве материала для изготовления распределительного вала используется сталь?
3. Объясните, почему высота подъема, продолжительность действия и угловое положение осевой линии кулачка распределительного вала определяют мощностные характеристики двигателя.
4. Объясните, что означает осевая линия кулачка распределительного вала.
5. Перечислите виды покрытии, используемых для повышения твердости поверхности распределительного вала и защиты его от износа.
6. Объясните принцип работы гидравлического толкателя клапана.
7. Опишите методику проверки соответствия предварительного натяга гидравлического толкателя клапана техническим требованиям.
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. Распределительный вал совершает оборотов за один оборот коленчатого вала.
а. Четверть оборота.
6. Пол-оборота.
в. Один оборот.
г. Два оборота.
2. Толкатели клапанов поворачиваются в процессе работы благодаря.
а. Скосу рабочей поверхности кулачка распределительного вала.
6. Упорной плите распределительного вала.
в. Устройству натяжения приводной цепи.
г. Подшипникам.
3. Если высота и продолжительность действия кулачка остаются постоянными, а угол разворота уменьшается, то.
а. Уменьшается перекрытие клапанов.
6. Возрастает эффективная высота подъема клапана.
в. Возрастает эффективная продолжительность действия кулачка.
г. Возрастает перекрытие клапанов.
4. При перешлифовывании распределительного вала
а. Уменьшается диаметр базовой окружности ку-
лачка.
432 Глава 15
6. Восстанавливается первоначальная высота вершины кулачка.
в. Восстанавливается первоначальная продолжительность действия кулачка.
г. Происходят все вышеперечисленные изменения.
5. Если распределительный вал выставлен с опережением относительно стандартного положения, принятого в серийном двигателе,.
а. Расстояние между открытым впускным клапаном и поршнем увеличивается.
б. Расстояние между открытым впускным клапаном и поршнем уменьшается.
в. Расстояние между открытым выпускным клапаном и поршнем уменьшается.
г. Происходят изменения, указанные в пунктах а и в.
д. Происходят все вышеперечисленные изменения.
6. Типичная величина предварительного натяга гидравлического толкателя клапана находится в пределах .
а. От 0,001 дюйма до 0,003 дюйма.
6. От 0,005 дюйма до 0,010 дюйма.
в. От 0,020 дюйма до 0,045 дюйма.
г. От 0,080 дюйма до 0,180 дюйма.
7. В шестицилиндровом V-образном двигателе с верхним расположением распределительных валов, в котором используется двухвальный механизм газораспределения, стоит распреде-лительный(ых) вал(а)?
а. 4.
6. 3.
в. 2.
г. 1.
8. Впускной клапан открывается при угле 39 градусов до ВМТ и закрывается при угле 71 градус после НМТ. Выпускной клапан открывается при угле 78 градусов до НМТ и закрывается при угле 47 градусов после ВМТ.
а. Продолжительность нахождения впускного клапана в открытом состоянии составляет ПО градусов.
6. Продолжительность нахождения выпускного клапана в открытом состоянии составляет 125 градусов.
в. Перекрытие клапанов составляет 86 градусов.
г. Верны пункты а и б.
9. Гидравлические толкатели клапанов создают тикающий шум при работе двигателя, если. а. Тепловой зазор слишком мал.
6. Тепловой зазор слишком велик
в. Угол разворота кулачков превышает 100 градусов.
г. Верны пункты айв.
10. На распределительные валы, с целью дополнительного повышения их износостойкости, на заводе, как правило, наносится покрытие.
а. Смазка для зубчатых передач SAE 80W-90.
6. Моторное масло 5W-30.
в. Фосфатное покрытие.
г. Пчелиный или свечной воск.
ГЛАВА
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров
Цель главы 16 — научить читателя:
1. Разбираться в типах блоков цилиндров и знать, как они изготавливаются.
2. Знать перечень операций механической обработки, которые проходят блоки цилиндров большинства типов.
3. Знать, какими средствами достигается чистота внутренней поверхности цилиндров.
4. Знать последовательность операций, которые необходимо выполнить при подготовке блока цилиндров к сборке.
Блок цилиндров двигателя, который является несущей конструкцией двигателя в целом, отливается из чугуна, или методом литья под давлением— из алюминиевого сплава. Серый цвет блока объясняется тем, что в составе чугуна содержится 3% процента углерода, в форме графита. Жидкий металл заливается в литейную форму. Углерод в составе чугуна облегчает последующую механическую обработку, которая чаще всего выполняется без применения охлаждающей жидкости. Графит в составе чугуна обладает также смазывающими свойствами. В современных двигателях стенки блоков цилиндров, с целью снижения веса, делаются весьма тонкими. Чугун обладает высокой удельной прочностью и, как правило, магнитными свойствами. Все остальные детали двигателя монтируются на этом блоке или в нем. Эта большая литая деталь служит опорой коленчатого вала и распределительного вала и обеспечивает ус
тойчивое взаимное расположение всех остальных деталей двигателя.
Блоки цилиндров зачастую имеют моноблочную конструкцию — иными словами, цилиндры, водяная рубашка, постели коренных подшипников и маслопроводные каналы выполняются в виде конструктивных элементов самой отливки, с целью повышения прочности и снижения уровня шума двигателя. Большие отверстия в отливке блока служат заготовками цилиндров, в которых двигаются поршни. Большие отверстия цилиндров называются расточками, потому что они подвергаются механической обработке, которая называется расточкой. Нагрузки, создаваемые давлением газов, возникающим при сжигании рабочей смеси в камере сгорания, через конструкцию блока передаются на несущие перегородки, на которые опирается коленчатый вал. В конструкции блока предусмотрены перемычки, стенки и просверленные каналы, по которым текут охлаждающая жидкость и моторное масло, не смешиваясь друг с другом (рис. 16.1). На корпусе блока цилиндров предусмотрены опорные подушки или лапы для крепления двигателя к шасси автомобиля, через которые крутящий реактивный момент, возникающий при работе двигателя, передается на шасси автомобиля. На заднем торце двигателя предусмотрен большой фланец для крепления корпуса муфты сцепления или трансмиссии.
К блоку цилиндров крепится головка(и) блока цилиндров. Поверхность контакта головки с блоком цилиндров герметизируется с помощью уплотнительной прокладки. Уплотнительные прокладки устраняют зазоры в зоне контакта, вызванные неидеальностью механической обработки поверхностей, а также высокими давлениями и температурами.
434 Глава 16
ПОСАДОЧНОЕ ГНЕЗДО
ТОЛКАТЕЛЯ КЛАПАНА
ОТВЕРСТИЕ ЦИЛИНДРА
ОТВЕРСТИЕ КАНАЛА
ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
ПОСТЕЛЬ ПОДШИПНИКОВ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
ПОСТЕЛЬ КОРЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Рис. 16.1. Типичный блок цилиндров V-образного двигателя
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА БЛОКОВ ЦИЛИНДРОВ
Технология литья чугунных блоков цилиндров непрерывно совершенствуется. Основная тенденция — уменьшение количества сборочных элементов литейного стержня за счет сборки его из более крупных частей. Песчано-масляные литейные стержни, показанные на рис. 16.2, формируют внутренние полости будущей отливки блока цилиндров. Литейный стержень устанавливается в литейную форму (стержневой ящик), в которой стоит также вкладыш, формирующий внешнюю форму блока цилиндров. В подготовленную литейную форму разливается чугун специального состава. Расплавленный металл заполняет пустоты между вкладышем литейной формы и стержнями. Когда
отливка остывает, литейный стержень разваливается. После того как отливка отвердеет, ее вынимают из литейной формы и удаляют обломки литейного стержня через технологические отверстия в отливке, подвергая ее интенсивной вибротряске. Эти технологические отверстия в блоке цилиндров позже закрываются пробками технологических отверстий. Эти пробки называют также антиморозными пробками. Судя по этому названию, эти пробки должны при замерзании охлаждающей жидкости выдавливаться из двигателя, предохраняя блок цилиндров от повреждений, но на самом деле такое происходит редко. Чтобы снизить вес двигателя, необходимо сделать его стенки как можно более тонкими. Чугун, применяемый в технологии тонкостенного литья, отличается повышенным содержанием никеля и более высокой прочностью, по сравнению с ранее использовавшимися марками чугуна. В производстве блоков цилиндров для снижения веса стали использовать технологии литья, позволяющие получить стенки и переборки блоков ровно такой толщины, которой достаточно для обеспечения сопротивления заданным нагрузкам. В выпускаемых блоках цилиндров из развала цилиндров убрано максимально возможное количество металла, разработаны небольшие по размерам гидравлические толкатели, позволившие уменьшить размеры узлов крепления.
ИДЕНТИФИКАЦИОННЫЙ НОМЕР ОТЛИВКИ
При отливке таких деталей двигателя, как блоки цилиндров, в литьевой форме всегда ставится идентификационный номер отливки (рис. 16.3). По этим идентификационным номерам можно проверить
а)
6)
Рис. 16.2. Литейные стержни. Отдельные части литейного стержня (а). Литейный стержень в сборе (публикуется с любезного разрешения главного отдела по технологии литья корпорации GMQ (6)
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 435
Рис. 16.3. Идентификационный номер блока цилиндров может быть отлит или выштампован, или то и другое одновременно
характеристики блока, например, рабочий объем цилиндров, и узнать, в частности, год его изготовления. Иногда в конструкцию литьевой формы вносятся изменения, однако номер отливки остается неизменным. Чаще всего именно номер отливки служит наилучшим идентификатором, позволяющим получить информацию, необходимую при техническом обслуживании двигателя.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА БЛОКОВ ЦИЛИНДРОВ
После остывания и тщательной очистки отливки поступают на линию механической обработки. Верхняя, нижняя и торцевые поверхности отливки подвергаются получистовой обработке — протяжке. Используемый для этого инструмент представляет собой большую плиту с множеством резцов. Последующий резец срезает металл немного выше, чем предыдущий. Протяжной станок работает как большой, грубый фигурный напильник. За первый проход обрабатываются обе опорные поверхности блока цилиндров и фланец крышки развала цилиндров. За второй проход обрабатываются постели коренных подшипников коленчатого вала и фланец поддона картера. За третий проход могут быть обработаны торцы блока цилиндров. Для одних из этих поверхностей обработка завершается на операции протяжки. Другие же поверхности необходимо довести до требуемого качества путем фрезерования, чистовой протяжки или растачивания. После протяжки на обработанной поверхности остаются следы в виде прямых линий, в то время как линии, остающиеся после фрезерования — дугообразные.
Цилиндры растачиваются и хонингуются в многоступенчатом технологическом процессе для достижения требуемых размеров и чистоты поверхности. На рис. 16.4 показана часть линии механической обработки блоков цилиндров. В некоторых конструкциях двигателей, в которых используются очень большие
Рис. 16.4. Один из участков производственной линии по изготовлению двигателей (публикуется с любезного разрешения компании Greenlee Brothers and Company)
436 Глава 16
Рис. 16.5. Выборка в верхней кромке цилиндра, обеспечивающая зазор между клапаном и цилиндром
Рис. 16.6. Чугунные гильзы цилиндров устанавливаются в алюминиевый блок цилиндра как закладные детали при отливке блока, или запрессовываются в него
клапаны, в верхней кромке цилиндра делается небольшая выборка для размещения клапана (рис. 16.5).
АЛЮМИНИЕВЫЕ БЛОКИ ЦИЛИНДРОВ
В ряде конструкций двигателей блоки цилиндров изготавливаются из алюминия, который не обладает магнитными свойствами и отличается малым удельным весом. Стенки цилиндров в блоках, изготовленных из алюминия, могут быть множества разных конструкций:
• В алюминиевых блоках цилиндров могут стоять стальные цилиндровые гильзы (шести- и восьми цилиндровые V-образные двигатели модульной конструкции автомобилей Saturn, Northstar и Ford). Чугунные гильзы цилиндров устанавливаются в виде закладных деталей при отливке алюминиевых блоков или запрессовываются в расточки уже отлитых блоков. Эти гильзы не контактируют непосредственно с охлаждающей жидкостью и называются сухими (рис. 16.6).
• Другой тип конструкции представляет собой алюминиевый блок, отлитый под давлением из алюми-ниево-кремниевого сплава, в котором не используются гильзы. В таких алюминиевых цилиндрах используются поршни с покрытием из твердого медно-цинкового сплава (двигатели Porsche 944, рис. 16.7).
• В некоторых конструкциях двигателей используются алюминиевые блоки цилиндров, изготовленные методом литья под давлением, в цилиндрах которых стоят сменные гильзы. Эти гильзы герметично уплотняются в блоке цилиндров. Стенки таких гильз цилиндров непосредственно контактируют с охлаждающей жидкостью, поэтому они называются мокрыми (восьмицилиндровые V-образные двигатели Cadillac объемом 4,1 л, 4,5 л и 4,9 л).
Рис. 16.7. Блок цилиндров, изготовленный из алюминиево-кремниевого сплава методом литья под давлением, в котором не ставятся гильзы цилиндров. Многие производители используют эту технологию для производства легких блоков цилиндров мощных двигателей (публикуется с любезного разрешения моторостроительного отделения Chevrolet корпорации GMQ
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 437
Цилиндр №1 — это, как правило, самый передний цилиндр
в двигателе. "Самый передний" означает самый ближайший к ремням привода агрегатов двигателя цилиндр. Это нелишне запомнить при определении цилиндра №1, особенно в V-образных двигателях с поперечным расположением. Это правило справедливо для всех производимых ныне двигателей. Исключение составляют восьмицилиндровые V-образные двигатели Pontiac и некоторые из восьмицилиндровых V-образных двигателей Cadillac, ни один из которых уже не выпускается.
Для обеспечения необходимой прочности в алюминиевых блоках используются чугунные крышки постелей коренных подшипников.
ПРОВЕРКА СОСТОЯНИЯ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
Неисправности блока связаны с дефектами стенок цилиндров, каналов охлаждающей жидкости, нарушением соосности посадочных отверстий подшипников валов и трещинами. Фиксация, соосность и температурный режим работы всех остальных узлов двигателя зависит от состояния блока цилиндров.
Наиболее частым повреждением блока цилиндров являет износ зеркала цилиндра, типа того, что показан на рис. 16.8. В нормальном состоянии стенки цилиндра имеют гладкую, блестящую поверхность из-за полирующего действия, оказываемого на них поршнем и кольцами поршня в процессе работы двигателя. Иногда из-за соударений шатуна с цилиндром, допускаемых при установке поршня или при замене порш
ня или шатуна, на нижней кромке цилиндра появляются зазубрины. Если их не удалить, они поцарапают юбку поршня в уже отремонтированном двигателе. Подробная информация по очистке и диагностике дефектов блока цилиндров приведена в главе 10.
КОНСТРУКЦИИ БЛОКОВ ЦИЛИНДРОВ УМЕНЬШЕННОЙ ВЫСОТЫ
Главными конструктивными элементами блока цилиндров являются цилиндры, стенки или перемычки, которые служат опорами коленчатого вала, и плита, к которой крепится головка блока цилиндров. Остальное пространство блока цилиндров занимают водяная рубашка, посадочные гнезда толкателей клапанов и монтажные фланцы. В большинстве конструкций двигателей перемычки служат опорами одновременно и распределительного вала и коленчатого вала. Опорные перегородки в блоке цилиндров имеют разветвленную ребристую конструкцию, обеспечивающую равномерное распределение нагрузок. За счет этого обеспечивается конструктивная жесткость блока и его стойкость к изгибным нагрузкам на протяжении всего ресурса двигателя.
Используются два варианта конструкции блоков цилиндров уменьшенной высоты. Первый вариант называется короткоюбочным блоком. Короткоюбочный блок имеет меньший вес и габариты (рис. 16.9). На его изготовление уходит меньшее количество металла, поэтому он получается малогабаритным, компактным и легким. Крышки блока, такие как поддон картера и кожух привода, изготавливаются по большей части из алюминия методом литья под давлением, или штампуются из стали. В этом варианте конструкции осевая линия коленчатого вала находится почти на плоскости
Рис. 16.8. Задир на стенке цилиндра, оставленный лопнувшим поршневым кольцом
Рис. 16.9. Типичный короткоюбочный блок цилиндров, у которого фланец поддона картера лежит почти на одном уровне с осевой линией коленчатого вала. На этой фотографии блок стоит на рабочем столе в перевернутом положении
438 Глава 16
ФЛАНЕЦ ПОДДОНА КАРТЕРА
Рис. 16.10. Типичный длинноюбочный блок цилиндров, у которого фланец поддона картера опущен далеко вниз под осевую линию коленчатого вала. На этой фотографии блок стоит на рабочем столе в перевернутом положении
Рис. 16.11. После демонтажа головки(ок) блока цилиндров болтовые отверстия крепления головки и отверстия каналов охлаждающей жидкости легко отличить друг от друга
основания блока. Основание блока цилиндров называется фланцем поддона картера.
Второй вариант конструкции называется длинноюбочным блоком. В этом варианте из-за высоких стенок блока фланец поддона картера оказывается глубоко внизу — под осевой линией коленчатого вала. Длинноюбочная конструкция обеспечивает повышенную жесткость конструкции всего двигателя (рис. 16.10). При использовании в конструкции V-образных двигателей этот блок называют Y-блоком, потому что по внешнему виду он напоминает букву Y. Этот вариант блока отличается более широким фланцем крепления корпуса муфты сцепления. Повышенная жесткость конструкции обеспечивает ровный и тихий ход двигателя, а также увеличенный срок службы. Длинная юбка должна быть достаточно широкой для свободного движения шатунов поршней в пространстве блока, а, следовательно, в двигатель, в котором используется этот вариант блока цилиндров, требуется заливать большой объем масла.
ПЛИТА БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
Головка блока крепится к верхнему фланцу блока цилиндров, который называется плитой. Плита имеет ровную поверхность, обеспечивающую плотное прилегание к ней уплотнительной прокладки. Отверстия болтовых креплений расставлены вокруг цилиндров так, чтобы обеспечить равномерное распределение силы прижима. В автомобильных двигателях вокруг каждого цилиндра расставлены четыре, пять или шесть болтовых отверстий. Эти болтовые отверстия проходят через участки цилиндра, имеющие повышенную конструктивную прочность — через них нагрузки, создаваемые давлением газов, возникающим при сжигании
рабочей смеси, передаются по конструкции двигателя на его несущие перегородки, которые служат опорами коренных подшипников. Дополнительные отверстия в плите блока цилиндров, показанные на рис. 16.11, служат для пропуска охлаждающей жидкости и масла.
Рис. 16.12. Цилиндр безюбочной конструкции, утопленный заподлицо с верхней внутренней стенкой картера
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 439
ЮБКИ ЦИЛИНДРОВ
Цилиндры могут быть безюбочными, утопленными заподлицо с верхней внутренней стенкой картера (рис. 16.12) или иметь удлиненную юбку, выступающую в картер (рис. 16.13). Цилиндры с удлиненными юбками используются в двигателях с короткими шатунами. В таких двигателях поршни, опускаясь, подходят очень близко к коленчатому валу. Поэтому, для того чтобы поршень оставался в цилиндре в самой нижней точке хода, юбка цилиндра должна быть опущена как можно ниже. Пример такого цилиндра показан на рис. 16.14. Использование цилиндров с удлиненной юбкой позволяет сократить габаритную высоту двигателя, при том же рабочем объеме цилиндров.
КАНАЛЫ ОХЛАЖДЕНИЯ
Цилиндры окружены каналами охлаждающей жидкости. Эти каналы, окружающие цилиндры, часто называют рубашкой охлаждения (рис. 16.15). В блоках цилиндров с цилиндрами безюбочной конструкции каналы охлаждающей жидкости, как правило, доходят почти до дна цилиндра. В блоках, в которых
Рис. 16.14. В двигателе с короткими шатунами поршень в нижней точке хода подходит очень близко к противовесу коленчатого вала
стоят цилиндры с удлиненной юбкой, каналы охлаждающей жидкости охватывают только верхнюю часть цилиндра.
МАСЛОПРОВОДЫ СИСТЕМЫ СМАЗКИ
Рис. 16.13. Юбка цилиндра выступает из внутренней стенки картера
В блоке цилиндров двигателя имеется множество маслопроводных каналов, по которым масло поступает в необходимые места. Все маслопроводные каналы, называемые масляными магистралями, высверливаются в блоке цилиндров в процессе его изготовления. Если необходимо сделать маслопроводный капал с изгибом, то для этого сверлятся пересекающиеся отверстия. В некоторых случаях изменение маршрута потока смазки осуществляется с помощью пробок, устанавливаемых в маслопроводные каналы. В результате масло, минуя первоначальный канал, сначала
Рис. 16.15. Каналы охлаждающей жидкости, окружающие цилиндры
440 Глава 16
Постель подшипника
распределительного вала
Постель коренного подшипника коленчатого вала
Плоскость крепления масляного насоса
Рис. 16.16. Типичная конфигурация маслопроводных каналов, высверливаемых в несущей перегородке блока цилиндров
попадает в другой маслопроводный канал, а затем в первоначальный канал, но уже с другой его стороны, как показано на рис. 16.16. После высверливания маслопроводных каналов лишние отверстия в стенках блока цилиндров заделываются с помощью заглушек, стальных шариков или чашечных расплющиваемых заглушек, часто называемых пробками масляных каналов (рис. 16.17). Эти торцевые заглушки могут стать причиной утечек масла в процессе эксплуатации двигателя.
КРЫШКИ ПОСТЕЛЕЙ КОРЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ
Крышки постелей коренных подшипников отливаются отдельно от блока цилиндров. После предварительной механической обработки они устанавливаются в блок для окончательной обработки поверхности
Рис. 16.17. Типичные пробки масляных магистралей на задней стенке восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet
посадочных гнезд (постелей) опорных подшипников. Механическая обработка постелей подшипников коленчатого вала и распределительного вала, обеспечивающая их надлежащий диаметр и соосность, выполняется при установленных крышках коренных
ОБМЕН ОПЫТО
—
Что означает аббревиатура LHD?
Аббревиатура LHD означает left-hand dipstick — щуп для измерения уровня масла, стоящий слева. Эта аббревиатура обычно используется в документации по ремонту двигателей при описании восьмицилиндровых V-образных двигателей Chevrolet. Примерно до 1980 г. в большинстве восьмицилиндровых V-образных двигателей Chevrolet небольших рабочих объемов щуп для измерения уровня масла стоял в отверстии, расположенном на левой (водительской) стороне блока цилиндров. Начиная примерно с 1980 г., после того как в этом двигателе были впервые установлены кислородные датчики, отверстие масляного щупа было перенесено на правую сторону блока цилиндров.
Поэтому, чтобы не ошибиться при заказе или поставке двигателя этого типа, необходимо точно знать, с какой стороны должно быть в двигателе отверстие масляного щупа. Чтобы LHD-блок цилиндров состыковался с выпускным коллектором, оснащенным кислородным датчиком, потребуются значительные переделки или установка другого варианта масляного поддона и придется сделать новый канал для масляного щупа. Блоки цилиндров с отверстием масляного щупа, расположенным с правой стороны, обозначаются аббревиатурой RHD (RHD — right-hand dipstick — щуп для измерения уровня масла, стоящий справа).
ПРИМЕЧАНИЕ
В течение 1980 г. блоки цилиндров отливались с приливами под отверстие масляного щупа, расположенными с обеих сторон блока, но канал для масляного щупа просверливался только в одном из них (рис. 16.18).
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 441
Рис. 16.18. Блок цилиндров двигателя Chevrolet. Обратите внимание на то, что отверстие канала масляного щупа расположено слева, а справа имеется прилив под правостороннее отверстие щупа
подшипников. Для обеспечения чистоты поверхности и точности размера постели подшипников подвергаются хонингованию. Крышки коренных подшипников не взаимозаменяемы и не допускают установки в блок с переворотом (задом наперед), потому что они индивидуально обработаны по месту. На крышках коренных подшипников могут стоять отлитые номера, указывающие их позицию в блоке цилиндров. Если такие номера отсутствуют, то крышки необходимо обязательно промаркировать.
В серийных двигателях стандартных моделей крышки коренных подшипников крепятся обычно двумя болтами (рис. 16.19). В двигателях большой мощности и высокооборотных двигателях часто ставят дополнительные болты. Крышка подшипника может крепиться четырьмя, и даже шестью болтами, при этом в длинноюбочных блоках цилиндров используется конструкция крышек с перекрестным болтовым креплением, а в короткоюбочных блоках — с параллельным болтовым креплением (рис. 16.20). Во многих конструкциях высокоскоростных двигателей небольшой мощности применяются чугунные пояса жесткости или дополнительные опоры коренных подшипников (рис. 16.21). Не забывайте, что силы, создаваемые газами в камере сгорания, стремятся оторвать головку от блока цилиндров и коленчатый вал — от нижних опор блока. Двигатель держится в собранном виде болтами крепления головки блока цилиндров и болтами крепления крышек коренных подшипников, вкрученными в бобышки и фланцы блока цилиндров. Бобышки — это утолщения, окружающие отверстия в блоке цилиндров. Дополнительные болты крепления крышек подшипников обеспечивают усиление крепления коленчатого вала при больших механических нагрузках и высоких давлениях, возникающих при
Рис. 16.19. Стандартная крышка коренного подшипника с двухболтовым креплением
Рис. 16.20. В этом восьмицилиндровом V-образном двигателе Chevrolet LS-1 крышки коренных подшипников крепятся четырьмя параллельными болтами и вдобавок к этому двумя перекрестными болтами к боковым стенкам блока цилиндров
442 Глава 16
Рис. 16.21. В этом двигателе стоит чугунный пояс жесткости, который прикручен ко всем опорам коренных подшипников и стягивает их, создавая прочную и жесткую опору коленчатому валу
Рис. 16.22. Крышки всех коренных подшипников должны плотно сидеть на своих посадочных местах в блоке цилиндров. После того как из крышки коренного подшипника вывинчены болты, она снимается с помощью молотка со скользящим бойком
сгорании рабочей смеси, особенно при работе двигателя на высоких оборотах (рис. 16.22).
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
Блок цилиндров — это основа двигателя. Все части блока должны иметь надлежащие размеры и ориентацию. Все части блока цилиндров должны также иметь надлежащее качество поверхности, чтобы двигатель работал надежно на протяжении всего ресурса. “Калькирование” — означает такое восстановление качества всех важнейших поверхностей и всех размеров, при котором блок цилиндров фактически становится как новый.
После тщательной очистки блок цилиндров, прежде чем он будет подвергнут механической обработке, должен быть обследован на наличие трещин и иных дефектов. Если блок пригоден для дальнейшей экс
плуатации, то он проходит механическую обработку в следующей последовательности:
Операция 1. Восстановление соосности постелей коренных подшипников в сборе с крышками подшипников путем их растачивания или хонингования.
Операция 2. Восстановление параллельности поверхности плиты блока цилиндров с осью коленчатого вала путем ее механической обработки.
Операция 3. Растачивание и хонингование цилиндров.
ЦЕНТРИРОВАНИЕ ПОСТЕЛЕЙ КОРЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ
Коренные опорные шейки коленчатого вала, если он не искривлен, соосны. Если постели (посадочные гнезда) коренных подшипников коленчатого вала несоосны, то вал при вращении будет изгибаться. Это
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 443
Рис. 16.23. Проверка соосности постелей коренных подшипников с помощью поверочной линейки и калиберного щупа
Рис. 16.24. Прежде чем приступать к выравнивающему хонингованию (или растачиванию), посадочное гнездо (постель) каждого коренного подшипника необходимо измерить. Для этого лучше всего подходит микрометрическии нутромер с циферблатной шкалой, потому что после установки его на необходимое значение диаметра индикатор будет прямо показывать отклонения размера от заданного значения в ту или иную сторону
приводит к ускоренному износу коренных подшипников и даже к поломке коленчатого вала. Первичные термические напряжения, которые имеются в блоке цилиндров, постепенно ослабевают в процессе его эксплуатации. Вследствие этого возможно небольшое коробление блока цилиндров со временем. Кроме того, непрерывные вибрации, вызванные сгоранием газов, приводят к растяжению крышек коренных подшипников (рис. 16.23 и 16.24). Восстановление соосности и формы постелей коренных подшипников осуществляется путем их механической обработки, которая
называется выравнивающим растачиванием или выравнивающим хонингованием.
Для восстановления соосности постелей коренных подшипников в блоке цилиндров используется разнообразное станочное оборудование. Наряду с простыми станками, которые представляют собой всего лишь приспособления, закрепляемые на обрабатываемом блоке цилиндров, имеются и высокопроизводительные специализированные станки для выравнивающего растачивания или выравнивающего хонингования. Для выравнивающего растачивания используются резцы аналогичные токарным. Хонингование выполняется не резцом, а шлифовальными брусками, и обеспечивает более высокую чистоту поверхности.
Независимо то того, какое оборудование используется, выравнивающее растачивание выполняется по следующей методике:
Шаг 1. С торцов крышек коренных подшипников снимается тонкий слой металла. Рис. 16.25 иллюстрирует метод выполнения этой операции. Перед тем как приступить к выравнивающему растачиванию постелей коренных подшипников, необходимо удалить с поверхности торца крышки коренного подшипника, которым она опирается на блок, слой металла толщиной примерно 0,015 дюйма (0,38 мм). При выравнивающем хонинговании достаточно снять только 0,002 дюйма (0,05 мм) металла.
Шаг 2. После шлифовки опорных торцов крышки коренных подшипников устанавливаются с надлежащей затяжкой крепежных болтов на своих местах в блоке цилиндров.
Шаг 3. Выполняется контрольное измерение постелей коренных подшипников, чтобы точно определить, в каких местах необходимо снять металл для достижения соосности отверстий. Резцы, используемые для растачивания, регулируются под каждое из отверстий для получения необходимого диаметра. На рис. 16.26 показано типичное приспособление, используемое для выравнивающего растачивания.
ПРИМЕЧАНИЕ
Критическим параметром для любого двигателя является расстояние между осями распределительного и коленчатого валов. Это расстояние должно выдерживаться, чтобы обеспечивалось надлежащее зацепление шестерен привода распределительного вала или натяжение приводной цепи. Если это расстояние отличается от установленного, это приведет к нарушению работы механизма газораспределения и ускоренному выходу из строя распределительного вала (рис. 16.27).
Шаг 4. При выравнивающем хонинговании головка с брусками пропускается одновременно через все постели коленчатого вала в блоке. Вращающемуся
444 Глава 16
а)
б)
Рис. 16.25. В процессе подготовки к выравнивающему хонингованию механик покрывает торцы крышек коренных подшипников специальным голубым красителем. Поскольку с опорной поверхности крышки необходимо снять слой металла толщиной менее 0,001 дюйма, механик хочет быть уверенным в том, что металл сошлифовывается равномерно (а). Один из вариантов приспособлений, используемых для тонкой шлифовки опорного торца крышки коренного подшипника (6)
Рис. 16.26. Выравнивающее растачивание постелей коренных подшипников в мощном стационарном двигателе промышленной установки
хонинговальному валу придается возвратно-поступательное движение. В процессе выполнения операции бруски шлифуют поверхность посадочных гнезд до необходимых размеров, как показано на рис. 16.28. На освоение этой операции и приобретение опыта, необходимого для качественного выравнивания постелей коренных подшипников в блоке цилиндров, требуется серьезная индивидуальная подготовка и длительная практика.
Шаг 5. После выравнивающего растачивания блок цилиндров и маслопроводные каналы должны быть тщательно очищены от стружки и частиц абразива. Поверхности, подвергнутые механической обработке, покрываются маслом для защиты от коррозии до окончательной очистки блока цилиндров перед сборкой.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПЛИТЫ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
Камеры сгорания всех цилиндров двигателя должны иметь одинаковые размеры. Для этого все поршни должны подниматься на одинаковую высоту относительно поверхности плиты блока цилиндров. Шатуны закреплены на шатунных шейках коленчатого вала. Поршни закреплены на шатунах. При вращении коленчатого вала поршни поднимаются вверх на амплитуду хода. Если все части имеют одинаковые размеры, все поршни будут подниматься на одинаковую высоту. Это возможно только в том случае, если плоскости плиты блока цилиндров будет параллельна оси, на которой расположены постели коренных подшипников (рис. 16.29-16.31).
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 445
Рис. 16.27. Специальный инструмент для измерения расстояния между осями коленчатого и распределительного валов. При выравнивающем растачивании с поверхности постелей коренных подшипников удаляется металл, в результате чего расстояние между осями коленчатого и распределительного валов уменьшается
При необходимости выравнивания размеров камер сгорания плита блока должна быть обработана на шлифовальном станке, обеспечивающем контроль толщины снимаемого с поверхности плиты металла. Эта операция называется шлифовкой плиты блока цилиндров. Обрабатываемый блок выставляется (базируется) на шлифовальном станке при помощи специального приспособления, называемого устано-
Рис. 16.29. Проверка плоскостности плиты блока цилиндров с помощью поверочной линейки. Плоскопараллельность линейки должна быть не хуже 0,0002 дюйма (двух десятитысячных дюйма)
вочным валом. Блок опирается на установочный вал постелями коренных подшипников. Установочный вал стоит параллельно ходу шлифовальной головки. Блок выставляется в крепежном приспособлении и затем плита блока шлифуется способом, аналогичным способу шлифовки нижней поверхности головки блока цилиндров. В некоторых случаях для шлифовки плиты блока достаточно выставить его на шлифовальном станке непосредственно по фланцу поддона картера. На рис. 16.32 показан процесс обработки плиты блока цилиндров на шлифовальном станке. См. также рис. 16.33. Для обеспечения плотного контакта с головкой блока цилиндров качество обработки поверхности плиты чугунных блоков цилиндров должно быть в пределах от 60 до 100 Ra (от 65 до НО RMS),
Рис. 16.28. Выравнивающее хонингование постелей коренных подшипников
446 Глава 16
а)
б)
Рис 16.30. Проверка плоскостности плиты блока цилиндров с помощью поверочной линейки и калиберного щупа (а). Чтобы убедиться в том, что плита блока цилиндров имеет плоскую поверхность, она должна быть проверена в шести местах, как показано на рисунке (6)
Рис 16.31. Механическая обработка блока цилиндров восьмицилиндрового V-образного двигателя позволяет выровнять плоскости плит блока под углом 90° друг к другу и обеспечить необходимую симметричность блока
чатого вала) в тех местах, где происходит максимальный износ. Максимальный износ обнаруживается, как правило, в самой верхней части1, а минимальный — под нижней точкой, до которой доходит нижний край самого нижнего кольца поршня (рис. 16.34 и 16.35). Цилиндры ремонтопригодны, если:
• Овальность (отклонение от круговой формы сечения) не превышает 0,003 дюйма (0,076 мм).
• Конусность не превышает 0,005 дюйма (0,127 мм).
• В стенках цилиндра отсутствуют глубокие царапины.
ПРИМЕЧАНИЕ
При восстановлении качества поверхностей деталей двигателя обязательно сверяйтесь с техническими требованиями, установленными изготовителем. Например, для восьмицилиндрового V-образного двигателя General Motors LS-1 объемом 5,7 л допустимая овальность сечения цилиндра составляет всего лишь 0,0003 дюйма (три десятитысячных дюйма)!
а алюминиевых — от 50 до 60 Ra (от 55 до 65 RMS). Дополнительная информация, касающаяся качества поверхности, приведена в главе 13.
РАСТАЧИВАНИЕ ЦИЛИНДРОВ
, Измерения цилиндров должны производиться по их глубине (вдоль оси, перпендикулярной оси колен-
Самым эффективным способом устранения чрезмерной овальности, конусности и царапин на зеркале цилиндра является его растачивание. Для расточенного цилиндра необходим новый поршень большего диаметра.
Максимально допустимый диаметр растачивания цилиндра определяется двумя параметрами: толщиной стенки цилиндра и максимальным диаметром
1 В том месте, до которого доходит в ВМТ верхнее компрессионное кольцо. — Примеч. ред.
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 447
Рис. 16.32. Обработка поверхности плиты блока цилиндров на шлифовальном станке
Микрометрический нутромер с циферблатной шкалой
ОБМЕН
Рис. 16.33. Поверхности шлифовальных камней. Слева показан мелкозернистый камень, справа — крупнозернистый
ШШШШНЯШШШШЯЯВЯШШЯШШЯЯШЛ Как определить, насколько нужно растачивать отверстие цилиндра?
Простои способ определить диаметр ремонтного поршня — определите величину конусности цилиндра, удвойте ее и прибавьте к полученному результату 0,010 дюйма (диаметр ремонтного поршня = конусность х 2 + 0,010 дюйма). Ремонтные поршни выпускаются увеличенного, по отноше;" нию к номинальному, диаметра—на0,020дюйма, 0,030 дюйма, 0,040 дюйма и 0,060 дюйма. Будьте особенно осторржны при растачиваний цилиндра под поршни диаметром более чем на 0,030 дюйма превышающим номинальный.
Рис. 16.34. Измерение геометрических параметров цилиндра с помощью микрометрического нутромера с циферблатной шкалой. Сначала диаметр цилиндра измеряется вверху, по линии, перпендикулярной оси коленчатого вала. Это диаметр "X". Затем, в этом же месте, диаметр измеряется по линии, параллельной оси коленчатого вала. Это диаметр "Y". Разница между X и Y дает величину овальности цилиндра в этом сечении. Затем диаметр цилиндра измеряется внизу — по линии, перпендикулярной оси коленчатого вала. Вычитание полученного значения из измеренного ранее диаметра X дает величину конусности цилиндра
448 Глава 16
Рис. 16.35. Опытный автомеханик, прежде чем приступать к механической обработке двигателя, измерит и запишет все его геометрические параметры двигателя
Рис. 16.37. Расточный станок настраивается для растачивания цилиндров восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet
Рис. 16.36. Для измерения толщины стенки цилиндра используется ультразвуковой толщиномер. В данном примере толщина чугунной стенки оказалась равной 0,481 дюйма
ремонтных поршней. Если возникают опасения в том, что необходимый диаметр растачивания настолько велик, что это приведет к снижению конструктивной прочности цилиндра, необходимо измерить толщину
стенок цилиндра с помощью ультразвукового измерителя толщины (рис. 16.36). Измерения необходимо провести на всех цилиндрах. Из-за сдвига (смещения) литейных стержней в процессе отливки блока цилиндров возникает неравномерность толщины стенок цилиндров. Лучше всего растачивать цилиндры как можно меньше — до минимально возможного диаметра.
СОВЕТ
Поршни, которые планируется установить в расточенные цилиндры, должны быть обязательно получены до того, как цилиндры будут растачиваться. Тогда растачивание и хонингование цилиндров будет производиться точно под размеры поршней.
Чтобы подшипники и поршни выработали положенный ресурс, оси цилиндров должны быть перпендикулярны оси коленчатого вала. Если плита блока цилиндров выровнена с осью коленчатого вала, то выравнивать цилиндры можно по ней. Расточная оправка крепится к плите блока цилиндров. При выполнении растачивания на специализированном предприятии блок цилиндров выставляется на установочном валу станка, вставленном в посадочные отверстия коренных подшипников.
При растачивании цилиндров крышки постелей коренных подшипников должны стоять на своих местах и быть надлежащим образом затянуты. При прецизионном растачивании цилиндров в дополнение к этому на место крепления головки блока цилиндров к блоку цилиндров также крепится технологическая плита, имитирующая головку блока. Таким способом до минимума снижаются искажения формы расточенных цилиндров. Стандартная процедура растачивания цилиндра заключается в установке расточной оправки перпендикулярно оси коленчатого вала. Она должна
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 449
Рис. 16.38. На этом станке, используемом на крупном предприятии по ремонту двигателей, растачиваются одновременно два цилиндра четырехцилиндрового двигателя. Обратите внимание на то, что двигатель выставлен по фланцу поддона картера, а не по постелям коренных подшипников. Плоскость фланца поддона картера, ось постелей коренных подшипников и плоскость плиты блока цилиндров должны быть параллельны друг другу
быть выставлена по центру цилиндра. Центрирование расточной оправки осуществляется с помощью центрирующих штифтов,устанавливаемых в нее. Расточная оправка опускается вниз так, чтобы центрирующие штифты находились в нижней части цилиндра, где износ наименьший. Таким образом расточная оправки оказывается над первоначальным центром цилиндра. После центрирования расточной оправки регулировочные приводы расточного станка зажимаются, чтобы исключить нарушение центрированности расточной оправки. Это гарантирует растачивание вдоль первоначальной оси цилиндра независимо от степени его износа (рис. 16.37 и рис. 16.38). В расточную оправку устанавливается острый, правильно заточенный резец и регулируется на заданный диаметр растачивания. Обдирочный резец при каждом проходе снимает толстый слой металла. Поверхность стенки цилиндра после обработки обдирочным резцом показана на рис. 16.39. После обработки обдирочным резцом выполняется обработка поверхности чистовым резцом, после которой поверхность становится намного глаже и чище, как показано на рис. 16.40. Для черновой и чистовой обработки поверхности используются разные резцы. Перед растачиванием каждого последующего цилиндра резцы затачиваются, чтобы обеспечить заданный диаметр и качество обработки поверхности. На последнем проходе растачивание производится до диаметра, как минимум на 0,002 дюйма меньшего требуемого диаметра цилиндра. Затем стенка цилиндра обрабатывается путем хонингования. Хонингование обеспечивает требуемый диаметр и качество поверх-
Рис. 16.39. Качество поверхности цилиндра после чернового растачивания (публикуется с любезного разрешения корпорации Dana)
Рис. 16.40. Качество поверхности цилиндра после чистового растачивания (публикуется с любезного разрешения корпорации Dana)
ности цилиндра. Каждый цилиндр хонингуется до получения необходимого зазора с тем поршнем, который будет работать в нем.
РЕМОНТ ЦИЛИНДРОВ с помощью РЕМОНТНЫХ гильз
Иногда в стенках цилиндров обнаруживаются неровности или задиры такой большой глубины, что их невозможно устранить даже при растачивании до максимально возможного диаметра. Такое может случиться, если палец поршня при движении вверх трется о стенку цилиндра. Блоки цилиндров с глубокими неровностями стенок можно восстановить, установив
450 Глава 16
Рис. 16.41. Блок с чрезмерно поврежденными цилиндрами может быть отремонтирован с помощью ремонтных гильз. Сначала цилиндр растачивается до диаметра, немного уступающего (примерно на 0,003 дюйма) внешнему диаметру гильзы. Затем блок цилиндров нагревается (до температуры примерно 200°Ф (94°С), а гильза охлаждается во льду. После этого гильза запрессовывается в расточенное отверстие цилиндра, формируя новую стенку цилиндра
Рис. 16.42. Типичная ремонтная гильза цилиндра
в них ремонтные гильзы. Для этого цилиндр растачивается до диаметра, значительно превышающего номинальный, но немного уступающего наружному диаметру ремонтной гильзы. Гильза запрессовывается в расточенное отверстие и затем растачивается под диаметр поршня. При ремонте цилиндров с использованием ремонтных гильз восстановленный цилиндр может быть обработан под стандартный поршень (рис. 16.41 и рис. 16.42).
ХОНИНГОВАНИЕ ЦИЛИНДРА
Важно обеспечить необходимое качество поверхности стенки цилиндра, контактирующей с порш
невыми кольцами. Ряд производителей .поршневых колец рекомендуют перед заменой поршневых колец снять со стенки цилиндра твердый лакообразный нагар с помощью хонинговального инструмента. Если этого не требуется, то экономится время на хонингование или очистку цилиндра. Это снижает расходы на восстановление двигателя.
Стенку цилиндра нужно хонинговать для того, чтобы выпрямить цилиндр, если стенка неровная или изношенная. Если хонингование выполняется без демонтажа коленчатого вала, то необходимо защитить его от попадания посторонних частиц, образующихся в процессе хонингования.
Для технического обслуживания цилиндров применяются два типа хонов.
Рис. 16.43. Разрез цилиндра, на котором показан чистящий хон с пружинным поджатием брусков
Рис. 16.44. Чистящий хон щеточного (шарикового) типа установлен в цилиндре в положение для выполнения операции хонингования
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 451
• Чистящий хон — для очистки стенки цилиндра от твердых лакообразных отложений. Это — гибкий хонинговальный инструмент, повторяющий контуры стенки цилиндра, даже если она кривая. Он непригоден для выпрямления цилиндра. На рис. 16.43 показан хон с пружинным прижимом хонинговальных брусков к обрабатываемой поверхности. Такой хон предназначен для снятия лакообразных отложений со стенок цилиндра. Вариант хона щеточного (или шарикового) типа показан на рис. 16.44.
• Для восстановления формы цилиндра используется калибровальный хон. В этом обрабатывающем инструменте абразивные камни крепятся в жесткой оправке, оснащенной раздвигающим механиз-
Рис. 16.45. Разрез цилиндра, на котором показан калибровальный хон, установленный в цилиндре в положение для выполнения операции хонингования
Рис. 16.46. Хонингование блока цилиндров малогабаритного восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet. Обратите внимание на то, что во избежание искривления блока цилиндров при выполнении этой операции, как и предшествовавшей ей операции растачивания цилиндров, крышки коренных подшипников установлены на своих местах и затянуты
мом, позволяющим управляемо изменять диаметр хонингования. Калибровальный хон при вращении снимает только выступающие участки стенки, уменьшая овальность цилиндра. По качеству обработки поверхности такой инструмент аналогичен любому другому хонинговальному инструменту (рис. 16.45 и рис. 16.46).
Хон, вращаясь, совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре, — после такой обработки на поверхности цилиндра остается сетчатый рисунок.
г..
ОБМЕН ОПЫТОМ 5
— Обязательно используйте технологическую плиту Технологические плиты — это толстые металлические плиты, которые прикручиваются к блоку цилиндров, имитируя нагрузку, создаваемую на блок прикрученной головкой. И хотя не на всех ремонтных предприятиях при растачивании цилиндров используют технологические плиты, но при завершающем калибровочном хонинговании использование таких плит очень полезно. Если завершающее хонингование выполняется без использования плиты, то после установки на блок цилиндров головок и затяжки болтов отклонение сечения цилиндров от круговой формы может достичь 0,003 дюйма и может произойти искривление цилиндров. Хотя использование технологических плит не устраняет полностью искривлений, но обеспечивает повышение точности соблюдения размеров цилиндров (рис. 16.47).
——
ОБМЕН ОПЫТОМ
Растачивание—для получения необходимого размера, хонингование — для получения необходимого зазора
На многих ремонтных предприятиях цилиндры растачиваются точно по диаметру устанавливаемых ремонтных поршней. После растачивания цилиндров блока до стандартного увеличенного диаметра они хонингуются. Жесткие хонинговальные камни в руках опытного рабочего позволяют
увеличить диаметр цилиндра на величину от 0,001дюйма до 0,003 дюйма (от одной тысячной до трех тысячных дюйма), что является типичной величиной необходимого зазора между поршнями и стенками цилиндров.
Например:
: -, Л -л*.у.'\ ; sг;
Фактический диаметр поршня равен 4,028 дюйма.
Диаметр расточенного цилиндра равен 4,028 дюйма.
Диаметр цилиндра после хонингования равен 4,030 дюйма. Толщина слоя металла, удаленного в процессе хонингования, равна 0,002 дюйма.
ПРИМЕЧАНИЕ
Рекомендуется снимать при хонинговании слой металла толщиной не менее 0,002 дюйма с целью удаления с поверхности цилиндра микроповрежденного слоя, образовавшегося при растачивании.
452 Глава 16
Рис. 16.47. Хонингование цилиндра в блоке, на котором закреплена технологическая плита. Технологическая плита привинчена к блоку цилиндров болтами, затянутыми так, чтобы на блок воздействовала нагрузка, аналогичная той, которая возникает при установленной головке блока цилиндров. Таким образом, обрабатываемый цилиндр сохранит свою форму и прямолинейность, когда двигатель будет собран
Рис. 16.48. Типичный внешний вид цилиндра после хонингования. Обратите внимание на сетчатый рисунок на поверхности стенки цилиндра, необходимый для качественного смазывания и притирки поршневых колец
На рис. 16.48 показан типичный внешний вид цилиндра после хонингования. Угол между перекрестными штрихами находится в пределах между 20 и 60 градусами. Угол будет тем больше, чем выше скорость возвратно-поступательного движения хона в цилиндре.
ЧИСТОТА ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРА
Чистота поверхности цилиндра определяется размером абразивных частиц шлифовального и хонинговального камней. Размер абразивных частиц назы
вается номером зернистости. Абразивный Материал просеивается через сита с определенным размером отверстий для получения абразива с определенным размером зернистости. Грубые сита имеют сетку с большим шагом, поэтому через них проскакивают крупные частицы. Тонкие сита с маленьким шагом сетки пропускают только мелкие частицы. Сита используются для разделения частиц разного размера. Номер зернистости абразива характеризует количество отверстий на одном квадратном дюйме сита. Абразив с низким номером зернистости состоит из крупных частиц. Абразив с высоким номером зернистости состоит из мелких частиц. Чем выше номер зернистости используемого абразива, тем меньше шероховатость поверхности, обработанной им.*Абразив заданного номера зернистости обеспечивает неизменную чистоту поверхности при условии неизменного давления, оказываемого им на обрабатываемую поверхность. При использовании абразива одного и того же номера зернистости, обработка поверхности с меньшим давлением на обрабатываемую поверхность обеспечивает более высокий класс чистоты, а с более высоким давлением на обрабатываемую поверхность — более низкий класс чистоты.
Чистота поверхности должна соответствовать требуемой для поршневых колец, которые будут использоваться. Дополнительная информация по поршневым кольцам приведена в главе 17. Рекомендуемая зернистость абразивных брусков и чистота поверхности цилиндра для оптимальной работы поршневых колец с покрытиями из различных материалов указаны ниже:
• Хромовое покрытие — абразив с номером зернистости 180 (чистота поверхности от 25 до 35 мкм).
• Чугунное кольцо (без покрытия) — абразив с номером зернистости 200 (чистота поверхности от 20 до 30 мкм).
• Молибденовое покрытие — абразив с номером зернистости 220 (чистота поверхности от 18 до 25 мкм).
ПРИМЕЧАНИЕ
Для правильной работы хонинговального оборудования и надлежащего качества готовых цилиндров ключевыми факторами являются правильный подбор хонинговального масла и/или охлаждающей жидкости. На рис. 16.49 показано, сколько различных охлаждающих масел и охлаждающих жидкостей предлагается одним из производителей оборудования.
Хон вставляют в цилиндр. Прежде чем включить привод, хон перемещают в цилиндре вверх-вниз, чтобы подобрать необходимую величину хода инструмента в цилиндре. Конец хона должен лишь немного высовываться из цилиндра на каждом конце хода. Хон не допускается вынимать из цилиндра, пока он вращается.
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 453
Рис. 16.49. Предлагаемый ассортимент разнообразных хонинговальных масел и охлаждающих жидкостей.
Используйте только тот вид масла или охлаждающей жидкости, который указан производителем оборудования
Рис. 16.50. Каждый цилиндр в процессе хонингования необходимо постоянно проверять с помощью микрометрического нутромера с циферблатной шкалой, чтобы довести конусность и овальность сечения цилиндра до значений, меньших установленных пределов
Кроме того, его нельзя чрезмерно заглублять в цилиндр, чтобы он не повредил опорную перемычку коренного подшипника или коленчатый вал. Калибровочный хон раздвигается так, чтобы в нижней части цилиндра он отчетливо тормозился. Возвратно-поступательное движение хона начинается сразу же после включения привода и не прекращается до тех пор, пока звук, создаваемый трением абразивного камня о стенку цилиндра, не стихнет. После выключения привода хона возвратно-поступательное перемещение хона не прекращается, а продолжается до полной остановки его вращения. После остановки хон сужается до меньшего диаметра и вынимается из цилиндра. Проверяется диаметр цилиндра и чистота поверхности. Если необходимо продолжить хонингование, цилиндр снова покрывают хонинговальным маслом и повторяют операцию хонингования. У готового цилиндра овальность поперечного сечения и конусность не должны превышать 0,0005 дюйма (0,013 мм) (рис. 16.50).
ПЛОСКОВЕРШИННОЕ ХОНИНГОВАНИЕ
Плосковершинное хонингование представляет собой двухступенчатую механическую обработку, обеспечивающую замедление износа цилиндра и поршневых колец. На первом этапе обработки производится хонингование крупнозернистым хоном, с помощью которого на стенке цилиндра формируется сетчатая рельефная структура с выступами высотой от 0,0025 дюйма до 0,0030 дюйма (от двух с половиной тысячных до трех тысячных дюйма) (от 0,06 мм до 0,07 мм). На втором этапе обработки производится хонингование относительно мягким мелкозернистым хоном, с помощью которого вершины выступов, сформированных в процессе первого, грубого хонингования, сглаживаются (рис. 16.51 и рис. 16.52). Мягкий, чистовой хон заглаживает структуру, созданную при черновом хонинговании, оставляя канавки, удерживающие масло на зеркале цилиндра.
454 Глава 16
Рис. 16.51. Чтобы добиться высокого класса чистоты поверхности, используйте мягкий хон, который изготовлен из нейлоновых щетинок с вкраплениями абразива. Такой инструмент идеально подходит для двигателей, в которых используются поршневые кольца с низкой жесткостью (со слабым натягом), и придает поверхности гладкость, обеспечивающую изначально необходимое уплотнение между поршневыми кольцами и стенкой цилиндра
Сначала выполняется
черновое хонингование
В увеличенном масштабе
Рис. 16.52. Плосковершинное хонингование заключается в хонинговании цилиндра сначала с помощью крупнозернистого хона, а затем сглаживании острых вершин рельефа, сформированных в процессе чернового хонингования, с помощью более мягкого, мелкозернистого хона (формирующего площадки на вершинах выступов)
Нет ничего необычного в том, что после демонтажа головки блока цилиндров с двигателя, имеющего пробег свыше 100 000 миль (160 000 км) на стенках цилиндров все еще остаются заметными следы, оставленные хоном. Плосковершинному хонингованию подвергаются как мокрые, так и сухие гильзы цилиндров.
ОЧИСТКА ЦИЛИНДРОВ
После завершения хонингования, перед тем.как приступать к очистке блока, с верхнего обреза цилиндров с помощью наждачного конуса снимается фаска, как показано на рис. 16.53. Очистка отполированной стенки цилиндра является важным этапом процесса хонингования. Если хоть малейшие частички абразива останутся на стенке цилиндра, они вызовут ускоренный износ поршневых колец. Этот износ быстро сведет на нет результаты ремонта. Обезжиривание обеспечивает удаление только хонинговального масла. Оно не обеспечивает удаления следов абразива. Самым лучшим способом очистки цилиндров является промывка их мыльной водой или водным раствором моющего средства с помощью щетки (рис. 16.54). Блок цилиндров вымывается до тех пор, пока не станет абсолютно чистым. Чтобы проверить, насколько чист блок, стенку цилиндра протирают чистой тряпкой. Если стенка цилиндра чистая, на тряпке не останется ни малейших следов грязи.
СПЛОШНАЯ ОЧИСТКА БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
Перед тем как приступать к сборке, необходимо произвести окончательную сплошную очистку блока цилиндров.
Рис. 16.53. Рабочий с помощью наждачного конуса снимает фаску с острых кромок верхних обрезов цилиндров, образовавшихся в результате растачивания, хонингования и шлифования поверхности плиты блока. Эта операция необходима для предотвращения повреждения поршневых колец в процессе монтажа поршней
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 455
Рис. 16.54. Самым лучшим способом очистки цилиндров при подготовке их к механической обработке является очистка мыльным раствором (раствором моющего средства) с помощью большой щетки
1. Все маслопроводные каналы (магистрали) должны быть прочищены с помощью вращающейся длинной щетки (типа бутылочного ершика), которой насквозь проходят все отверстия в блоке, как показано на рис. 16.55.
2. С кромок всех резьбовых отверстий должны ’быть сняты фаски и отверстия должны быть прочищены с помощью соответствующих метчиков ‘для удаления загрязнений и заусенцев (рис. 16.56 и 16.57).
3. Заново вымытый блок цилиндров для защиты от ржавления покрывается тонким слоем масла путем распыления масляного тумана. Готовый блок упаковывается в большой пластиковый чехол для защиты от пыли на время до его установки в двигатель.
Рис. 16.56. Все резьбовые отверстия должны быть прочищены с помощью чистового метчика
Рис. 16.55. Все масляные магистрали должны быть прочищены с помощью мыльного раствора (раствора моющего средства) и длинной щетки, позволяющей пройти насквозь весь маслопроводный канал
Резьба доходит С кромки резьбового
до края резьбового отверстия
отверстия снята фаска
Рис. 16.57. С верхних кромок всех резьбовых отверстий должны быть сняты фаски для предотвращения срыва верхних витков при вкручивании болтов
456 Глава 16
ФОТОРЯД Измерения и хонингование цилиндра
Ил. 25.1. В число инструментов и оснастки, необходимых для измерения цилиндра при хонинговании, входят микрометрический нутромер с циферблатной шкалой, измеритель с телескопическим щупом и микрометр для точного измерения внутреннего диаметра цилиндра. Все измерения должны производиться в соответствии со спецификациями, приведенными в руководстве по техническому обслуживанию
Ил. 25.2. Операция хонингования начинается с аккуратной установки блока цилиндров на рабочем столе хонинговального станка. Для подъема и удержания блока цилиндров используются нейлоновые стропы, а не металлические цепи, которые могут повредить поверхности фланцев блока
Ил. 25.3. Блок цилиндров закрепляется в зажимном приспособлении
Ил. 25.4. После того как блок цилиндров надежно закреплен в зажимном приспособлении, необходимо отрегулировать хонинговальную головку по диаметру отверстия цилиндра
Ил. 25.5. После калибровки хонинговальной головки в нее устанавливаются шиммы (фиксирующие прокладки)
Ил. 25.6. После установки фиксирующих прокладок хонинговальная головка опускается в цилиндр
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 457
Ил. 25.7. После установки хонинговальной головки
в цилиндре необходимо выставить верхний предел ее хода. Обратите внимание на то, что защитный экран открыт
Ил. 25.8. Когда метки совпадают, хонинговальная головка находится в верхней точке хода
Ил. 25.9. Следующей операцией в технологии хонингования цилиндра является измерение длины цилиндра — оно выполняется с помощью специальной слесарной линейки
Ил. 25.10. После определения длины цилиндра устанавливается длина хода хонинговальной головки
Ил. 25.11. Настройка станка на снятие припуска.
Регулируется давление, оказываемое хонинговальным инструментом на стенку цилиндра
Ил. 25.12. После выполнения всех настроек и регулировок приступают к хонингованию цилиндра
458 Глава 16
Измерения и хонингование цилиндра
продолжение
Ил. 25.13. В процессе обработки может потребоваться перенастройка станка для коррекции давления инструмента при хонинговании
Ил. 25.14. Столбик на индикаторе показывает установленную величину давления инструмента при хонинговании.
При черновом хонинговании давление должно быть установлено в пределах от 60 до 80% шкалы, а при чистовом хонинговании — в пределах от 20 до 40% шкалы
Ил. 25.15. После кратковременного хонингования необходимо проверить размеры цилиндра с помощью микрометрического нутромера с циферблатной шкалой
Ил. 25.16. Часто требуется задержать хон подольше на определенном участке цилиндра. В данном случае оператор нажимает кнопку остановки хода, чтобы удалить больше металла с нижнего участка стенки цилиндра
Ил. 25.17. На стенке цилиндра после хонингования должен остаться характерный сетчатый рисунок с углом между перекрестными линиями, равным 60°
Ил. 25.18. Чистовое хонингование должно выполняться с установленной на блоке цилиндров технологической плитой. В результате после чистового хонингования цилиндр имеет в сечении круговую форму, а его стенка — рельефный сетчатый рисунок с плоскими вершинами выступов и надлежащий класс чистоты поверхности
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 459
ФОТОРЯД
Выравнивающее хонингование постелей коренных подшипников
Ил. 26.1. Перед выравнивающим хонингованием постелей коренных подшипников крышки постелей устанавливаются на свои места и затягиваются в соответствии с техническими требованиями. Затем с помощью микрометрического нутромера с циферблатной шкалой производится измерение отклонений диаметра отверстий от номинального значения
Ил. 26.2. С помощью микрометрического нутромера с циферблатной шкалой измеряется также конусность и овальность каждого отверстия
Ил. 26.3. Рабочий ради удобства написал фломастером отклонения размеров постелей коренных подшипников прямо на фланце блока цилиндров
Ил. 26.4. После того как все посадочные отверстия коренных подшипников измерены и данные измерений зафиксированы, крышки коренных подшипников снимают с блока цилиндров и отправляют на шлифовку опорных торцов
Ил. 26.5. Сначала крышку кладут плашмя и зажимают в тисках, после чего шлифуют ее боковую сторону
Ил. 26.6. Шлифовка боковой стороны крышки первой делается для того, чтобы при последующей обработке крышка стояла в тисках строго перпендикулярно инструменту
460 Глава 16
Выравнивающее хонингование постелей коренных подшипников
продолжение
Ил. 26.7. После шлифовки боковой стороны крышка подшипника устанавливается в тисках вертикально — отшлифованной стороной к плоской поверхности зажимного приспособления
Ил. 26.8. С опорного торца крышки подшипника удаляют тонкий слой металла. Толщина сошлифованного слоя должна быть одинаковой для всех крышек
Ил. 26.9. Шлифовальный станок настраивается на необходимую толщину слоя металла, который будет сошлифован с торца крышки коренного подшипника
Ил. 26.10. Внешний вид отшлифованной поверхности показывает, что вся поверхность торца крышки отшлифована. Этой операции подвергают все крышки коренных подшипников
Ил. 26.11. Перед установкой крышек на свои места в блоке цилиндров с поверхности постелей напильником удаляют все острые кромки, которые способны помешать крышкам правильно стать на свои места
Ил. 26.12. Перед установкой отшлифованных крышек в блок цилиндров с острых кромок крышек напильником снимают заусенцы, образовавшиеся при шлифовке
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 461
Выравнивающее хонингование постелей коренных подшипников
продолжение
Ил. 26.13. Для уверенности в надлежащей чистоте посадочных мест крышек все смазочные отверстия в них продувают сжатым воздухом
Ил. 26.14. После полной очистки и снятия заусенцев со всех контактирующих поверхностей крышки коренных подшипников устанавливают на свои места в блоке цилиндров и затягивают в соответствии с техническими требованиями
Ил. 26.15. Производится повторное измерение посадочных отверстий коренных подшипников, чтобы убедиться, что все они имеют один и тот же диаметр. При необходимости ту или иную крышку снимают и подвергают повторной шлифовке — до достижения требуемого диаметра отверстия
Ил. 26.16. В подготовленные отверстия устанавливают хонинговальный вал и регулируют на необходимую силу прижима
Ил. 26.17. С помощью мощного электрического привода хонинговальный вал приводят во вращение и, совершая им возвратно-поступательные движения, выполняют хонингование отверстий
Ил. 26.18. После завершения хонингования производится контрольное измерение диаметра отверстий коренных подшипников
462 Глава 16
ФОТОРЯД Выравнивание плиты блока цилиндров
Ил. 27.1. Перед механической обработкой плиты блок цилиндров необходимо точно выставить на опорах станка. Для точной установки блока на шлифовальном станке используется технологический вал, который зажимается в отверстиях коренных подшипников. Технологический вал является универсальной оснасткой, пригодной для позиционирования любых блоков. Обратите внимание — вал имеет диаметр два дюйма, и для того, чтобы на нем можно было выставлять (базировать) блоки с любыми диаметрами постелей коренных подшипников, на вал одевают установочные втулки, соответствующие по размеру постелям конкретного блока. С помощью этих установочных втулок переднее и заднее отверстия коренных подшипников центрируют на установочном валу станка
Ил. 27.2. После закрепления блока на станке плита блока цилиндров выставляется горизонтально с помощью винтового механизма. Обратите внимание на пузырьковый уровень, стоящий на плите блока цилиндров
Ил. 27.3. Для измерения высоты подъема плиты над осевой линией постелей коренных подшипников используется микрометрический глубиномер, с помощью которого измеряется расстояние от поверхности плиты до поверхности установочного вала
Ил. 27.4. Поскольку диаметр вала равен точно 2 дюйма, высота подъема плиты вычисляется добавлением одного дюйма к расстоянию, измеренному с помощью микрометрического глубиномера. Это — точное расстояние от осевой линии постелей коренных подшипников до поверхности плиты
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 463
Выравнивание плиты блока цилиндров
продолжение
Ил. 27.5. После того как блок цилиндров надежно закреплен, выставлен в необходимое положение и измерен, можно приступать к шлифованию поверхности плиты. За один проход с поверхности плиты обычно снимается слой толщиной от 0,001 до 0,0015 дюйма
Ил. 27.6. Необходимо перепроверять высоту подъема плиты, особенно в случае, когда для выравнивания ее поверхности необходимо сделать несколько проходов шлифовальным инструментом
Ил. 27.7. В большинстве случаев для устранения коробления и волнистости может потребоваться снять с поверхности плиты слой толщиной от 0,004 до 0,006 дюйма
Ил. 27.8. После механической обработки и контрольного измерения обеих плит блок цилиндров снимают с крепежного приспособления с помощью лебедки.
Для съема используются нейлоновые стропы во избежание повреждения механически обработанных поверхностей блока цилиндров
464 Глава 16
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Блоки цилиндров изготавливаются из чугуна или алюминия.
2. Для формирования в отливке блока цилиндров водяных рубашек и отверстий цилиндров в литейную форму устанавливаются литейные стержни. После остывания отливки блок подвергается вибротряске, при которой происходит разрушение литейных стержней и их обломки удаляются из отливки через технологические отверстия в стенках блока
3. В алюминиевых блоках цилиндров обычно стоят чугунные гильзы цилиндров. В некоторых конструкциях двигателей используются гильзы цилиндров, которые непосредственно контактируют с охлаждающей жидкостью и называются мокрыми гильзами цилиндров.
4. Плита блока цилиндров — это поверхность, к которой крепится головка блока цилиндров. Для того чтобы двигатель работал нормально, эта поверхность должна быть плоской и гладкой.
5. Перед выполнением любой операции механической обработки блока цилиндров в него должны быть установлены и затянуты в соответствии с техническими требованиями изготовителя крышки постелей коренных подшипников.
6. Первой из операций механической обработки выполняется операция выравнивающего растачивания или хонингования постелей коренных подшипников, после которой выполняется механическая обработка поверхности плиты блока цилиндров, а затем — растачивание и хонингование цилиндров.
7. Цилиндр растачивается до диаметра, равного диаметру поршня, и затем хонингуется на толщину необходимого зазора между поршневыми кольцами и стенкой цилиндра.
8. С кромок всех резьбовых отверстий снимается фаска и резьбовые отверстия прочищаются с помощью метчика.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как определить цилиндр №1 в блоке цилиндров V-образного двигателя?
2. Объясните, в чем состоят различия между короткоюбочным и длинноюбочным блоками цилиндров V-образного двигателя.
3. Объясните, почему технологические пробки называются так.
4. Объясните, что такое протяжка, и где в технологическом процессе производства она используется.
5. Объясните, в чем заключается различие между двухболтовым и четырехболтовым креплением крышки коренного подшипника.
6. В чем заключается различие между выравнивающим растачиванием и выравнивающим хонингованием? ’ , ?
7. Что означает “обработка плиты блока цйлиндров”?
8. Объясните, что означает микронная шероховатость.
9. В чем заключается различие между очисткой цилиндра от лака и хонингованием цилиндра?
10. Какой способ очистки лучше всего использовать для очистки блока цилиндров после хонингования?
ВОПРОСЫ К ТЕСТУ НА СЕРТИФИКАТ ASE
1. Цилиндр №1 — это, как правило,.
а. Самый передний цилиндр (ближайший к рем-ню(ям) привода агрегатов двигателя).
б. Первый цилиндр в порядке зажигания.
в. Самый дальний цилиндр от стороны отбора мощности двигателя, на которой расположен маховик.
г. Верно все вышесказанное.
2. В короткоюбочном блоке цилиндров.
а. Фланец поддона картера находится ниже осевой линии коленчатого кала.
б. Фланец поддона картера находится выше осевой линии коленчатого кала.
в. Фланец поддона картера находится почти на одном уровне с осевой линией коленчатого кала.
г. Поддон картера (маслоотстойник) менее глубокий, чем в других типах двигателей.
3. Плита блока цилиндров — это.
а. Нижняя поверхность блока цилиндров.
6. Верхняя поверхность блока цилиндров.
в. Поверхность развала цилиндров в V-образном двигателе.
г. Поверхность блока цилиндров, к которой прикреплены опоры двигателя.
4. Протяжка — это.
а. Один из типов расточного станка.
6. Одна из технологий литья.
в. Вид механической обработки с использованием большой плиты, усеянной резцами.
г. Тип хонинговального станка, который используется только в производстве двигателей.
Конструкция и техническое обслуживание блока цилиндров 465
5. Какая операция механической обработки должна выполняться первой при восстановлении изношенного блока цилиндров?
а. Растачивание цилиндров.
б. Выравнивание поверхности плиты блока цилиндров.
в. Хонингование цилиндров.
г. Выравнивающее растачивание (хонингование) постелей коренных подшипников.
6. Стандартной мерой шероховатости поверхности является среднеквадратическая высота неоднородностей поверхности. Какое из приведенных ниже утверждений верно?
а. Чем грубее поверхность, тем выше результат измерения чистоты поверхности в микродюймах.
6. Чем глаже поверхность, тем выше результат измерения чистоты поверхности в микродюймах.
в. Чем грубее поверхность, тем ниже результат измерения чистоты поверхности в микродюймах.
г. Верны утверждения бив.
7. Гильзевание цилиндра означает.
а. Покрытие внутренней поверхности стенки цилиндра другим металлом, например, никелем.
6. Растачивание цилиндра и запрессовывание в расточку цилиндра чугунной гильзы с целью восстановления первоначального диаметра цилиндра.
в. Растачивание цилиндра до диаметра, превышающего номинальный на величину от 0,020 до 0,060 дюйма, — под диаметр ремонтного поршня.
г. Финишная обработка поверхности стенки цилиндра после ее растачивания, выполняемая с помощью хонинговального инструмента.
8. Для хонингования цилиндра. под молибденовые поршневые кольца должен использоваться абразивный инструмент с номером зернистости
а. № 150.
б. № 180.
в. № 220.
г. №280.
9. После выравнивания плиты, растачивания и хонингования блока цилиндров, какие еще операции механической обработки необходимо выполнить?
а. Выравнивающее хонингование постелей коренных подшипников.
6. Снятие фасок с верхних обрезов цилиндров и кромок резьбовых отверстий.
в. Протяжка поверхности кожуха цепи привода распределительного вала.
г. Выравнивание поверхности фланца поддона картера напильником.
9. После растачивания цилиндра с поверхности его стенки рекомендуется удалить слой металла толщиной не менее.
а. 0,010 дюйма.
б. 0,008 дюйма.
в. 0,002 дюйма.
г. 0,001 дюйма.
ГЛАВА
17
Поршни, поршневые кольца
и шатуны
Цель главы 17 — научить читателя:
1. Понимать назначение и принцип работы поршней, поршневых колец и шатунов.
2. Разбираться в конструкциях поршней и шатунов и знать, на что необходимо обращать внимание при проверке состояния этих деталей.
3. Знать технологию восстановления шатунов.
4. Понимать, как работают поршневые кольца и знать методику их установки в поршень.
Источником механической энергии, вырабатываемой двигателем, является топливо, сжигаемое в воздушной среде в камере сгорания. Тепло, выделяемое в процессе сжигания топлива, вызывает повышение давления рабочих газов. Это давление преобразуется в механическую работу посредством поршня, шатуна и коленчатого вала.
НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПОРШНЕЙ, ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ
И ШАТУНОВ
Поршень формирует подвижное дно камеры сгорания. Он соединен с шатуном с помощью поршневого пальца (рис. 17.1). Поршневой палец обеспечивает шарнирное соединение шатуна с поршнем.
Второй конец шатуна шарнирно закреплен на конструктивном элементе коленчатого вала, называемом шейкой кривошипа или шатунной шейкой. Это — второе шарнирное соединение. Радиус кривошипа определяется как расстояние между центром шатунной
шейки и осевой линией коренных шеек коленчатого вала. Этот параметр коленчатого вала определяет ход поршня.
ПРИМЕЧАНИЕ
Ход поршня равен удвоенному расстоянию между осью коренной шейки коленчатого вала и осью шатунной шейки.
Поршневые кольца предназначены для уплотнения просвета между стенкой поршня и стенкой цилиндра и обеспечивают сохранение давления газов над поршнем. Возрастающее давление в камере сгорания давит на поршень, который в свою очередь давит на поршневой палец и верхний конец шатуна. Нижний конец шатуна давит на кривошип коленчатого вала, создавая крутящий момент, заставляющий вал вращаться. Вал
Рис. 17.1. Шатунно-поршневой узел
468 Глава 17
обладает инерцией. Инерция заставляет вал продолжать вращаться после прекращения действия вращающего момента силы. Продолжая вращаться по инерции, вал возвращает поршень в исходное положение и он готов к новому рабочему такту При работе двигателя цикл сжигания топлива периодически повторяется, заставляя поршень совершать возвратно-поступательное движение, а коленчатый вал — вращаться.
ДЕМОНТАЖ ПОРШНЯ И ШАТУНА
После демонтажа поддона картера и головки (ок) блока цилиндров поршни и шатуны снимаются с двигателя по следующей методике:
Шаг 1. Шатун и крышка нижней головки шатуна должны быть проверены на наличие маркировки, определяющей их расположение в двигателе. При отсутствии маркировки на шатуне и крышке нижней головки шатуна, их необходимо промаркировать перед разборкой. При отсутствии номерных штампов на поверхность деталей можно нанести метки с помощью керна, как показано на рис. 17.2.
ВНИМАНИЕ
Маркировка шатунов, изготовленных из порошкового металла, должна производиться только с помощью электрического гравировального карандаша или нестираемым маркером во избежание повреждения шатуна (рис. 17.3).
Рис. 17.2. Метки, сделанные керном на шатуне и крышке нижней головки шатуна, для указания их расположения в двигателе
Рис. 17.3. Шатуны, изготовленные из порошкового металла, легко узнать по гладкой поверхности
Шаг 2. Коленчатый вал проворачивают до тех пор, пока поршень не окажется в нижней точке хода. Это облегчает доступ к гайкам и болтам крепления крышки шатуна. Откручивают и снимают крышку шатуна. Для этого, возможно, придется слегка постучать по крепежным болтам шатуна молотком с мягким бойком.
Шаг 3. На резьбовые стержни болтов шатуна необходимо надеть защитные чехлы для предохранения от повреждений как самой резьбы, так и поверхности шейки коленчатого вала. Шатунно-поршневой узел вынимают из цилиндра осторожно, не допуская соударений шатуна со стенкой цилиндра.
ПРИМЕЧАНИЕ
От удара шатуном на стенке цилиндра появится забоина. Если ее не удалить, то, после того как двигатель будет собран и запущен, эта забоина поцарапает поршень, — пример последствий, вызываемых таким дефектом, показан на рис. 17.4.
После демонтажа шатунно-поршневого узла необходимо установить на место крышку нижней головки.
Поршни, поршневые кольца и шатуны 469
Рис. 17.4. Юбка поршня, поцарапанная зазубриной, которая образовалась на нижней кромке стенки цилиндра в результате удара шатуном при его демонтаже
Крышки нижних головок шатунов не взаимозаменяемы. С шатунно-поршневыми узлами необходимо обращаться аккуратно. Их необходимо размещать на стеллаже, предназначенном для хранения деталей так, чтобы они не могли повредиться при ударе друг о друга. Алюминиевый поршень легко поцарапать или сделать на нем вмятину.
ПРИМЕЧАНИЕ
Обратитесь к главе 9, где описана методика удаления уступа цилиндра перед демонтажем поршней из двигателей, имеющих большой пробег.
С поршня аккуратно снимают поршневые кольца, стараясь не повредить поршень или поршневое кольцо. Лучше всего делать это с помощью расширителя поршневых колец.
КОНСТРУКЦИЯ ПОРШНЯ
При работе двигателя рабочий цикл отсчитывается от верхней точки хода поршня. Поршень начинает двигаться вниз с ускорением и достигает максималь
ной скорости в точке, находящейся чуть выше середины его хода. Поршень останавливается в нижней точке хода, когда коленчатый вал совершает пол-оборота (поворачивается на угол 180°). Следующие полоборота коленчатого вала поршень движется вверх. Сначала он движется с ускорением, достигая максимальной скорости в точке, находящейся чуть выше середины его хода и затем останавливается в. верхней точке своего хода. Таким образом, поршень начинает движение, разгоняется и останавливается дважды за один оборот коленчатого вала.
ПРИМЕЧАНИЕ
В двигателе, работающем на скорости 4000 оборотов в минуту, поршень ускоряется из неподвижного состояния до скорости 60 миль в час (97 км/час) примерно за 0,004 с (4 миллисекунды), опускаясь за это время примерно на половину хода в цилиндр.
При таком возвратно-поступательном движении поршня возникают значительные силы инерции. Инерция — это физическое свойство твердого тела, заставляющее неподвижное тело оставаться неподвижным, а движущееся тело — продолжать двигаться. Чем меньше вес поршня, тем меньше его инерция. Снижение инерции позволяет повысить скорость работы двигателя. По этим соображениям поршень должен быть как можно более легким, но обладать при этом необходимой прочностью.
В то время как днище поршня подвергается воздействию горячих отработавших газов, его юбка контактирует со сравнительно холодной стенкой цилиндра. В результате разница в температуре между верхним и нижним участками тела поршня достигает примерно 275°Ф (147°С). Разница в температуре между литыми и штампованными поршнями показана на рис. 17.5.
Алюминиевый сплав, безусловно, является наилучшим материалом для поршней. Хорошо скомпонованная конструкция двигателя позволяет добиться достаточно большого рабочего объема цилиндров при малых габаритах двигателя. Это достигается за счет того, что высота поршня уменьшается до предела и в нижней точке хода он подходит максимально близко к коленчатому валу, как показано на рис. 17.6. При этом поршень должен сохранять необходимую прочность, чтобы выдерживать давление газов, возникающее в процессе сжигания топлива, и механические нагрузки, возникающие в процессе его возвратно-поступательного движения. Вдобавок к этому необходимо добиться управляемого температурного расширения поршня, чтобы обеспечить его бесшумную работу и длительный ресурс. И, наконец, поршень должен поддерживать перпендикулярное положение поршневых колец по отношению к стенке цилиндра, чтобы они обеспечивали надежное уплотнение.
470 Глава 17
г-------------
ОБМЕН
I---------------------------
Все поршни в двигателе должны быть одинакового веса, чтобы не нарушалась сбалансированность двигателя. Проблема веса поршня возникает при замене поршней. Вес алюминиевых поршней находится, как правило, в пределах от 10 до 30 унций (от 280 г до 850 г) (1 унция равна 28,35 г). Канцелярская скрепка весит примерно 1 г. Если цилиндр расточен, то, очевидно, в него необходимо устанавливать ремонтный поршень. Если ремонтный поршень весит больше стандартного, то инерционные нагрузки на подшипник нижней головки шатуна поршня возрастают. Таким образом, чтобы предотвратить выход из строя шатунных подшипников в отремонтированном двигателе ремонтные поршни должны весить не больше заменяемых поршней.
ВНИМАНИЕ
Недорогие ремонтные поршни, литые или штампованные, предназначенные для двигателей большой мощности, в ряде случаев оказываются намного тяжелее серийных поршней, — даже те из них, которые имеют стандартный диаметр. А, значит, может возникнуть необходимость в увеличении веса противовесов коленчатого вала для балансировки двигателя.
По этим же соображениями при замене одного поршня следует заменить все остальные поршни тоже, или, по крайней мере, проверить их вес и сбалансировать по весу.
Рис. 17.5. Распределение температур в поршнях различной конструкции при одинаковых условиях работы (публикуется с любезного разрешения компании TRW)
ГОЛОВКА ПОРШНЯ
Днище поршня является частью стенки камеры сгорания, поэтому его форма имеет очень большое значение для процесса сгорания рабочей смеси. В маломощных двигателях недорогих моделей стоят
Рис. 17.6. Поршень в нижней мертвой точке оказывается очень близко к противовесу коленчатого вала. При использовании короткого шатуна в юбке поршня делаются глубокие вырезы, как показано на этой фотографии
обычно поршни с плоским днищем. В ряде конструкций двигателей поршни с плоским днищем настолько близко приближаются к головке блока цилиндров, что в днище поршня делаются специальные выемки для обеспечения зазора между поршнем и клапанами. У поршней, используемых в двигателях высокой мощности, днищу часто придается выпуклая форма. Это делается для повышения степени сжатия. В ряде конструкций двигателей используются поршни с днищем так называемой тарельчатой формы (в днище сделана выемка). Изменением глубины тарелки обеспечивается изменение степени сжатия, в соответствии с требованиями к конкретной модели двигателя. На рис. 17.7 показаны различные варианты конструкции днища поршня.
Выемки, формируемые путем механической обработки в днищах поршней для обеспечения просвета между поршнем и клапанами, обычно называются клапанными выемками или клапанными карманами. Глубина выемок оказывает определяющее влияние на степень сжатия и делается такой, чтобы обеспечить гарантированный зазор на случай, если в двигателе
Поршни, поршневые кольца и шатуны 471
ПРИМЕЧАНИЕ
В современных двигателях уже не применяются поршни с выемками, обеспечивающими зазор между поршнем и клапанами, потому что они заставляют увеличивать толщину головки поршня для обеспечения необходимой прочности. Чем толще головка поршня, тем ниже от его днища находится верхнее кольцо поршня. Верхнее кольцо поршня стараются поднять как можно ближе к днищу поршня, чтобы в зазор по периметру головки поршня над верхним компрессионным кольцом попадало как можно меньше рабочей смеси, которая не сгорает, — это делается с целью снижения концентрации углеводородов в выхлопных газах.
с верхним расположением распределительного вала лопнет ремень привода. Если не сделать этих выемок, то поршни, доходя до верхней рабочей точки, могут соударяться с клапанами, остановившимися из-за прекращения вращения распределительного вала. Если в конструкции двигателя исключена невозможность соударения поршней с клапанами, то такой двигатель называется двигателем неперекрывающейся конструкции. Например, в середине 1980-х годов конс
трукция двигателя автомобиля Ford Escort была усовершенствована — сделана неперекрывающейся, за счет углубления карманов в днищах поршней. До того как было внесено это изменение, обрыв ремня привода распределительного вала приводил к серьезному повреждению двигателя, потому что поршни продолжали двигаться вверх-вниз, в то время как клапаны останавливались. Соударение поршней с клапанами приводило не только к повреждению шатунов поршней и искривлению клапанов, но и к поломке поршней, что в свою очередь приводило к разрушению блока цилиндров.
Головка поршня должна обладать необходимой прочностью, чтобы выдерживать давление газов, образующихся в камере сгорания при сжигании топлива. Под головкой поршня часто выполняют конструктивные ребра жесткости, чтобы обеспечить необходимую прочность поршня и одновременно снизить его вес. Эти ребра жесткости выполняют также роль ребер охлаждения, передавая часть тепла от поршня смазке. На рис. 17.8 показаны ребра на обратной стороне головки типичного поршня.
б)
в)
д)
Рис. 17.7. Днища поршня различной формы: плоские (а), с выемками под клапаны (6), с выпуклостью (в) и (г), тарельчатые (д) и (е)
472 Глава 17
Рис. 17.8. Ребра жесткости под головкой поршня
КАНАВКИ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ
Канавки поршневых колец располагаются на боковой поверхности головки поршня — между днищем и юбкой. Ширина канавок, ширина промежутков между ними и количество канавок являются важными факторами, определяющими минимальный вес поршня. Наружный диаметр головки поршня, измеренный в промежутках между канавками поршневых колец, меньше диметра юбки поршня на величину примерно от 0,020 дюйма до 0,040 дюйма (от 0,5 мм до 1,0 мм) (рис. 17.9). В некоторых конструкциях поршней двигателей большой мощности канавка маслосъемного кольца делается в юбке поршня, под поршневым пальцем. В большинстве автомобильных двигателей в поршне стоят два компрессионных кольца и одно маслосъемное кольцо. Все они находятся выше поршневого пальца.
ПРИМЕЧАНИЕ
В некоторых конструкциях двигателей, например, в высокоэкономичном двигателе автомобилей Honda, в поршни ставятся два кольца: одно компрессионное и одно маслосъемное.
Герметичность цилиндра обеспечивается за счет точной механической обработки и притирки. Канавка поршневого кольца должна быть достаточно глубокой для того, чтобы кольцо, когда оно сжимается до упора — заподлицо с поверхностью поршня, не доставало до дна канавки. Этот параметр называется задним просветом. Глубина канавки является фактором, определяющим конструкцию расширителей поршневых колец. Расширители поршневых колец закладываются
в промежуток между дном канавки и внутренней стороной поршневого кольца. Канавки поршневых колец должны иметь прямоугольное сечение и ровные стенки,— такие, чтобы стенки колец' плотно прилегали к ним. В дне канавок маслосъемных колец делаются отверстия, через которые масло, снимаемое,со стенки цилиндра, сбрасывается в масляный поддон. Эти дренажные отверстия делаются в виде кодьцевых или щелевых отверстий, как показано на рис. 17.10.
ЗДЕСЬ ДИАМЕТР НА 0,030-0,038 ДЮЙМА МЕНЬШЕ, ЧЕМ ПО ЛИНИИ С-С
ДИАМЕТР ПО ЛИНИИ С-С РАВЕН ИЛИ ПРЕВОСХОДИТ НА 0,015 ДЮЙМА ДИАМЕТР ПО ЛИНИИ D-D
У ПОРШНЯ С ЮБКОЙ ОВАЛЬНОЙ ФОРМЫ ДИАМЕТР В СЕЧЕНИИ А-А ДОЛЖЕН БЫТЬ HA0,010-0,012ДЮЙМА МЕНЬШЕ ДИАМЕТРА В СЕЧЕНИИ В-В (МЕЖДУ ОПОРНЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ ПОРШНЯ). ИЗМЕРЕНИЕ ВЫПОЛНЯЕТСЯ В ПЛОСКОСТИ, ЛЕЖАЩЕЙ НА 1/8 ДЮЙМА НИЖЕ КАНАВКИ МАСЛОСЪЕМНОГО КОЛЬЦА
Рис. 17.9. Овальная форма юбки поршня (публикуется с любезного разрешения корпорации Chrysler Corporation)
Рис. 17.10. Дренаж канавок маслосъемных колец осуществляется через просверленные круглые и щелевые отверстия (публикуется с любезного разрешения моторостроительного отделения Chevrolet корпорации GMC)
Поршни, поршневые кольца и шатуны 473
Диаметр А - диаметр В = Овальность юбки поршня
Рис. 17.11. Овальная форма поперечного сечения поршня. Диаметр поршня максимален в плоскости, перпендикулярной оси поршневого пальца (этот диаметр обозначен буквой Д)
ПОРШНИ С ОВАЛЬНОЙ ЮБКОЙ
Алюминиевые поршни при нагревании расширяются. Был придуман способ, позволивший добиться управляемого температурного расширения поршня — суть его заключается в том, что юбке поршня придается овальная форма. При такой конструкции поршня его опорные поверхности плотно подогнаны к стенке цилиндра, а поршневой палец свободно ходит в бобышках поршня. Поршень с овальной юбкой при нагревании расширяется вдоль оси поршневого пальца и при нагреве до рабочей температуры становится почти круглым. Чертеж поршня с овальной юбкой приведен на рис. 17.11.
РАЗМЕР ГОЛОВКИ ПОРШНЯ
Диаметр верхней части, или головки, поршня делается немного меньше диаметра остальной части поршня. Головка поршня подвергается наибольшему нагреву и поэтому расширяется больше остальной части поршня. В большинстве конструкций поршней предусматриваются горизонтальные разделительные щели, которые выполняют функцию тепловых барьеров. Эти щели снижают интенсивность теплопередачи от горячей головки к расположенной ниже юбке поршня. Этим ослабляется нагрев, и, соответственно, уменьшается расширение юбки поршня. Поскольку эта щель располагается в канавке маслосъемного кольца, она используется одновременно и для дренажа масла и для управления температурным расширением поршня. В некоторых конструкциях поршней предусматривается щель под посадочным отверс-
Рис. 17.12. Щели теплового барьера, выполненные в процессе отливки поршня, проходят прямо под канавками маслосъемных колец
Рис. 17.13. Щели теплового барьера — прорезанная в дне канавки маслосъемного кольца и выполненная в процессе отливки поршня под посадочным отверстием поршневого пальца
тием поршневого пальца. Она изолирует нижнюю часть юбки от влияния упругих деформаций поршня под действием нагрузок, возникающих во время работы. За счет этого нижняя часть юбки лучше сохраняет форму. Щели теплового барьера показаны на рис. 17.12 и 17.13.
474 Глава 17
Опорная поверхность
I
Опорная поверхность
Закладные стяжки не позволяют опорным поверхностям раздвигаться при температурном расширении поршня
Алюминиевый поршень такой конструкции расширяется вдоль оси поршневого
пальца
Рис. 17.14. Действие стальных закладных стяжек, обеспечивающих направленное расширение поршня в процессе его нагрева
Большого успеха в обеспечении управляемого теплового расширения удалось добиться в конструкции поршня с жесткими стальными стяжками — закладными деталями, замоноличиваемыми в поршне в процессе его отливки. Между материалом стяжек и алюминием не возникает химического соединения, и они не повышают прочность поршня. Между сталью и алюминием существует только механическое сцепление. За счет различия в коэффициентах температурного расширения стали и алюминия эти стяжки ограничивают температурное расширение поршня, не позволяя опорным поверхностям юбки поршня раздвигаться сильней, чем расширяется цилиндр, в котором дви
гается поршень. Поршни со стальными закладными стяжками обеспечивают оптимальный зазор между стенкой поршня и стенкой цилиндра при обычных рабочих температурах. В то же самое.время они позволяют сократить холодный зазор до 0,0005 дюйма (пять десятитысячных дюйма) (0,0127 мм). Такой маленький зазор устраняет стук в холодном двигателе. На чертеже, приведенном на рис. 17.14, показано типичное размещение термокомпенсационных стяжек в поршне.
В современных конструкциях двигателей количество и толщина поршневых колец уменьшены и толщина юбки алюминиевых литых поршней сокращена до минимума за счет использования юбки с глубокими вырезами. Примеры поршней с юбками, имеющими глубокие вырезы, показаны на рис. 17.15 и 17.16.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗАЭВТЕКТИЧЕСКИХ СПЛАВОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОРШНЕЙ
Стандартные литые алюминиевые поршни изготавливаются из алюминиевого сплава, в котором процентное содержание кремния составляет от 9% до 12%. Такие сплавы называются эвтектическими. Для повышения прочности процентное содержание кремния в сплаве увеличивается примерно до 16%, такие сплавы называются заэвтектическими. Дополнительными достоинствами заэвтектическо-их сплавов является то, что поршни, изготовленные из них, весят на 25% меньше и обладают более низким коэффициентом температурного расширения. Недостатком заэвтектических сплавов является их более высокая стоимость из-за более сложной технологии литья и механической обработки.
Рис. 17.15. Разрез в двух проекциях поршня с глубокими вырезами юбки, в котором установлены закладные стяжки
Поршни, поршневые кольца и шатуны 475
Рис. 17.16. Поршень двигателя с верхним расположением двух распределительных валов и четырехклапанной камерой сгорания. В этом высокооборотном двигателе (с максимальной частотой вращения 7500 оборотов в минуту) используются поршень с короткой юбкой и тонкие поршневые кольца, обладающие низким коэффициентом трения
Поршни из заэвтектических сплавов обычно ставятся по заказу, а во многих двигателях, оснащенных системами наддува, они являются штатными деталями.
ШТАМПОВАННЫЕ ПОРШНИ
Для двигателей высокой мощности нужны поршни, обладающие еще более высокой прочностью. В них используются штампованные поршни, которые по прочностным характеристикам занимают промежуточное место между поршнями для супермощных двигателей промышленных установок и литыми автомобильными поршнями. На рис. 17.17 показан поршень, изготовленный из алюминиевого сплава методом штамповки.
ЧИСТОТА ПОВЕРХНОСТИ ЮБКИ
Чистота поверхности юбки поршня существенно влияет на его ресурс. В поршнях старых конструкций на поверхности юбки выполнялись наклонные или волнообразные канавки, глубина которых доходила до 0,0005 дюйма (0,0125 мм),— за счет канавок на поверхности удерживалась смазка (рис. 17.18). В ряде конструкций алюминиевых поршней для уменьшения износа и механических повреждений при эпизодическом снижении количества смазки используется тонкопленочное покрытие поверхности оловом (толщиной примерно 0,00005 дюйма или 0,00125 мм). Юбка поршня обычно скользит по пленке моторного масла.
Рис. 17.17. На этом разрезе поршня, отштампованного из алюминия, видна текстура сплава
Отсутствие смазочной пленки приводит к возникновению сухого трения деталей, в результате чего происходит износ поверхностей. На рис. 17.19 в качестве примера показан поршень с молибденово-графитовым покрытием, снижающим сухое трение.
БАЛАНСИРОВКА ПОРШНЯ
В ранее выпускавшихся двигателях в конструкции поршней предусматривались бобышки или фланцы юбок (рис. 17.20), которые использовались для регулировки веса поршней. На завершающей стадии производства производилась подгонка поршня по весу путем сошлифовывания материала с этих бобышек.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ПОРШНЕЙ
При отсутствии в сервисном центре необходимого оборудования ремонтопригодные шатунно-поршневые узлы в сборе направляются на авторемонтный завод для восстановительного ремонта (рис. 17.21 -17.24). Демонтаж шатунов из поршней выполняется с помощью специального приспособления, показанного на рис. 17.25. После очистки, юбки изношенных поршней восстанавливаются до исходных размеров и в верхние канавки поршневых колец вставляются распорные прокладки. В процессе возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре, которое происходит с высокой скоростью, кольца, вибрируя, попеременно
476 Глава 17
Рис. 17.18. Типичный внешний вид поверхности юбки поршня
Рис. 17.19. Молибденово-графитовое покрытие, нанесенное на поверхность юбки этого поршня шестицилиндрового V-образного двигателя General Motors 3800, предотвращает износ поршня из-за сухого трения, возникающего в холодном двигателе
бьются о противоположные стенки канавки. Вибрация поршневого кольца вызывает постепенное увеличение вертикального зазора кольца в канавке. Происходит изнашивание как кольца, так и канавки. Чем больше за-
Что в действительности вызывает истирание?
Если две. металлических детали двигаются друг относительно друга, соприкасаясь поверхностями, то в отсутствие смазки неизбежно происходит истирание поверхностей. Истиранйе — это процесс, в ходе которого происходит ‘ сцепление контактирующих поверхностей металлов друг с другом, а затем— разрыв этого сцепления. При остановке поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) происходит микроприваривание поршня или поршневых колец котенке цилиндра. Когда поршень начинает двигаться вниз, это соединение разрывается. Неоднородности поверхности, возникающие в результате этого, приводят к неравномерному износу стенки цилиндра; а также поршневых колец и самого поршня. V?*
Причиной изнашивания является отсутствие смазки и/или детонация, вызывающая повышение температуры и давления в камере сгорания.
зор, тем быстрее идет изнашивание. Канавка верхнего поршневого кольца двигателей промышленных установок может быть отремонтирована при износе, превышающем 0,005 дюйма (0,125 мм). Для восстановления зазора верхнего поршневого кольца в канавке путем механической обработки канавка расширяется на 0,025 дюйма (0,625 мм) по сравнению со стандартной.
Поршни, поршневые кольца и шатуны 477
Рис. 17.20. Примеры типичного расположения балансировочных бобышек в поршне
Рис. 17.22. Инструмент для очистки канавок поршневых колец, с помощью которого удаляется угольный нагар со дна канавок. Очистку необходимо производить очень аккуратно, не допуская соскабливания алюминия со дна канавок
Рис. 17.21. Если поршни решено не заменять, то первое, что должно быть сделано, — это их тщательная очистка, которую начинают с соскабливания въевшегося нагара. Может также потребоваться химическая или ультразвуковая очистка
Рис. 17.23. Полная очистка поршня включает очистку дренажных отверстий в канавках поршневых колец
478 Глава 17
Рис. 17.24. Измерение канавки поршневого кольца. Даже при замене поршня необходимо произвести измерение канавок поршневых колец в новом поршне, чтобы убедиться, что устанавливаемые поршневые кольца соответствуют им по размеру
Один из вариантов инструмента, используемого для этого, показан на рис. 17.26. Над новым поршневым кольцом, в расширенную канавку ставится, ..как показано на рис. 17.27, стальная распорная прокладка, уменьшающая зазор до стандартной величины. Размер юбки поршней промышленных двигателей также восстанавливается накаткой ее поверхность, Как показано на рис. 17.28. v
ПОРШНЕВЫЕ ПАЛЬЦЫ
С помощью поршневого пальца поршень крепится к шатуну. Поршневой палец называют также пальцем цапфы поршня (gudgeon pin— название, принятое в Великобритании). Через поршневой палец сила, создаваемая давлением газов в камере сгорания и инерцией поршня, передается на шатун. Поршневой палец изготавливается из высококачественной стали в форме пустотелого цилиндра, чтобы он был одновременно легким и прочным. Иногда внутреннее отверстие поршневого пальца растачивается на конус, — по краям поршневого
Рис. 17.25. Пресс, используемый для демонтажа шатуна из поршня
Рис. 17.26. Один из вариантов инструмента для механической обработки канавок поршневых колец
Распорная прокладка поршневого кольца
Поршневые кольца
Поршень
Рис. 17.27. Распорная прокладка, установленная над новым поршневым кольцом в верхней канавке, расширенной с помощью механической обработки
Поршни, поршневые кольца и шатуны 479
Рис. 17.28. Накатка поверхности юбки поршня промышленного двигателя, обеспечивающая восстановление ее исходного диаметра
Рис. 17.29. Профили продольного сечения поршневых пальцев. Обратите внимание на то, что в верхнем поршневом пальце расточены конусные отверстия — толщина стенки, а соответственно и прочность пальца больше там, где нагрузка на палец максимальна
пальца диаметр отверстия большой, а в центральной части маленький. Это обеспечивает пропорциональное изменение прочности поршневого пальца в соответствии с изменением нагрузки по его длине. Такое отверстие с двухсторонней конусностью обходится в изготовлении дороже, поэтому поршневые пальцы такой конструкции используются там, где преимущества снижения веса перевешивают удорожание детали (рис. 17.29).
СМЕЩЕНИЕ ПОРШНЕВОГО ПАЛЬЦА
Посадочное отверстие поршневого пальца в поршне делается со смещением относительно центральной осевой линии поршня. Оно сдвигается к главной опорной поверхности поршня — примерно на 0,062 дюйма (1,57 мм) от оси симметрии поршня, как показано на рис. 17.30.
ПРИМЕЧАНИЕ
Главная опорная сторона цилиндра — это та часть стенки цилиндра, в сторону которой наклонен шатун поршня во время рабочего такта.
ОСЬ СИММЕТРИИ ПОРШНЯ
I
ГЛАВНАЯ
ОПОРНАЯ—*'
ПОВЕРХНОСТЬ
ЭТА ЛИНИЯ ПЕРЕСЕКАЕТ ОСЬ ПОРШНЕВОГО ПАЛЬЦА
СМЕЩЕНИЕ
Рис. 17.30. Поршневой палец смещен в сторону главной опорной поверхности поршня
480 Глава 17
Смещение поршневого пальца делается специально — для снижения стука при перекладке поршня в верхней мертвой точке.
Если через поршневой палец такого поршня провести условную вертикальную плоскость, то площадь днища поршня окажется разделенной на две неравные части. Когда поршень движется в такте сжатия вверх, он скользит, прижимаясь к стенке цилиндра неглавной опорной поверхностью. Когда давление газов становится достаточно большим, поршень слегка перекашивается в цилиндре — из-за того, что площадь днища поршня разделена на две неравные части (больше с неглавной стороны, чем с главной). Теперь он прижимается к стенке цилиндра верхним краем неглавной опорной поверхности и нижним краем главной опорной поверхности. Когда поршень подходит к верхней мертвой точке, он касается стенки цилиндра обеими опорными поверхностями. Когда поршень проходит верхнюю мертвую точку, сила, действующая на шатун, заставляет его прижать поршень к главной опорной стороне цилиндра. Нижняя сторона главной опорной поверхности поршня уже была ранее прижата к стенке цилиндра. Остальная часть поверхности юбки поршня плавно входит в полный контакт со стенкой цилиндра сразу же после пересечения поршнем верхней мертвой точки — таким образом ослабляется стук поршня. Этот процесс проиллюстрируют эскизы движения поршня, приведенные на рис. 17.31.
Смещение поршневого пальца в сторону неглавной опорной поверхности дало бы больший выигрыш в тяговом усилии. Оно также привело бы к ослаблению силы трения поршня о стенку цилиндра. По этим соображениям в гоночных двигателях палец поршня часто смещают в сторону неглавной опорной поверхности. Для гоночных двигателей максимальные рабочие характеристики важнее шума и срока службы.
ПРИМЕЧАНИЕ
Не всегда в поршнях палец ставится со смещением. В действительности во многих двигателях порщневые пальцы не смещены, что обеспечивает снижение трения и повышение мощности и экономичности.
ПОСАДКА ПОРШНЕВОГО ПАЛЬЦА В ПОРШНЕ
Чистота поверхности и точность соблюдения диаметра поршневого пальца строго контролируются. Поверхность поршневого пальца полируется до зеркального блеска. Диаметр поршневого пальца выдерживается с точностью до десятитысячных долей дюйма, чтобы обеспечить его посадку в поршне с минимальным зазором. При чрезмерном зазоре посадки поршневого пальца в поршне или в шатуне он громко стучит при работе двигателя. Слишком тугая посадка поршневого пальца в поршне ограничивает расширение поршня вдоль поршневого пальца. Это вызывает истирание поршня. Нормальный зазор поршневого пальца находится в пределах от 0,0005 до 0,0007 дюйма (от 0,0126 мм до 0,0180 мм).
СПОСОБЫ ФИКСАЦИИ ПОРШНЕВОГО ПАЛЬЦА В ПОРШНЕ
Фиксация поршневого пальца с плавающей посадкой
Необходимо зафиксировать поршневой палец так, чтобы исключить его осевые смещения в поршне. Если не зафиксировать поршневые пальцы, то они будут смещаться вдоль оси и оставлять борозды в стенке цилиндра. Поршневой палец может быть с плавающей посадкой — в этом случае осевое смещение поршне-
Рис. 17.31. Иллюстрация эффекта ослабления ударов поршня о стенку цилиндра за счет смещения оси поршневого пальца
а)
Поршень поднимается к ВМТ в такте сжатия
6)
Поршень переходит через ВМТ — начинается рабочий такт
в)
Поршень опускается от ВМТ в рабочем такте
Поршни, поршневые кольца и шатуны 481
Рис. 17.32. Фиксация поршневого пальца с плавающей посадкой по центру поршня осуществляется с помощью стопорных колец, установленных на обоих его концах
вого пальца предотвращается с помощью фиксаторов на обоих концах пальца.
Поршневые пальцы с плавающей посадкой фиксируются в поршнях автомобильных двигателей с помощью стопорных колец, устанавливаемых в канавки, предусмотренные в бобышках поршня (рис. 17.32 и рис. 17.33). В некоторых конструкциях автомобильных двигателей для этой цели используются алюминиевые или пластиковые пробки, вставляемые с обеих сторон в поршневой палец. Эти фиксаторы касаются стенки цилиндра, не оставляя на ней следов, и удерживают поршневой палец по центру поршня.
Посадка с натягом
Способ фиксации поршневого пальца в шатуне, используемый в настоящее время, заключается в том, что диаметр посадочного отверстия'в верхней головке шатуна делается чуть меньшим диаметра поршневого пальца. Поршневой палец либо устанавливается в предварительно расширенное путем нагрева шатуна отверстие, либо запрессовывается в шатун. Этот метод обеспечивает надежную фиксацию поршневого пальца (рис. 17.34). Такая прессовая или горячая посадка называется посадкой с натягом. При таком способе фиксации важно обеспечить надлежащий диаметр отверстия в шатуне и правильное позиционирование пальца в нем. Посадка с натягом — это наиболее дешевый способ фиксации поршневого пальца. Поэтому этот способ фиксации поршневого пальца используется в подавляющем большинстве двигателей.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ПОРШНЕВОГО ПАЛЬЦА
Износ поршневых пальцев до такой степени, когда они начинают дребезжать или стучать, обычно происходит в двигателях только при очень большом пробеге. Болтающийся поршневой палец создает двойной стук. Стук раздается вдвое чаще, чем, казалось бы, должно было бы быть, потому что палец стучит дважды — когда поршень останавливается в верхней мертвой точке и когда он начинает двигаться вниз. На авторемонтных предприятиях при восстановлении шатунно-поршневых узлов в них могут устанавливаться ремонтные поршневые пальцы увеличенного диаметра. После прецизионного хонингования посадочного отверстия в шатуне его диаметр увеличивается
Рис. 17.33. Стопорное кольцо, установленное в канавке отверстия поршневого пальца
482 Глава 17
Рис. 17.34. Фиксация поршневого пальца посадкой с натягом
и к нему подходит только ремонтный поршневой палец увеличенного диаметра.
Хонингование посадочных отверстий как в поршне, так и в шатуне выполняется на высокоточном оборудовании, обеспечивающем необходимую чистоту поверхности отверстия и допуск на диаметр отверстия не хуже 0,0001 дюйма (одна десятитысячная дюйма) (0,0025 мм). Отверстие в поршне имеет диаметр, обеспечивающий зазор с поршневым пальцем в пределах от 0,0002 до 0,0005 дюйма (от 0,005 до 0,012 мм). Пример типичного хона, предназначенного для выполнения этой операции, показан на рис. 17.35.
ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА
Поршневые кольца выполняют в двигателе две важных функции. Они создают скользящее уплотнение камеры сгорания, предотвращающее утечку рабочих газов, находящихся под высоким давлением. Они также не допускают попадания в камеру сгорания машинного масла. Кроме того, через кольца происходит передача тепла от поршня в стенку цилиндра, откуда оно затем отводится системой охлаждения.
Поршневые кольца подразделяются на два типа: компрессионные и маслосъемные. Два компрессионных кольца располагаются ближе к днищу порш-
Рис. 17.35. Хонингование поршня под установку ремонтного поршневого пальца увеличенного диаметра
ня и одно маслосъемное кольцо располагается под компрессионными кольцами (рис. 17.36). В старых конструкциях поршневые кольца имели простое прямоугольное сечение. Впоследствии их поперечное сечение стало сложнее — ему стали придавать трапециевидную форму, появились фаски, выточки, пазы, фланцы и расширители. Материалы, из которых изготавливаются поршневые кольца, также изменились — теперь вместо обычного чугуна используется перлитный и зернистый (с шаровидным графитом) чугун,
Серьезная проблема, не создающая
Иногда поршневой палец смещается в поршне вдоль оси и, касаясь стенки цилиндра, оставляет в ней борозды. Этот процесс часто происходит незаметно, потому что износ такого характера не вызывает сильного шума. Поскольку поршневой палец расположен под поршневыми кольцами, качество уплотнения камеры сгорания, обеспечиваемое ими, снижается незначительно — до тех пор, пока канавка в стенке цилиндра, протертая поршневым пальцем, не приводит к износу поршневых колец.
Установить истинную причину повышенного расхода масла в таком случае оказывается непросто, потому что повреждение маслосъемных колец, вызванное канавкой, оставленной в стенке цилиндра поршневым пальцем, обычно происходит только в одном из цилиндров.
Испытания на степень сжатия часто дают хороший результат, потому что качество уплотнений, главным образом верхних, в цилиндре не нарушено. Не один автомеханик, сняв с блока цилиндров головку, поражался тому, насколь-- ко велики канавки, оставленные в стенках цилиндров поршневыми пальцами. А стоимость ремонта двигателя сразу же резко возрастала по сравнению со стоимостью обычного техобслуживания головки блока цилиндров.
Поршни, поршневые кольца и шатуны 483
Рис. 17.36. В поршне, как правило, стоят два компрессионных и одно маслосъемное кольцо
Рис. 17.37. Поршневое кольцо из ковкого чугуна обладает очень большой гибкостью и при изгибаниях не ломается
а также сталь. В ряде автомобильных двигателей используются также поршневые кольца, изготовленные из ковкого чугуна (рис. 17.37).
КОМПРЕССИОННЫЕ КОЛЬЦА
Компрессионное кольцо предназначено для создания уплотнения между движущимся поршнем и стенкой цилиндра. Это необходимо для того, чтобы извлечь максимум энергии из давления расширяющихся газов в камере сгорания. В то же самое время компрессионное кольцо должно обеспечивать минимальное трение. Это становится возможным за счет сокращения до минимума статического усилия прижима кольца к стенке цилиндра, создаваемого за счет его собственной упругости. В такте сжатия, рабочем ходе и такте выпуска газы, находящиеся в камере сгорания, созда-
Газы из камеры сгорания прорываются через зазор
Поршень
Стенка цилиндра
Силы давления газов, действующие на поршневое кольцо
Рис. 17.38. Газы, находящиеся в камере сгорания, давят на верхнее поршневое кольцо сверху и изнутри по периметру кольца, прижимая его к стенке цилиндра
ют давление в полости канавки поршневого кольца. Это давление увеличивает усилие прижима кольца до уровня, необходимого для герметизации камеры сгорания на протяжении этих тактов. На рис. 17.38 показано, каким образом давление газов в камере сгорания создает дополнительное усилие прижима кольца.
СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ПОРШНЕВОЕ КОЛЬЦО
Статическое усилие прижима поршневого кольца к стенке цилиндра зависит от формы кольца, материала, из которого оно изготовлено, и используемых расширителей. Для обеспечения минимальной площади контакта поршневого кольца со стенкой цилиндра используется эффект скручивания кольца. На фотографии, приведенной на рис. 17.39, видны следы линейного контакта на кольцах, имеющих небольшую продолжительность эксплуатации. При линейном контакте удельное давление в зоне контакта получается относительно высоким, что обеспечивает герметичность уплотнения. При этом суммарное усилие прижима кольца к стенке цилиндра оказывается достаточно низким, что обеспечивает низкую силу трения в зоне контакта кольца со стенкой цилиндра. Давление газов, находящихся в камере сгорания, приложено к верхней стороне поршневого кольца. Оно прижимает кольцо к нижней стороне канавки. За счет этого повышается герметичность стыка поршневого кольца с поршнем. Давление газов, действующее на внутреннюю стенку по периметру поршневого кольца, прижимает его
484 Глава 17
Рис. 17.39. Поршневые кольца проработали немного, поэтому на них виден только тонкий след контакта со стенкой цилиндра. На верхнем кольце, имеющем бочкообразную поверхность трения, линия контакта проходит по центру кольца. На втором кольце — со скошенной поверхностью трения — линия соприкосновения проходит по нижнему краю кольца
упираются друг в друга, в результате возрастает механическая сила прижима поршневого кольца к стенке цилиндра. Это вызывает ускоренное изнашивание и возможный выход двигателя из строя. Чаще всего в автомобильных двигателях используются поршневые кольца с прямым замком. В тихоходных стационарных двигателях и ряде конструкций^ дизельных двигателей используются более дорогостоящие поршневые кольца с косым замком или замком внахлест. Такого типа замки необходимы для снижения скорости утечки газов из камеры сгорания. В низкоскоростном двигателе время утечки газов через замок поршневого кольца — больше. Примеры типичных конструкций замка поршневого кольца показаны на рис. 17.40.
ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ
По мере увеличения числа оборотов двигателя силы инерции, действующие на поршневые кольца, также возрастают. В конце концов производители двигателей смогли уменьшить силы инерции, действующие на поршневые кольца, за счет снижения массы колец. Для этого толщину колец уменьшили с 1/4 дюйма (6 мм) до 1/16 дюйма (1,6 мм).
Примеры типичных вариантов формы поперечного сечения компрессионных колец показаны на рис. 17.41. Обсуждение вопроса о форме поперечного сечения поршневых колец необходимо начать с рассмотрения кольца прямоугольного поперечного сечения,—
к стенке цилиндра, повышая герметичность стыка кольца со стенкой цилиндра. Давление газов в камере сгорания создает динамическую силу прижима, которая обеспечивает надежность подвижного уплотнения камеры сгорания.
ЗАЗОР В ЗАМКЕ ПОРШНЕВОГО КОЛЬЦА
Разрез (называемый также замком) поршневого кольца дает возможность утечки газов через уплотнение, создаваемое верхним компрессионным кольцом. За счет этой утечки создается динамическая сила прижима второго кольца. Ширина разреза является критическим параметром. Слишком широкий замок приводит к чрезмерному прорыву газов. Прорыв означает утечку газов из камеры сгорания минуя уплотнение, создаваемое поршневыми кольцами. Прорыв газов сдувает масло со стенки цилиндра, что приводит к усиленному изнашиванию поршневых колец. С другой стороны, слишком узкий разрез приводит к тому, что при нагреве двигателя концы поршневого кольца
Прямой замок
Косой замок
Замок внахлест
Рис. 17.40. Типичные конструкции замка поршневого кольца
Поршни, поршневые кольца и шатуны 485
Прямоугольный профиль
Б
Скошенный
В
С выточкой
г
С выточкой
кручением
Рис. 17.42. Разрез поршня, на котором виден износ канавки поршневого кольца (публикуется с любезного разрешения корпорации Dana Corporation)
Рис. 17.41. Типичные формы поперечного сечения компрессионных колец
сечения, которое первоначально имели поршневые кольца. На смену кольцам прямоугольного поперечного сечения сначала пришли кольца со скошенной поверхностью трения, которые соприкасаются со стенкой цилиндра нижним ребром. Если на внутренней стороне кольца сделана канавка или выточка, то форма поперечного сечения становится несимметричной, что вызывает скручивание кольца в канавке поршня в направлении, при котором внешняя сторона кольца задирается вверх. Такое скручивание обеспечивает такой же контакт кольца со стенкой цилиндра, как и скос передней стенки кольца. Оно также создает герметичный контакт кольца с нижней стороной канавки поршня. В ряде конструкций двигателей используются компрессионные кольца одновременно со скошенной передней стенкой и скручиванием.
В нижнем компрессионном кольце иногда делается канавка или расточка на внешней стороне кольца (на поверхности трения). Это также вызывает скручивание поршневого кольца. Острое нижнее ребро внешней стороны кольца превращается в скребок, который помогает снимать масло со стенки цилиндра, но в качестве компрессионных кольца такого типа работают хуже, чем кольца, описанные ранее.
Канавка или выточка на нижнем внутреннем ребре поршневого кольца вызывает обратное скручивание кольца, когда его внешняя сторона опускается вниз. В результате герметичный контакт кольца с нижней стороной канавки поршня проходит по линии, расположенной ближе к наружной стороне кольца, улучшая таким образом съем масла со стенки цилиндра. Но в этом случае для обеспечения необходимого контакта поверхности трения поршневого кольца со стенкой
цилиндра она должна иметь больший скос или выпуклую, бочкообразную форму.
В ряде конструкций поршневых колец вместо скоса поверхности трения кольца ей придается бочкообразная форма. Выпуклость составляет 0,0003 на 0,010 дюйма (0,0076 на 0,254 мм) толщины поршневого кольца. Бочкообразная форма поверхности трения встречается как у плоских, так и у скручивающихся колец. На фотографии, приведенной на рис. 17.42, показан пример того, как изнашивается канавка в поршне и поверхность трения скручивающегося кольца в процессе работы двигателя.
ХРОМИРОВАННЫЕ ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА
Хромирование поверхности трения чугунных колец значительно увеличивает их ресурс, особенно при эксплуатации двигателя в условиях высокой запыленности. В процессе производства с ребер на внешней стороне поршневого кольца снимается небольшая фаска. Затем на внешнюю сторону поршневого кольца наносится слой хрома толщиной примерно 0,0004 дюйма (0,010 мм). Хромированные поршневые кольца полируются или хонингуются, а затем упаковываются и отправляются заказчику. На поперечном разрезе, показанном на рис. 14.73, виден слой хромового покрытия на внешней стороне (поверхности трения) поршневого кольца.
ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА С МОЛИБДЕНОВЫМ ПОКРЫТИЕМ
В начале шестидесятых годов появились поршневые кольца с молибденовым покрытием поверхности
486 Глава 17
Рис. 17.43. Поперечный разрез поршневого кольца, на поверхности трения которого виден слой хромового покрытия (публикуется с любезного разрешения корпорации Sealed Power Corporation)
Рис. 17.44. Поперечный разрез поршневого кольца, на поверхность трения которого методом напыления нанесено молибденовое покрытие (публикуется с любезного разрешения корпорации Sealed Power Corporation)
трения. Эти кольца зарекомендовали себя очень стойкими в работе, особенно к истиранию. Молибденовое покрытие, наносимое на чугунное кольцо с помощью метода плазменного напыления, обеспечивает высокую износостойкость и низкий коэффициент трения. Метод плазменного напыления заключается в том, что с помощью высоковольтной дуги создается чрезвычайно высокотемпературная плазма (ионизированный газ), с помощью которой молибден плавится и напыляется на поверхность поршневого кольца. У молибденовых поршневых колец, как правило, на внешней стороне кольца делается канавка глубиной от 0,004 до 0,008 дюйма (от 0,1 мм до 0,2 мм), которая с помощью метода плазменного напыления заполняется молибденом. Таким образом, слой молибдена окружен сверху и снизу кромками из чугуна. В ряде конструкций колец эти кромки могут быть скошены. На рис. 14.74 показан поперечный разрез кольца с молибденовым покрытием.
Поршневые кольца с молибденовым покрытием по стойкости к высоким температурам и истиранию превосходят хромированные кольца. По стойкости к абразивному износу хромированные кольца превосходят кольца с молибденовым покрытием. Что касается надежности защиты от прорыва газов из камеры сгорания, попадания масла в камеру сгорания, приработки и потерям на трение, то по этим параметрам между этими двумя типами поршневых колец разницы почти нет. Поршневые кольца с любым из этих покрытий на-мною превосходят обычные чугунные кольца с фосфатированной поверхностью. Кольцо с молибденовым покрытием устанавливают, как правило, в верхней канавке поршня, а во второй сверху — или обычное чугунное или хромированное кольцо.
ПОРШНЕВЫЕ КОЛЬЦА С ХРОМИСТО-МОЛИБДЕНОВО-КАРБИДНЫМ ПОКРЫТИЕМ
В некоторых серийных двигателях, и в качестве запчастей, используются также кольца с хромисто-молиб-деново-карбидным покрытием. Это покрытие сочетает в себе твердость хрома и карбида с термостойкостью молибдена. Кольца с керамическим покрытием применяются также в тех случаях, когда требуется повышенная термостойкость, например, в супермощных двигателях и двигателях, оснащенных системой наддува.
МАСЛОСЪЕМНЫЕ КОЛЬЦА
Маслосъемное кольцо соскабливает масло со стенки цилиндра, и через дренажные отверстия в поршне масло возвращается в систему смазки. На рис. 17.45
Рис. 17.45. В этой конструкции поршня масло, соскабливаемое со стенки цилиндра маслосъемным кольцом, направляется для смазывания поршневого пальца
Поршни, поршневые кольца и шатуны 487
ОСЕВОЙ РАСШИРИТЕЛЬ
РАДИАЛЬНЫЙ РАСШИРИТЕЛЬ
Рис. 17.46. Маслосъемное кольцо, состоящее из осевого расширителя, двух хромированных пластинчатых колец и радиального расширителя (публикуется с любезного разрешения корпорации Dana Corporation)
ПЛАСТИНЧАТОЕ КОЛЬЦО С ХРОМИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ТРЕНИЯ
Рис. 17.47. Радиальный расширитель упорного типа, используемый в конструкции маслосъемных колец. Когда его концы упираются друг в друга, возникает радиальная сила сопротивления сжатию
показан пример использования масла, соскабливаемого маслосъемным кольцом, для смазки поршневого пальца. Для повышения статического усилия прижима кольца к стенке цилиндра, за ним в канавке вставлены расширители. Они принудительно разжимают кольцо изнутри, заставляя его подстраиваться по форме к стенке цилиндра. Используется множество разных конструкций расширителей. Один из вариантов расширителя (рис. 17.46) действует как пружина между дном канавки и задней стенкой кольца. Действие другого варианта расширителя (рис. 17.47) основано на том, что когда его концы упираются друг в друга, возникает радиальная сила. За счет этого увеличивается жесткость поршневого кольца. Часто маслосъемные кольца выполняются составными. Тонкие пластинчатые кольца с хромированной рабочей поверхностью фиксируются в канавке поршня с помощью двух расширителей: радиального и осевого (рис. 17.48).
ШАТУНЫ
Через шатун возвратно-поступательное движение поршня под действием силы, создаваемой давлением газов в камере сгорания, преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Верхняя головка шатуна совершает вместе с поршнем возвратно-поступательное движение. Нижняя головка шатуна, сидящая на шатунной шейке коленчатого вала, совершает вместе с ней вращательное движение. Поскольку шатун совершает такое сложное движение с большими ускорениями, он должен иметь как можно меньшую массу,
Рис. 17.48. Слева показано маслосъемное кольцо, состоящее из двух хромированных пластинчатых колец и комбинированного радиально-осевого расширителя. Справа показано маслосъемное кольцо, состоящее из одного хромированного пластинчатого кольца и комбинированного радиально-осевого расширителя
сохраняя при этом требуемую прочность. Снижение массы шатуна позволяет также сэкономить расходы на материалы, идущие на его изготовление.
Литые шатуны
Благодаря усовершенствованным материалам и технологии литья в большинстве серийно выпускаемых автомобильных двигателей используются литые шатуны. Литые шатуны легко узнать по узкому шву
488 Глава 17
Рис. 17.49. Пример типичной отливки-полуфабриката шатуна
Рис. 17.50. Штампованный шатун проходит операцию восстановления. Обратите внимание на широкий шов на боковой поверхности шатуна и небольшую бобышку на его верхней головке, которая используется для балансировки шатуна. Сошлифовывая металл с этой площадки (так называемой балансировочной площадки или бобышки), вес верхней головки шатуна подгоняют до установленного допуска
на боковой стороне. Пример типичной отливки-полуфабриката шатуна показан на рис. 17.49.
Штампованные шатуны
В течение многих лет в двигателях применялись штампованные шатуны. Только такие шатуны ставят в мощные двигатели. Они обычно стоят в стационарных двигателях большой мощности. Штампованные шатуны обладают, как правило, меньшим весом и более высокой прочностью, но и стоят дороже Штампованный шатун легко узнать по широкому шву на боковой стороне, как показано на рис. 17.50. См. также рис. 17.51.
ШАТУНЫ, СПЕЧЕННЫЕ
ИЗ ПОРОШКОВОГО МЕТАЛЛА
В ряде серийных двигателей, например в двигателях автомобилей Notrthstar компании General Motors, штампованные шатуны заменены шатунами, изготовленными из порошкового металла, которые обладают более высокой прочностью. Шатуны этой конструкции имеют сужающееся двутавровое поперечное сечение.
ПРИМЕЧАНИЕ
У шатунов, изготовленных из порошкового металла по технологии спекания, линия разъема нижней головки шатуна представляет собой неровный разлом. Эта неровная поверхность разлома обеспечивает идеальное совмещение двух частей нижней головки при их болтовом соединении (рис. 17.52).
Рис. 17.51. Варианты конструкции шатунов. Чугунный литой шатун; обратите внимание на то, что на его боковой стороне заметен тонкий шов (а). Штампованный шатун; обратите внимание на то, что шов на его боковой стороне — широкий (6). Штампованный шатун, в котором линия разъема нижней головки не перпендикулярна продольной оси шатуна (в). Штампованный алюминиевый шатун гоночного двигателя (г)
Поршни, поршневые кольца и шатуны 489
Рис. 17.52. Линия разъема нижней головки шатуна, изготовленного из порошкового металла по технологии спекания, представляет собой неровный разлом
КОНСТРУКЦИЯ ШАТУНА
Отверстие в нижней головке шатуна поршня должно быть идеально круглым. Поэтому крышки нижней головки шатуна не взаимозаменяемы. Отверстия крепежных болтов в нижней головке шатуна и ее крышке точно совмещены друг с другом с помощью развертки.
В крепежных болтах предусмотрены центрирующие участки, плотно подогнанные к этим развернутым отверстиям. Болты крепления сидят в отверстиях нижней головки шатуна настолько плотно, что в случае необходимости их замены, их приходится выпрес-совывать из отверстий, — пример выполнения такой операции показан на рис. 17.53. ч
В ряде конструкций двигателей шатуны ставят со смещением от центра поршня вдоль оси поршневого пальца, что обеспечивает наиболее экономную компоновку многоцилиндровых двигателей. В некоторых типах шестицилиндровых V-образных двигателей смещение шатунов относительно центра поршней составляет примерно 0,1 дюйма (2,54 мм). Пример установки шатуна со смещением показан на рис. 17.54.
В конструкции шатунов предусмотрены бобышки (площадки), позволяющие корректировать массу шатуна, подгоняя ее до установленного допуска. В некоторых конструкциях шатунов бобышки имеются только на крышке нижней головки. В других конструкциях шатунов бобышки размещают также и на верхней головке шатуна. В ряде конструкций бобышки размещаются на боковых сторонах шатуна, рядом с его центром тяжести. На рис. 17.55 показаны примеры типичного размещения бобышек на шатунах. Подгонка массы шатунов выполняется на автоматической установке и является последней операцией механической обработки шатунов перед их установкой в двигатель.
В большинстве конструкций шатунов имеется разбрызгивающее отверстие, через которое стравливается часть масла, смазывающего шатунный подшипник. В рядных двигателях масло выбрасывается из разбрызгивающего отверстия в тот цилиндр, в котором стоит
б)
Рис. 17.53. Из нижней головки шатуна болты крепления приходится выпрессовывать (а). Выпрессовывание старых болтов и запрессовывание новых необходимо производить максимально плавно, не допуская резких нагрузок на шатун (6). После демонтажа болтов крепления шатун должен пройти восстановление
490 Глава 17
Рис. 17.55. Примеры типичного размещения на шатунах бобышек для подгонки массы
Рис. 17.54. Слева показан шатунно-поршневой узел шестицилиндрового V-образного двигателя. Обратите внимание на то, что поршень имеет юбку полной длины и шатун смещен относительно центра поршня. Справа показан шатунно-поршневой узел шестицилиндрового V-образного двигателя другой модели. В этом случае в смещении шатуна нет необходимости, поскольку цилиндры стоят на одной линии с кривошипом коленчатого вала. Обратите внимание также на облегченную конструкцию правого поршня
шатун. В V-образных двигателях масло выбрасывается в парный цилиндр противоположного ряда. Масло, разбрызгиваемое шатуном, направляется так, чтобы оно попадало вовнутрь корпуса поршня. Это улучшает смазывание поршневого пальца. В шатуне также может быть отверстие аналогичное разбрызгивающему — но оно называется дренажным1. Это отверстие служит только для управления потоком смазки через подшипник нижней головки шатуна (рис. 17.56).
СПИРАЛЬНОЕ ИСКРИВЛЕНИЕ ШАТУНА
При восстановлении шатуна необходимо обязательно проверить его на спиральное искривление. Иными словами, оси отверстий в верхней и нижней головке шатуна должны быть параллельны. Предельно допустимая величина спирального искривления со-
Рис. 17.56. Разбрызгивающие и дренажные отверстия в шатунах
ставляет 0,002 дюйма (0,05 мм). На рис. 17.57 показано приспособление для проверки шатунов на спиральное искривление. Если величина спирального искривления
1 Дренажное отверстие в теле шатуна позволяет увеличить поток масла, протекающего через шатунный подшипник, улучшая за счет этого его охлаждение. — Примеч. ред.
Поршни, поршневые кольца и шатуны 491
Рис. 17.58. Признаки непараллельности осей отверстий нижней и верхней головок шатуна
Рис. 17.57. Приспособление для проверки шатунов на спиральное искривление
превышает предельно допустимую, то на некоторых специализированных предприятиях это искривление может быть устранено путем холодного выравнивания шатуна. Выравнивать можно как литые, так и штампованные поршни. Тем не менее на многих моторостроительных предприятиях искривленные шатуны поршней заменяют (рис. 17.58).
ОБМЕН ОПЫТОМ И
;'£
МНММННМНММММММ
Качество сборки двигателя зависит от мелочей
Автомеханик проверил весь приобретенный крепеж и обнаружил в комплекте крепления нижней головки шатуна одну бракованную— искривленную, гайку (рис. 17.59). Если бы автомеханик не проверил крепеж, эта гайка могла бы быть закручена на шатуне и затянута в соответствии стехническими требованиями, хотя при этом она не обеспечивала бы необходимого усилия прижима. Этот явный дефект одной гайки мог привести к катастрофическим повреждениям двигателя.
Рис. 17.59. Новый комплект крепления нижней головки шатуна. Обратите внимание на то, что гайка криво сидит на болте. Хорошо, что педантичный автомеханик обнаружил этот дефект до того, как этот крепеж оказался в двигателе
492 Глава 17
Рис. 17.60. При установке и демонтаже крышки нижней головки шатун обязательно закрепляется в зажимном приспособлении
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ШАТУНА
В процессе работы двигателя на нижний конец шатуна действуют большие нагрузки. Это вызывает постепенное деформирование отверстия нижней головки шатуна, в котором стоит вкладыш шатунного подшипника. В процессе углубленного технического обслуживания двигателя шатуны проходят операцию восстановления отверстия в нижней головке.
Шаг 1. Перед восстановлением отверстия торцы шатуна и крышки шатуна шлифуются для удаления всех неровностей поверхности. С поверхности торца крышки шатуна снимается слой металла толщиной в пару тысячных дюйма. Это делается на том же станке,
Рис. 17.61. Измерение удлинения болта при затягивании для контролируемой затяжки до предела прочности
на котором шлифуются торцы крышек коренных подшипников. После шлифовки торцов шатуна и крышки диаметр посадочного отверстия вкладыша уменьшается всего лишь на величину от 0,003 до 0,006 дюйма (от 0,08 до 0,15 мм).
Шаг 2. Крышка устанавливается на нижней головке шатуна и гайки (или болты) крепления затягиваются в соответствии с техническими требованиями, как показано на рис. 17.61. Затем отверстие растачивается или хонингуется до получения идеально круглой формы и заданного диаметра, а также заданной чистоты поверхности, обеспечивающих надлежащий натяг при посадке вкладыша в нижнюю головку шатуна. На рис. 17.62 показана оснастка для восстановления отверстия в нижней головке шатуна с помощью обычного хона, применяемого для восстановительного ремонта двигателей.
Рис. 17.62. Восстановление отверстия в нижней головке шатуна хонингованием. Для того чтобы отверстие получилось более точным, лучше всего хонинговать одновременно два шатуна
Поршни, поршневые кольца и шатуны 493
а)
6)
Рис. 17.63. Взвешивание нижней головки шатуна. Взвешиваются обязательно обе головки шатуна (а). Результаты взвешивания обеих головок всех шатунов записываются, и затем к весу самого легкого из них подгоняются все остальные шатуны — путем сошлифовывания металла с имеющихся на шатунах площадок (6)
Хотя с нижней головки шатуна удаляется часть металла, степень сжатия изменяется весьма незначительно. Внутренняя поверхность отверстия в нижней головке шатуна должна иметь чистоту от 60 до 90 микрон для обеспечения надлежащего контакта с поверхностью подшипника (вкладыша) и хорошей теплопередачи.
ПРИМЕЧАНИЕ
Эта технология восстановления неприменима к шатунам, изготовленным из порошкового металла по технологии спекания. Большинство производителей рекомендуют заменять изношенные шатуны, изготовленные из порошкового металла.
ПОДГОНКА ПО МАССЕ ПОРШНЕЙ И ШАТУНОВ
Все поршни должны быть взвешены и результаты взвешиваний записаны, как показано на рис. 17.63. Затем к весу самого легкого из поршней все остальные поршни подгоняются путем аккуратного сошлифовывания металла с имеющихся на них площадок.
При взвешивании шатунов обязательно взвешиваются по отдельности обе головки шатуна. Затем путем аккуратного сошлифовывания металла с имеющихся на обеих головках шатуна подгоночных площадок все шатуны приводятся по массе к самому легкому из них.
СБОРКА ШАТУННО-ПОРШНЕВОГО УЗЛА
При сборке шатунно-поршневого узла шатунный палец вставляется с одной стороны поршня в посадочное отверстие. Отверстие в верхней головке шатуна проверяется на соответствие его размера требуемому, как показано на рис. 17.64. Верхняя головка шатуна нагревается перед установкой в нее поршневого пальца (рис. 17.65). За счет нагрева происходит расширение отверстия в верхней головке шатуна, позволяющее поршневому пальцу легко войти в него. Необходимо быстро отцентрировать поршневой палец в посадочном отверстии верхней головки. Нужно выставить его в правильное положение с первой же попытки, потому что его быстро заклинит в отверстии верхней головки шатуна при охлаждении ее за счет контакта с самим поршневым пальцем.
Поршневые пальцы с плавающей посадкой двигаются во втулке, установленной в гнезде верхней головки шатуна. Втулка может быть заменяемой. Втулка и посадочное отверстие в поршне хонингуются до одинакового диаметра. Это обеспечивает свободное движение поршневого пальца в обеих деталях. Поршневой палец с плавающей посадкой фиксируется с двух сторон в поршне с помощью стопорных колец, устанавливаемых в предусмотренные для этого канавки в стенках посадочного отверстия.
494 Глава 17
Рис. 17.64. Прецизионный контрольно-измерительный прибор, используемый для проверки отверстия в верхней головке шатуна поршня на конусность и овальность
Необходимо внимательно следить за тем» чтобы поршни и шатуны устанавливались в те же цилиндры, из которых они были демонтированы. Они должны быть правильно сориентированы. Обычно на головке поршня ставится метка, указывающая, какой стороной он обращен к передней стороне двигателя (на кбторой монтируются приводы агрегатов). Соблюдение .правильности установки поршня в цилиндре Ъбеспечива-ет смещение поршневого пальца к надлежащей стороне стенки цилиндра в двигателе. Идентификационная маркировка на шатунах поршней в рядных двигателях с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала обычно нанесена на стороне шатуна, обращенной к распределительному валу.
ПРИМЕЧАНИЕ
В рядных верхнеклапанных двигателях с нижним расположением распределительного вала сторона распределительного вала это, как правило, та сторона двигателя, на которой стоит масляный фильтр.
На рис. 17.66 показаны примеры метки на головке поршня и идентификационной маркировки на шатуне. В V-образных двигателях идентификационная маркировка на шатунах, указывающая их принадлежность к цилиндру, ставится на той стороне шатуна, которой он обращен вниз после установки шатуннопоршневого узла в двигателе. Точно соблюдайте инструкции по сборке и установке шатунно-поршневого
ПРИМЕЧАНИЕ
При замене поршневых колец обязательно заменяются стопорные кольца поршневых пальцев.
а)
Рис. 17.65. Факельный нагреватель шатуна — этот тип нагревательной установки чаще всего используется на авторемонтных предприятиях, поскольку он обеспечивает быстрый нагрев. Шатун нагревается до температуры не выше 700°Ф (370°С). (Если на шатуне появляется синий цвет побежалости, значит он перегрет.) (а) Рабочий вынимает нагретый шатун из нагревательной установки и готовится установить его в поршень. Обратите внимание на оснастку, используемую для фиксации поршневого пальца, и измерительный прибор с циферблатной шкалой, используемый для контроля правильности позиционирования поршневого пальца (6)
Поршни, поршневые кольца и шатуны 495
Рис. 17.66. Пример метки, указывающей переднюю сторону поршня, и идентификационной маркировки на шатуне
узла, приведенные в руководстве по техническому обслуживанию двигателя.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ПОРШНЕВЫХ КОЛЕЦ
Поршневые кольца поочередно вставляются лицевой стороной (поверхностью трения) в соответствующие канавки поршня и с помощью калиберного щупа, как показано на рис. 17.67, проверяется вертикальный зазор поршневого кольца в канавке. Если в каком-то месте зазор слишком мал, соответствующая канавка проверяется на наличие отложений нагара и заусенцев. Затем поршневые кольца поочередно опускают в цилиндр, в котором им предстоит работать.
ПРИМЕЧАНИЕ
Методика технического обслуживания блока цилиндров описана в главе 16. Прежде чем приступать к выполнению описанных ниже операций, восстановление блока цилиндров должно быть завершено.
После того как все необходимые операции по ремонту цилиндров и контактных поверхностей блока
Рис. 17.67. Проверка вертикального зазора поршневого кольца в канавке с помощью калиберного щупа
Рис. 17.68. Чтобы поршневое кольцо не перекосилось, его выравнивают в цилиндре с помощью поршня
цилиндров полностью завершены, с помощью перевернутого вверх ногами поршня поршневые кольца поочередно проталкивают в нижнюю часть цилиндра примерно на три четверти его глубины (рис. 17.68). После этого измеряют ширину замка поршневого
496 Глава 17
Рис. 17.69. Ширина замка поршневого кольца измеряется с помощью калиберного щупа
Рис. 17.70. Если ширина замка поршневого кольца слишком мала, ее увеличивают, подпиливая торцы замка с помощью напильника
Рис. 17.71. Один из типов расширителей, с помощью которого производится монтаж поршневого кольца на поршень
Рис. 17.72. Примеры идентификационной маркировки, указывающей верхнюю сторону поршневого кольца
кольца (рис. 17.69). Зазор в замке кольца должен составлять примерно 0,004 дюйма на каждый дюйм диаметра цилиндра (0,04 мм на каждый сантиметр диаметра цилиндра). При необходимости с помощью напильника или ручного механизированного инструмента для шлифовки колец доводят ширину замка до требуемой (рис. 17.70).
Первыми устанавливаются маслосъемные кольца. В нижнюю канавку поршня ставится комбинированный радиально-осевой расширитель. Одно пластинчатое кольцо аккуратно вставляется в канавку над расширителем. Другое аккуратно вставляется под ним. Собранное кольцо необходимо подвигать по периметру канавки, чтобы убедиться в том, что концы комбинированного радиально-осевого расширителя не сцепились друг с другом. Если это произошло, то кольца необходимо вынуть из канавки и повторить операцию, добившись правильной установки.
Для установки компрессионных колец необходим специальный инструмент — расширитель поршневых колец, только с его помощью можно достаточно широко разжать кольцо, чтобы надеть его на поршень. На рис. 17.71 показан один из типов расширителей поршневых колец в действии. При установке кольца соблюдайте правильную ориентацию верхней и нижней его сторон. Верхняя сторона компрессионного кольца маркируется точкой, буквой Т или словом top (рис. 17.72). После установки колец их необходимо подвигать по периметру канавки, чтобы убедиться в том, что они свободно двигаются в них и в том, что они полностью входят в канавки — так, что рабочая сторона кольца погружается в канавку вровень с боковой поверхностью поршня. Обычно, перед тем как устанавливать поршни в цилиндры, поршневые кольца устанавливаются на все поршни. Процедура сборки двигателя подробно описывается в главе 19.
Поршни, поршневые кольца и шатуны 497
ФОТОРЯД
Замена поршневых колец
Ил. 28.1. Для подгонки поршневых колец к конкретному цилиндру необходимы новые поршневые кольца, расширители поршневых колец, специальный инструмент для очистки канавок поршневых колец и приспособление для шлифовки замков поршневых колец
Ил. 28.2. С помощью расширителя старые кольца снимают с поршня
Ил. 28.3. Канавки поршневых колец тщательно очищают с помощью специального инструмента
Ил. 28.4. Дренажные отверстия в канавке маслосъемного кольца обязательно очищаются
Ил. 28.5. При установке поршневых колец в поршни необходимо убедиться в правильности сборки шатуннопоршневого узла. На шатуне обязательно должна быть маркировка, указывающая, в каком цилиндре двигателя он должен стоять
Ил. 28.6. Необходимо проверить новые поршневые кольца на соответствие по размеру и назначению. Для этого с помощью справочных инструкций необходимо расшифровать маркировку, нанесенную на новые кольца
498 Глава 17
Замена поршневых колец
продолжение
Ил. 28.7. Вертикальный зазор между поршневым кольцом и канавкой измеряется с помощью калиберного щупа. Результаты измерений сравниваются с техническими требованиями завода-изготовителя (которые обычно находятся в пределах от 0,001 до 0,003 дюйма)
Ил. 28.8. Для проверки ширины замка поршневое кольцо вставляется в соответствующий цилиндр и выравнивается в нем с помощью перевернутого поршня
Ил. 28.9. С помощью калиберного щупа измеряется ширина замка поршневого кольца. Результаты измерений сравниваются с техническими требованиями завода-изготовителя (обычно составляют 0,004 дюйма на каждый дюйм диаметра расточки цилиндра)
Ил. 28.11. С помощью расширителя поршневых колец новые кольца монтируются на поршень
Ил. 28.10. Если зазор в замке поршневого кольца слишком узок, с помощью приспособления для шлифовки замков поршневых колец он доводится до необходимой ширины
Ил. 28.12. Перед установкой поршня в цилиндр обязательно необходимо проверить, что замки поршневых колец расставлены по окружности поршня в соответствии с заводскими техническими требованиями
Поршни, поршневые кольца и шатуны 499
ФОТОРЯД Восстановление шатуна
Ил. 29.1. Шлифование торцов нижней головки и крышки нижней головки шатуна, необходимое для последующего восстановления отверстия в нижней головке шатуна до первоначального диаметра, выполняется на прецизионном шлифовальном станке
Ил. 29.2. Крышка нижней головки шатуна закрепляется в зажимном приспособлении станка. С торца крышки сошлифовывается тончайший слой металла
Ил. 29.3. Для получения наилучшего результата с торцов всех крышек нижних головок шатунов, стоящих в двигателе, необходимо сошлифовать слой металла одинаковой толщины
Ил. 29.4. Затем шатун закрепляется в зажимном приспособлении и к нему прикручивается крышка. Гайки (или болты) крепления должны быть затянуты в соответствии с техническими требованиями. (Если решено заменить болты крепления, то это необходимо сделать именно сейчас — до выполнения механической операции восстановления отверстия в нижней головке шатуна.)
Ил. 29.5. Типичный станок для восстановления отверстий в нижней головке шатуна
Ил. 29.6. С помощью прецизионного измерителя, входящего в комплект хонинговального оборудования, измеряют отверстия во всех шатунах, чтобы убедиться, что отверстия в шатунах, обрабатываемых попарно, имеют одинаковый диаметр
500 Глава 17
Восстановление шатуна
продолжение
Ил. 29.7. Шатуны попарно устанавливают на хонинговальный вал станка. При обработке одновременно двух отверстий цилиндричность их выдерживается более точно и снижается опасность того, что при хонинговании будет допущена конусность или бочкообразность внутренней поверхности отверстия. Индикатор показывает величину давления, оказываемого на шлифовальные камни
Ил. 29.8. С помощью этой ножной педали шлифовальные камни отводятся от поверхности обрабатываемого отверстия, что позволяет снимать и надевать шатуны на шлифовальный инструмент
Ил. 29.9. Включают станок и, как только шпиндель с закрепленным в нем хонинговальным валом начинает вращаться, несколько раз перемещают оба шатуна вдоль хонинговального вала вперед и назад
Ил. 29.10. Останавливают станок и снимают шатуны с вала. Меняют их местами: шатун, стоявший впереди, ставят назад, а стоявший сзади — вперед
Поршни, поршневые кольца и шатуны 501
Восстановление шатуна
продолжение
Ил. 29.11. Повторяют операцию хонингования отверстий в этой комбинации положений шатунов. Такая методика позволяет достичь качественного восстановления отверстий, обеспечивая отсутствие конусности
Ил. 29.12. Прекращают операцию шлифования и на этот раз поворачивают шатуны другой стороной вперед
Ил. 29.13. Повторяют операцию восстановления диаметра отверстий, несколько раз перемещая шатуны вдоль вращающегося хонинговального вала
Ил. 29.14. В процессе механической обработки постоянно измеряют диаметр и конусность отверстий. Если окажется, что сошлифовано слишком много металла, то придется перешлифовать торец крышки нижней головки шатуна и повторить операцию восстановления отверстия.
Обработка считается успешно завершенной, когда диаметр восстановленного отверстия отличается не более чем на 0,0002 дюйма от значения, установленного в технических требованиях
502 Глава 17
ФОТОРЯД Подгонка шатунов по массе
Ил. 30.1. Для подгонки шатунов по массе необходимы весы и оснастка для шарнирного закрепления нижней и верхней головки шатуна
Ил. 30.3. Процедуру взвешивания начинают с того, что уравновешивают держатель верхней головки шатуна, стоящий на весах, и устанавливают показания весов на ноль
Ил. 30.2. Перед началом измерений еще раз проверяют, что все шатуны восстановлены и болты и гайки крепления,
которые следовало заменить, — заменены
Ил. 30.4. Подбирают по размеру отверстия в нижней головке шатуна соответствующий вкладыш
Ил. 30.5. Надевают шатун с установленным в его отверстии вкладышем на ось шарнирного крепления, а верхнюю головку шатуна устанавливают в держателе, стоящем на весах
Ил. 30.6. Записывают измеренный вес верхней головки шатуна
Поршни, поршневые кольца и шатуны 503
Подгонка шатунов по массе
продолжение
Ил. 30.7. Устанавливают держатель нижней головки шатуна на весах
Ил. 30.8. Устанавливают показания весов на ноль, чтобы вес держателя автоматически вычитался из результата взвешивания и индикатор показывал чистый вес нижней головки шатуна. Вес держателя называется собственным весом тары
Ил. 30.9. Взвешивают нижнюю головку шатуна
Ил. 30.10. Записывают вес нижних и верхних головок всех шатунов, которые будут устанавливаться в двигателе. Сравнивают полученные результаты и определяют, насколько необходимо уменьшить вес нижней и верхней головки каждого шатуна, чтобы добиться равенства их по массе с самым легким шатуном из этого комплекта
Ил. 30.11. С помощью шлифовального круга снимают часть материала с площадок верхней и нижней головок шатуна до достижения заданного веса
Ил. 30.12. В процессе сошлифовывания металла постоянно перепроверяют вес обрабатываемого шатуна
504 Глава 17
ФОТОРЯД Сборка шатунно-поршневого узла
'
Ил. 31.1. Нагревательная установка, используемая для нагрева верхней головки шатуна
Ил. 31.2. Перед началом сборки устанавливают поршень в необходимое положение в зажимном приспособлении и юстируют стопор поршневого пальца
Ил. 31.3. Вставляют шатун верхней головкой
в нагревательный элемент. Шатун необходимо устанавливать в нагревательную камеру так, чтобы правильно сориентировать его при установке в поршень. Обязательно выясните в заводском руководстве по техническому обслуживанию правильную ориентацию шатуна в поршне
Ил. 31.4. После перепроверки и полной готовности к выполнению операции включают нагревательную установку. Индикатор загорается, показывая, что нагреватель включен
Ил. 31.5. Рядом с индикатором включения нагревательной установки стоит регулятор таймера нагрева, с помощью которого устанавливается необходимая продолжительность нагрева шатуна
Ил. 31.6. Витки спирали электрического нагревательного элемента раскаляются докрасна в процессе нагревания верхней головки шатуна
Поршни, поршневые кольца и шатуны 505
Ил. 31.7. В ожидании того момента, когда верхняя головка нагреется до требуемой температуры, автомеханик практикуется в установке поршневого пальца в поршень с помощью установочной оправки.
Ил. 31.8. После того как индикатор нагрева погаснет, у автомеханика остается всего несколько секунд на то, чтобы вынуть шатун из нагревательной установки и вставить поршневой палец, прежде чем верхняя головка шатуна остынет
Ил. 31.9. Автомеханик захватывает шатун за нижнюю головку и выставляет его в поршне
Ил. 31.10. Как только шатун выставлен в поршне, в посадочное отверстие вводится поршневой палец
Ил. 31.11. После остывания шатуна в течение нескольких минут шатунно-поршневой узел вынимают из зажимного приспособления
Ил. 31.12. После полного остывания шатунно-поршневой узел проверяется на правильность сборки
18
Коленчатые валы
и подшипники
Цель главы 18 — научить читателя:
1. Отличать литой коленчатый вал от кованого.
2. Понимать назначение и принцип действия гасителя крутильных колебаний.
3. Знать технологию пёрешлифовывания и полирования коленчатого вала.
4. Понимать назначение и принцип действия балансировочных валов.
состоящими из двух половинок, чтобы их можно было смонтировать на коренных шейках коленчатого вала.
Шейка коленчатого вала— это участок его поверхности, который вращается в подшипнике. На рис. 18.1 указаны элементы конструкции коленчатого вала. В двигателях автомобилей, оснащенных коробкой передач с ручным управлением, на конце коленчатого вала устанавливается передний подшипник первичного вала коробки передач (рис. 18.2). В ряде конструкций по оси вращения коленчатого вала высверливается отверстие с целью уменьшения массы коленчатого вала (рис. 18.3).
Через коленчатый вал передается вся мощность двигателя. Способность коленчатого вала выдерживать механические нагрузки, воздействующие на него, обеспечивается за счет его конструкции, материалов и технологии его изготовления.
КОВАНЫЕ КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ
Коленчатые валы двигателей серийных автомобилей могут быть коваными или литыми. Кованые коленчатые валы обладают более высокой прочностью
НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Энергия расширяющихся газов в камере сгорания передается на коленчатый вал через поршень, поршневой палец и шатун. В нижних головках шатунов стоят подшипники, охватывающие шатунные шейки кривошипа. Радиус кривошипа — это величина смещения оси шатунной шейки от оси вращения коленчатого вала. После того как поршень проходит верхнюю мертвую точку, возрастающее давление сжигаемой рабочей смеси через шатунно-поршневой узел передается на кривошип. В результате создается крутящий момент, под действием которого коленчатый вал поворачивается. Коленчатый вал вращается в коренных подшипниках. Эти подшипники сделаны разъемными,
Шейка Поверхность
Рис. 18.1. Коленчатый вал типичной конструкции. Коленчатый вал опирается коренными шейками на подшипники, установленные в постелях блока. Шатунные шейки смещены по радиусу от оси вращения коленчатого вала
510 Глава 18
Рис. 18.2. В двигателях автомобилей, оснащенных коробкой передач с ручным управлением, на конце коленчатого вала иногда устанавливают передний подшипник первичного вала коробки передач
Рис. 18.3. Коленчатый вал восьмицилиндрового V-образного двигателя Chevrolet LS-1, по оси которого высверлено отверстие. Это сделано не только для того, чтобы облегчить коленчатый вал, но также с целью выравнивания обтекающего вал воздушного потока, который создается возвратно-поступательным движением поршней в цилиндрах
по сравнению с литыми, но они стоят дороже. Кованые коленчатые валы легко отличить по широкому шву на их поверхности (рис. 18.4).
Кованые валы изготавливаются из стали SAE 1045 или аналогичной ей. Коленчатый вал получают из раскаленной стальной заготовки путем последовательной горячей штамповки с помощью набора ковочных штампов. Каждый последующий ковочный штамп немного изменяет форму заготовки. Наконец после обработки с помощью последнего ковочного штампа получается заготовка коленчатого вала. Затем заготовки подвергаются механической обработке для получения готовых коленчатых валов. Ковка придает высокую плотность и твердость коленчатому валу, в котором волокна кристаллической структуры металла ориентированы в направлении главных механических напряжений.
Используются две технологии ковки коленчатых валов.
• По одной технологии коленчатому валу сразу же, в процессе ковки придается необходимая форма,
Рис. 18.4. Взаимное положение широких швов, оставшихся после удаления облоя, показывает, что кривошипы этого кованого коленчатого вала были расставлены под необходимыми углами путем кручения вокруг коренных шеек вала
Коленчатые валы и подшипники 511
КРИВОШИП
швы по линии РАЗЪЕМА ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ
КОРЕННАЯ ШЕЙКА
ПЕРЕКРЫТИЕ ШЕЕК
Рис. 18.5. Литой коленчатый вал, на котором видно перекрытие коренных и шатунных шеек и прямой, узкий шов по линии разъема литейной формы
ШАТУННАЯ ШЕЙКА
после чего производится правка полученной детали. Эта технология ковки используется преимущественно в производстве коленчатых валов четырех -и шестицилиндровых двигателей.
• По другой технологии коленчатый вал выковывается в одной плоскости. Затем путем кручения вокруг коренных шеек кривошипы разворачиваются под необходимыми углами по отношению друг к другу.
ЛИТЫЕ КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ
Совершенствование материалов и технологий литья позволило добиться такого высокого качества литых коленчатых валов, что сейчас валы, изготовленные по этой технологии, используются в большинстве серийных автомобильных двигателей.
Автомобильные коленчатые валы могут быть отлиты из стали, а также из ковкого чугуна или чугуна со сфероидальным графитом. Основным преимуще
ством технологии литья по сравнению с ковкой является более низкая стоимость материалов и затрат на механическую обработку вала. Это объясняется тем, что отливка коленчатого вала по своим размерам и форме получается близкой к готовой детали —с уже полностью готовыми противовесами. При тщательно продуманной конструкции коленчатого вала для получения из отливки готового изделия ^требуется единственная операция механической обработки — шлифовка поверхности шеек вала и чистовая обработка его переднего и заднего хвостовиков. У литого коленчатого вала волокна кристаллической структуры металла распределены равномерно и хаотически по объему металла, поэтому вал обладает одинаковым сопротивлением нагрузке, независимо от направления приложения силы. Противовесы у литого коленчатого вала несколько больше по размерам, чем у кованого, вследствие более низкой плотности и, соответственно, меньшего удельного веса литого металла по сравнению с кованым. На поверхности литого коленчатого вала, показанного на рис. 18.5, заметны узкие швы, оставшиеся по линии разъема литейной формой.
ЧАВО
В чем заключается разница между радиусом кривошипа и ходом коленчатого вала?
Шейки кривошипов смещены в радиальном направлении от оси вращения коленчатого вала. Радиус кривошипа определяет ход поршня. Ход поршня равен удвоенному радиусу кривошипа.?f ' *т
КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ ШЕСТИЦИЛИНДРОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
На коленчатом валу рядного шестицилиндрового двигателя имеется шесть кривошипов. Они разбиты на три согласованных пары. Шейки кривошипов отшлифованы. На коленчатом валу рядного шести -цилиндрового двигателя пары кривошипов расставлены по окружности вала через 120 градусов. Таким образом, при каждом повороте коленчатого кала на 120 градусов поршни одной из пар доходят до верхней мертвой точки. Поршни двигателя объединены в следующие пары: цилиндры №1 и №6, №2 и №5, и №3 и №4. В каждой паре поршни работают в противофазе в 720-градусном четырехтактном цикле. Такая компоновка обеспечивает ровную, с низким уровнем вибраций, работу двигателя. Как показано на диаграмме, приведенной на рис. 18.6, на каждые 120 градусов поворота коленчатого вала приходится один рабочий ход (такт расширения). В таких двигателях коренные шейки коленчатого вала обычно стоят между всеми кривошипами и, таким образом, всего на валу имеется
512 Глава 18
Порядок работы цилиндров 1-5-3-6-2-4
120"
120’
Угол поворота коленчатого вала между моментами воспламенения смеси в порядке работы
Кривошипы коленчатого вала
Рис. 18.7. Разрез V-образного двигателя. Обратите внимание на его компактность
Рис. 18.6. Рабочий цикл коленчатого вала шестицилиндрового рядного двигателя с равномерным распределением рабочих ходов
семь коренных шеек. Иногда между коренными шейками стоят по два кривошипа — в этом случае на валу имеется всего четыре коренных шейки.
КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ ВОСЬМИЦИЛИНДРОВЫХ V-ОБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
В восьмицилиндровом V-образном двигателе цилиндры сгруппированы в два блока — по четыре в каждом, — которые стоят под углом 90 градусов друг
к другу. Такая группа, состоящая из четырех цилиндров, называется рядом. На коленчатом валу восьмицилиндрового V-образного двигателя имеется четыре кривошипа. На каждом кривошипе сидят по два шатуна — по одному из каждого ряда. Это видно на разрезе V-образного двигателя, показанном на рис. 18.7. Такая компоновка обеспечивает максимальную сбалансированность двигателя. Кривошипы коленчатого вала восьмицилиндрового V-образного двигателя лежат в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Они расставлены по окружности коленчатого вала через 90 градусов. Плоскость — это плоская поверхность, проведенная через деталь. Если смотреть на коленчатый вал со стороны переднего конца и повернуть его вокруг оси вращения так, чтобы первый кривошип стоял под
Угол поворота коленчатого вала между моментами воспламенения смеси
Рис. 18.8. Рабочий цикл коленчатого вала восьмицилиндрового V-образного двигателя с равномерным распределением рабочих ходов
Коленчатые валы и подшипники 513
углом 360 градусов (вверху), тогда второй кривошип будет стоять под углом 90 градусов (справа), третий — под углом 270 градусов (слева), а четвертый — под углом 180 градусов (внизу). Коренные шейки располагаются между всеми кривошипами, таким образом на коленчатом валу восьмицилиндрового V-образного двигателя имеется всего пять коренных шеек. При такой компоновке, при каждом повороте коленчатого вала на 90 градусов один из поршней доходит до верхней мертвой точки, и на каждые 90 градусов поворота вала приходится один рабочий ход, что обеспечивает равномерный ход двигателя (см. рис. 18.8).
КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ
ЧЕТЫРЕХЦИЛИНДРОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
На коленчатом валу рядного четырехцилиндрового двигателя имеется четыре кривошипные шейки, которые лежат в одной плоскости. В таких двигателях коренные шейки коленчатого вала обычно стоят между всеми кривошипами и, таким образом, всего на валу имеется пять коренных шеек (рис. 18.9). В таком
Рис. 18.9. Коленчатый вал четырехцилиндрового рядного двигателя — на нем имеется пять коренных шеек
Угол поворота коленчатого вала между моментами воспламенения
Кривошипы коленчатого вала
Порядок работы цилиндров 1 -3-4-2
Рис. 18.10. Рабочий цикл коленчатого вала четырехцилиндрового рядного двигателя с равномерным распределением рабочих ходов
двигателе поршни также двигаются парами. Поршни цилиндров №1 и №4 работают в одной паре, а поршни цилиндров №2 и №3 — в другой. В каждой из пар поршни работают в противофазе в 720-градусном четырехтактном цикле. Как показано на диаграмме, приведенной на рис. 18.10, при такой компоновке на каждые 180 градусов поворота коленчатого вала приходится один рабочий ход. У четырехцилиндровых^двигателей с оппозитным и V-образным расположением цилиндров коленчатые валы такие же, как у четырехцилиндрового рядного двигателя.
КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ ПЯТИЦИЛИНДРОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
На коленчатом валу рядного пятицилиндрового двигателя имеется пять кривошипов, расставленных по окружности через 72 градуса. На коленчатом валу такого двигателя имеется шесть коренных шеек. Таким образом, один из поршней доходит до верхней мертвой точки при каждом повороте коленчатого кала на 144 градуса. Угловая расстановка кривошипов обеспечивает следующую последовательность работы цилиндров: 1-2-4-5-3. Одну из основных проблем в двигателях такой конструкции представляет динамическое уравновешивание двигателя, хотя в пятицилиндровых двигателях и Audi и Acura удалось достаточно хорошо погасить вибрации двигателя и изолировать от них автомобиль.
КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ ТРЕХЦИЛИНДРОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
На коленчатом валу рядного трехцилиндрового двигателя имеется три кривошипа, расставленных через 120 градусов, и четыре коренных шейки. В таком двигателе для ослабления вибраций до приемлемого уровня приходится использовать балансировочный вал, вращающийся с такой же частотой оборотов, что и коленчатый вал, но в противоположном направлении.
КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ ШЕСТИЦИЛИНДРОВЫХ V-ОБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С 90-ГРАДУСНЫМ УГЛОМ РАЗВАЛА ЦИЛИНДРОВ И НЕРАВНОМЕРНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ РАБОЧИХ ХОДОВ ПО УГЛУ ПОВОРОТА ВАЛА
На коленчатом валу шестицилиндровых V-образного двигателей с 90-градусным углом развала цилиндров имеется три кривошипа и четыре коренных шейки. Кривошипы на коленчатом валу расставлены через 120 градусов. На каждой шейке кривошипа, как
514 Глава 18
Загадочные вибрации двигателя
После установки в шестицилиндровый V-образный двигатель объемом 3,8 л, стоящий в Бьюике, нового (так. называемого "неполного") блока цилиндров двигатель начал так вибрировать, что дрожал весь автомобиль. Механик, выполнявший ремонт двигателя, перепробовал все возможные способы:
1. Проверил свечи зажигания.
2. Проверил высоковольтные провода зажигания' V
3. Проверил крышку и ротор распределителя зажигания.
4. Отсоединил гидротрансформатор от ведущего диска, чтобы исключить возможность того, что эта проблема связана с гидротрансформатором или насосом автоматической трансмиссии.
5. Снял поочередно все приводные ремни.
Но вибрация не прекратилась.
Другой механик проверил подвеску двигателя й обнаружил, что левая опора (на стороне сиденья водителя) смещена со своего места, покрыта трещинами и деформирована. Подвеска трансмиссии также оказалась поврежден-; ной. После замены обеих поврежденных опор и проверки исправности всех остальных опор подвески вибрация исчезла. Конструкция и положение опор подвески двигателя являются важнейшими элементами ослабления его вибрации, особенно это касается шестицилиндровых V-образных . двигателей с 90-градусным углом развала цилиндров.
это обычно делается в V-образном двигателе, расположено по два шатуна — попарно, по одному из каждого ряда цилиндров. В такой конструкции двигателя ра
бочие ходы поршней распределены по углу: поворота коленчатого вала неравномерно, потому что поршни, соединенные с кривошипами, расставленными через 120 градусов, доходят до верхней мертвой точки через неравные углы поворота вала. Как вйдно из диаграммы, приведенной на рис. 18.11, такты расширения следуют по углу поворота коленчатого вала ,в следующем порядке: 150°-90о-150о-90о-150о-90°. Такое распределение рабочих ходов поршней приводит к неравномерной импульсной нагрузке вала, которую необходимо изолировать с помощью тщательно рассчитанной подвески двигателя.
КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ ШЕСТИЦИЛИНДРОВЫХ V-ОБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С 90-ГРАДУСНЫМ УГЛОМ РАЗВАЛА ЦИЛИНДРОВ И РАВНОМЕРНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ РАБОЧИХ ХОДОВ ПО УГЛУ ПОВОРОТА ВАЛА
На коленчатом валу шестицилиндрового V-образного двигателей с 90-градусным углом развала цилиндров и равномерным распределением рабочих ходов по углу поворота вала для каждого цилиндра предусмотрен отдельный кривошип. На фотографии, приведенной на рис. 18.12, показаны такие спаренные кривошипы. Угол между развернутыми друг относительно друга шейками спаренных кривошипов называется углом расхождения. На диаграмме, приведенной на рис. 18.13, показано, каким образом за счет 30-градусного разворота шеек спаренных кривошипов обеспе-
Угол поворота коленчатого
Рис. 18.11. При расстановке кривошипов коленчатого вала через 120 градусов рабочие ходы поршней шестицилиндрового V-образного двигателя с 90-градусным углом развала цилиндров распределены по углу поворота коленчатого вала неравномерно
9-
Коленчатые валы и подшипники 515
Рис. 18.12. Шатунные шейки спаренных кривошипов на коленчатом валу шестицилиндрового V-образного двигателя с 90-градусным углом развала цилиндров развернуты друг относительно друга на 30 градусов
чивается равномерное распределение рабочих ходов поршней по 720-градусному четырехтактному рабочему циклу коленчатого вала. Между шейками спаренных кривошипов оставлен фланец. Он выполняет роль непрерывной галтели, или кромки, при механической обработке и шлифовании шейки кривошипа. Он также служит обычным фланцем для шатуна и подшипника нижней головки шатуна. Фланец между шейками спаренных кривошипов иногда называют щекой кривошипа.
КОЛЕНЧАТЫЕ ВАЛЫ ШЕСТИЦИЛИНДРОВЫХ V-ОБРАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С 60-ГРАДУСНЫМ УГЛОМ РАЗВАЛА ЦИЛИНДРОВ
Коленчатый вал шестицилиндрового V-образного двигателя с 60-градусным углом развала цилиндров похож на коленчатый вал шестицилиндрового V-образного двигателей с 90-градусным углом развала цилиндров и равномерным распределением рабочих ходов. На этом валу шейки спаренных кривошипов развернуты друг относительно друга на 60 градусов. Как видно из диаграммы, приведенной на рис. 18.14, такая компоновка обеспечивает равномерное распределение рабочих ходов поршней по 720-градусному четырехтактному рабочему циклу. При столь большом, 60-градусном угле расхождения щека между шейками спаренных кривошипов делается толще, чем у коленчатых валов с меньшим углом расхождения. Это необходимо для обеспечения достаточной прочности коленчатого
Угол поворота коленчатого
Рис. 18.13. Равномерное распределение рабочих ходов в шестицилиндровом V-образном двигателя двигателе с 90-градусным углом развала при 30-градусном угле расхождения шеек спаренных кривошипов на коленчатом валу
5
516 Глава 18
Угол поворота коленчатого вала между моментами
Рис. 18.14. Равномерное распределение рабочих ходов в шестицилиндровом V-образном двигателе с 60-градусным углом развала при 60-градусном угле расхождения шеек спаренных кривошипов на коленчатом валу
вала. На коленчатом валу шестицилиндрового V-об-разного двигателя с 60-градусным углом развала цилиндров также имеется четыре коренных шейки.
СМАЗОЧНЫЕ КАНАЛЫ В КОЛЕНЧАТОМ ВАЛУ
Как показано на рис. 18.15, в коленчатом валу просверлены каналы, через которые масло из смазочной канавки коренных подшипников поступает в подшипники нижних головок шатунов. Возникающая пленка гидродинамической смазки воспринимает нагрузки, приложенные к подшипникам вала. Часть масла может разбрызгиваться через разбрызгивающее или дренажное отверстие, предусмотренное в шатуне. Остальное масло вытекает из подшипников наружу, разбрызгиваясь внутри двигателя. Часть масла, выбрасываемого из
Рис. 18.15. Разрез коленчатого вала, на котором видны просверленные в нем смазочные каналы между коренными и шатунными шейками
подшипников коленчатого вала, оседает на поверхности распределительного вала, смазывая кулачки. Часть выбрасываемого из подшипников масла попадает на стенку цилиндра, смазывая поршень и поршневые кольца.
Смазочные каналы, просверленные в шейках коленчатого вала, являются местами концентрации напряжений. Эти отверстия обычно располагаются в тех местах, где нагрузки на вал и механические напряжения — наименьшие. Кромки смазочных отверстий тщательно сглаживаются с целью максимально возможного ослабления концентрации напряжений. На рис. 18.16 показаны смазочные отверстия со сглаженными кромками.
Рис. 18.16. Типичное смазочное отверстие со сглаженной кромкой, просверленное в шейке коленчатого вала
Коленчатые валы и подшипники 517
Рис. 18.17. Балансировочное отверстие, просверленное в шейке кривошипа
ОТВЕРСТИЯ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЕ ДЛЯ ОБЛЕГЧЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Отверстия, сделанные в шейках кривошипов с целью их облегчения, не снижают их прочности при условии, что диаметр такого отверстия составляет меньше половины диаметра шейки. Облегчающие отверстия скорее повышают прочность коленчатого вала, частично снимая внутренние напряжения в теле коленчатого вала. Отверстие в центре шейки кривошипа используется для балансировки, которая осуществляется изменением его глубины (рис. 18.17 и 18.18).
СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА КОЛЕНЧАТЫЙ ВАЛ
Коленчатый вал испытывает значительные нагрузки при работе двигателя. Усилия, передаваемые шатунами, действуют двояко: они стремится изогнуть коленчатый вал и скрутить его вдоль оси вращения. Коленчатый вал должен обладать достаточно высокой жесткостью, чтобы деформации, вызванные этими усилиями, были минимальными.
Изгибные колебания коленчатого вала непосредственно связаны с неравномерностью работы двигателя. Если изгибные колебания вала возникают на той же частоте (количество колебаний в секунду), с которой
ОТВЕРСТИЯ, ВЫСВЕРЛЕННЫЕ [^ПРОТИВОВЕСАХ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА ПРИ ЕГО БАЛАНСИРОВКЕ
Рис. 18.18. Балансировка коленчатого вала выполняется также путем высверливания отверстий в противовесах коленчатого вала. Вес удаляемого материала регулируется глубиной и диаметром высверливаемого отверстия
вибрирует другой узел двигателя, то эти узлы будут вибрировать согласованно. Такое явление называется резонансом вибрации узлов. Резонансные вибрации могут вырасти настолько, что гул, создаваемый ими, станет различимым на слух. Непрекращающиеся резонансные колебания могут привести к разрушению детали (рис. 18.19).
Скручивающие силы вызывают крутильные колебания коленчатого вала Вредные крутильные колебания коленчатого вала ослабляются гасителем крутильных колебаний. Его также называют демпфером крутильных колебаний Этот гаситель крутильных колебаний или демпфер представляет собой чугунное инерционное кольцо, насаженное на чугунную ступицу поверх упругой втулки.
518 Глава 18
Рис. 18.19. Коленчатый вал, лопнувший из-за того, что на нем стоял неподходящий гаситель крутильных колебаний
СОВЕТ
Нажмите на резиновую (упругую) втулку гасителя крутильных колебаний пальцем или карандашом. Если резина не пружинит, замените гаситель крутильных колебаний.
На рис. 18.20 показаны два варианта конструкции гасителя крутильных колебаний. Эластомеры — это, по существу, синтетические, резиноподобные материалы. Размер инерционного кольца выбирается для каждой модели двигателя,— он должен быть таким, чтобы снижать амплитуду крутильных колебаний коленчатого вала. См. рис. 18.21.
а)
ИНЕРЦИОННОЕ
КОЛЬЦО
1
Для высокоскоростного двигателя необходимы высококачественные детали
Не разгоняйте двигатель до максимальных скоростей, если в нем стоят серийные детали. На рис. 18.22 показан гаситель крутильных колебаний, который развалился, когда водитель разогнал двигатель, в результате чего под действием вибрации разрушился коленчатый вал. Владелец автомобиля модернизировал двигатель, но не заменил серийный гаситель крутильных колебаний, хотя все остальные доработки, сделанные им, позволяли двигателю работать на скоростях, намного превышающих те, на которые рассчитаны серийные детали двигателя.,; \ , - < - ? f
УПРУГАЯ ВТУЛКА
б)
СТУПИЦА
Рис. 18.20. Гаситель крутильных колебаний коленчатого вала: вид спереди (а); два варианта конструкции гасителя, показанные в разрезе (6)
к
БАЛАНСИРОВКА КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Балансировка коленчатого вала выполняется, как правило, в процессе его изготовления. Для облегчения и повышения уравновешенности вала в противовесах просверливаются отверстия. В ряде случаев эти отверстия просверливаются уже после установки коленчатого вала в двигатель. На некоторых предприятиях достигнута столь высокая точность отливки коленча
тых валов, что механическая обработка противовесов с целью балансировки становится ненужной.
В производстве автомобильных двигателей применяются две технологии балансировки:
• Динамическая балансировка — осуществляется путем добавления веса в гаситель крутильных колебаний и маховик или ведущий диск (рис. 18.23).
Коленчатые валы и подшипники 519
а)
6)
Рис. 18.21. Типичный гаситель крутильных колебаний, на котором видны отверстия, высверленные при балансировке всего узла в сборе (а). График частотного распределения вибрационной нагрузки, действующей на коленчатый вал в отсутствие гасителя крутильных колебаний, и при установленном гасителе — для двух вариантов конструкции гасителя крутильных колебаний (6). В дизельных двигателях большой мощности обычно ставят вязкостный гаситель крутильных колебаний
Рис. 18.22. Гаситель крутильных колебаний, сорвавшийся с коленчатого вала на высоких оборотах двигателя
• Статическая балансировка — производится индивидуальная балансировка всех вращающихся деталей двигателя, в том числе гасителя колебаний и маховика (ведущего диска).
Например, восьмицилиндровый V-образный двигатель Chevrolet объемом 350 куб. дюймов статически уравновешен, в то время как в восьмицилиндровом V-образном двигателе Chevrolet объемом 400 куб. дюймов используется динамически уравновешенный коленчатый вал. В динамически уравновешенном двигателе гаситель крутильных колебаний имеет увеличенный вес.
Рис. 18.23. Динамическое уравновешивание коленчатого вала. Обратите внимание на то, что вал уравновешивается в сборе — с уже установленными на нем гасителем крутильных колебаний и ведущим диском
ОСЕВОЙ УПОР КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Давление жидкости автоматической трансмиссии, создаваемое в гидротрансформаторе, толкает коленчатый вал в направлении к передней стенке двигателя. Для компенсации осевого давления и фиксации положения коленчатого вала служат упорные подшипники. На небольшом выступе на щеках одной из коренных
520 Глава 18
Рис. 18.24. Упорный торец на одной из щек коренного подшипника коленчатого вала
шеек коленчатого вала шлифуются поверхности под упорный подшипник (рис. 18.24). На коренном подшипнике, устанавливаемом на этой шейке, имеются упорные фланцы, которые упираются в эти опорные поверхности. Опорные поверхности могут находиться на любой из коренных шеек.
ПРОВЕРКА СОСТОЯНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Повреждениями коленчатого вала являются: риски на шейках, искривление и коробление коленчатого вала и трещины. Поврежденные коленчатые валы подлежат восстановлению или замене.
Коленчатый вал — это одна из наиболее нагруженных деталей двигателя. При повышении скорости двигателя вдвое нагрузки, действующие на коленчатый вал, возрастают в четыре раза. При обнаружении трещины коленчатого вала он должен быть забракован. Большинство трещин обнаруживается при тщательном внешнем осмотре коленчатого вала. Необходимо также проверять коленчатые валы с помощью метода дефектоскопии Magnaflux, позволяющего выявить мельчайшие трещины, которые могут стать причиной поломки.
Рис. 18.25. Поврежденная поверхность шатунной шейки коленчатого вала
Повреждение поверхности шеек является распространенным дефектом коленчатых валов. Эти повреждения имеют вид рисок по окружности шейки вала. Обычно сильнее всего поврежденной оказывается центральная часть шейки, как показано на рис. 18.25.
Шейки коленчатого вала необходимо проверять на отсутствие зазубрин, вмятин и следов коррозии (рис. 18.26 и рис. 18.27). Шероховатости и небольшие искривления шеек устраняют путем их шлифования.
Рис. 18.26. Зазубрина на поверхности шейки коленчатого вала, повредившая подшипник
Коленчатые валы и подшипники 521
Рис. 18.27. Изъеденный раковинами участок поверхности вокруг отверстия смазочного канала в коренной шейке коленчатого вала
СОВЕТ
Проведите ногтем по поверхности шейки вала, Если ноготь цепляется за нее, то это означает что поверхность — слишком грубая и для повторного использования коленчатого вала ее необходимо отшлифовать. Можно проверить гладкость поверхности шейки, проведя по ней медной монетой. Если на поверхности останутся следы меди, то коленчатый вал необходимо перешлифовать (рис. 18.28).
ШЛИФОВАНИЕ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Шейки коленчатого вала, имеющие овальную или коническую форму, а также чрезмерно неровную поверхность, подлежат перешлифовыванию (рис. 18.29). Перед шлифованием, при необходимости, выполняется выпрямление (рихтовка) коленчатого вала.
На шлифовальном станке одного типа коленчатый вал закрепляется концами во вращающихся шпиндельных бабках. Коленчатый вал приводится во вращение вокруг своей осевой линии и производится шлифование коренных шеек. Затем вал смещается в шпиндельных бабках таким образом, чтобы его вращение происходило вокруг осевой линии одной из шатунных шеек и выполняется шлифование этой шатунной шейки. Для шлифования каждой из шатунных шеек коленчатый вал обязательно переустанавливается в новое положение.
При выполнении шлифования на шлифовальном станке другого типа коленчатый вал вращается только вокруг осевой линии коренных шеек. Шлифование шатунных шеек выполняется шлифовальной головкой, которая двигается вперед и назад синхронно с пово-
Рис. 18.28. Шатунная шейка со следами повреждений
Рис. 18.29. Шатунная шейка со следами сильного износа, вызванного недостаточной смазкой
ротом коленчатого вала. При выполнении операции на станке такого типа сокращается время, необходимое на настройку станка. На рис. 18.30 показан пример выполнения операции шлифования коленчатого вала. Коленчатые валы обычно перешлифовываются под диаметр шейки, уменьшенный на:
• 0,010 дюйма
• 0,020 дюйма
• 0,030 дюйма
Шейка вала должна быть отшлифована точно до надлежащего диаметра с помощью чистового шлифовального инструмента. Радиус скруглений по краям
522 Глава 18
Рис. 18.30. Выполняется шлифование коленчатого вала
шейки (галтелей) также должен быть восстановлен до первоначального. После шлифования шейка полируется с помощью наждачной ленты зернистостью 320 и масла — для удаления металлического “ворса”, остающегося на поверхности шейки после шлифования. Этот “ворс” незаметен, когда вал вращается в направлении “по ворсу”. Но при вращении вала в противоположном направлении “ворс” действует как мелкозубая фреза. Для его удаления шейки полируются. При полировании коленчатый вал вращается в направлении рабочего вращения, чтобы шлифовальная шкурка удалила “ворс” с поверхности. После этой операции поверхность вала приобретает требуемую чистоту. В большинстве типов шлифовальных станков шлифование вала выполняется в направлении, противоположном направлению рабочего вращения вала, а полирование — в направлении, совпадающем с рабочим направлением вращения. Фаска смазочного отверстия в шейке вала также должна быть отполирована, чтобы на поверхности шейки не осталось ни одного острого ребра, способного поцарапать подшипник. В завершение этой операции смазочные отверстия в коленчатом валу тщательно очищаются (рис. 18.32-18.34). После
Рис. 18.31. После шлифования коленчатые валы обязательно полируют. Одновременно вращается коленчатый вал и движется по кольцу полировальная лента
Рис. 18.32. После шлифования и полирования коленчатый вал тщательно очищают. Все смазочные отверстия прочищают щеткой. На фотографии рабочий очищает маслопроводные каналы с помощью струи моющего раствора и механической щетки
перешлифовывания шейки покрываются маслом, защищающим вал от ржавчины до того момента, когда он будет подвергнут очистке перед сборкой.
НАВАРИВАНИЕ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
В ряде случаев вал восстанавливается путем наваривания металла на поверхности шеек и последующего их шлифования до первоначального размера. Наваривание обычно осуществляется либо методом электродуго-вой наплавки либо методом напыления расплавленного металла (рис. 18.35). Иногда шейки хромируются. Хромирование обеспечивает идеальную опорную поверхность, но только при условии хорошего сцепления хрома с основой. Стоит его нарушить, и это моментально приводит к выходу подшипника из строя.
Коленчатые валы и подшипники 523
Рис. 18.33. После того, как коленчатый вал отшлифован, необходимо восстановить накатку на его участке, который контактирует с шнуровым сальниковым уплотнением
Рис. 18.35. Коленчатый вал с наваренными шейками, которые затем будут отшлифованы. Эта технология позволяет восстанавливать сильно изношенные и поврежденные коленчатые валы
Рис. 18.34. Эта фотография была сделана на небольшом ремонтном предприятии, на котором каждый коленчатый вал маркируют с помощью гравировального инструмента. На большинстве крупных предприятий для маркировки типа коленчатого вала и его размеров после восстановления используется цветовая кодировка
УРАВНОВЕШИВАНИЕ КОЛЕНЧАТОГО
ВАЛА
Высокооборотный двигатель должен быть уравновешен. Уравновешивание (балансировка) низкооборотного двигателя также увеличивает его ресурс. По опубликованным данным при дисбалансе стандартного автомобильного коленчатого вала в 0,4 унции (10 граммов) на скорости в 6000 оборотов в минуту нагрузки от дисбаланса достигают 60 фунтов.
Инерционная масса возвратно-поступательного движения
Масса, приведенная к возвратно-поступательному движению (называемая также инерционной массой) является характеристикой инерции тех деталей двигателя, которые в процессе его работы совершают возвратно-поступательное движение. В число таких деталей входят:
• поршни;
• поршневые кольца;
• пальцы поршней;
• шатуны;
• шатунные подшипники.
В каждом из цилиндров эти детали должны иметь одинаковый вес. И проверка веса шатунов должна выполняться не в собранном узле, а отдельно.
Инерционная масса вращательного движения
Инерционная масса, приведенная к вращательному движению, или ротационная масса характеризует
524 Глава 18
инерцию тех деталей двигателя, которые в процессе его работы совершают вращательное движение.
В число таких деталей входят:
• коленчатый вал;
• маховик (ведущий диск);
• гаситель крутильных колебаний;
• шестерня привода распределительного вала.
Балансировочный противовес
Балансировочный противовес — дополнительный груз, установленный на шатунные шейки коленчатого вала для уравновешивания собственных противовесов вала (рис. 18.36).
При выполнении операции балансировки (уравновешивания) коленчатого вала на шатунные шейки ставят балансировочные противовесы. Балансировка коленчатых валов выполняется в сборе с маховиком и гасителем крутильных колебаний. Балансировка вала на балансировочном стенде выполняется обычно при низкой скорости вращения. Измерение величины неуравешенности (дисбаланса) вала осуществляется аналогично тому, как это делается на современных стендах балансировки колес. Излишек металла из слишком тяжелых противовесов вала удаляется путем их сверления или шлифования (рис. 18.37). В слишком легкие противовесы, при необходимости, добавляется тяжелый металл довеска.
СНЯТИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В КОЛЕНЧАТОМ
ВАЛУ
Максимальные внутренние напряжения возникают на внутренних углах конструкции коленчатого вала. Снятие напряжений осуществляется путем дробеструйной обработки участков скруглений на поверхности шеек стальной дробью калибра 320. Эта
Рис. 18.36. Во время балансировки коленчатого вала на шатунных шейках стоят балансировочные противовесы
Рис. 18.37. В данном случае излишек металла из противовеса не высверливается а срезается с помощью твердосплавной фрезы. На дисплее балансировочного стенда выводится информация о том, в каких местах и какой вес необходимо удалить
обработка упрочняет поверхность вала на этих участках и снижает опасность возникновения трещин. Для защиты от повреждений остальной поверхности шеек используется обычно специальная клейкая лента. Упрочняющая обработка выполняется, как правило, после шлифования и полирования коленчатого вала.
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ВАЛЫ
В двигателях с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала привод всех вспомогательных механизмов осуществляется от коленчатого вала или от распределительного вала. Привод агрегатов двигателя осуществляется шкивом, стоящим на двигателе спереди, с помощью приводных ремней. В самом двигателе привод масляного насоса, топливного насоса и распределителя зажигания обычно осуществляется от распределительного вала, вращающегося вдвое медленнее коленчатого вала.
В двигателях с верхним расположением распределительного вала непросто обеспечить привод внутренних механизмов двигателя от распределительного вала. Часто в таких двигателях применяют вспомогательный вал. Иногда такой вал называют промежуточным валом. Он приводится во вращение зубчатым ремнем или цепью и, как правило, вращает распределитель зажигания и масляный насос. На рис. 18.38 показан пример вспомогательного вала, стоящего в блоке цилиндров.
БАЛАНСИРОВОЧНЫЕ ВАЛЫ
В ряде конструкций двигателей для подавления собственных вибраций двигателя используются балансировочные валы. Демпфирование (гашение) —
Коленчатые валы и подшипники 525
Рис. 18.38. Типичный вспомогательный вал
это снижение амплитуды вибраций до приемлемого уровня. Балансировочный вал, вращающийся с частотой оборотов коленчатого вала, но в противоположном направлении, используется в конструкции трехцилиндровых рядных двигателей. Противовесы на концах балансировочного вала движутся в направлениях, противоположных направлениям движения поршней крайних цилиндров. Когда поршень движется вверх, соответствующий противовес движется вниз, и наоборот, когда поршень движется вниз, противовес движется вверх. За счет этого обеспечивается уменьшение амплитуды раскачивания, присущего трехцилиндровым рядным двигателям.
В четырехтактных четырехцилиндровых двигателях для уравновешивания вибраций также иногда
применяют балансировочные валы, однако в этих случаях балансировочная система имеет другую конструкцию. В этой системе используется два балансировочных вала, вращающихся с частотой, вдвое превышающей частоту вращения коленчатого вала. Один из балансировочных валов вращается в направлении, совпадающем с направлением вращения коленчатого, вала, а другой — в противоположном направлении. Привод балансировочного вала, вращающегося в Противоположном направлении, осуществляется зубчатой передачей от масляного насоса. Противовесы на балансировочных валах расставлены так, чтобы компенсировать присущее двигателю раскачивание, а также вторичные вибрации, вызываемые движением шатунно-поршневых узлов. На рис. 18.39 показан пример такой конструкции.
Балансировочные валы являются обычным элементом конструкции четырехцилиндровых автомобильных двигателей большого объема (свыше 2-х литров). Впервые в четырехцилиндровых двигателях балансировочные валы появились в 1974 году в автомобилях компании Mitsubishi. В 1986 году копании Ford и General Motors начали использовать балансировочные валы в ряде шестицилиндровых V-образных двигателей объемом 3,8 л. Балансировочные валы значительно повышают плавность работы двигателя. В шестицилиндровых V-образных двигателях это улучшение наиболее заметно проявляется на холостом ходу и низких оборотах двигателя, в то время как в четырехцилиндровых двигателях этот эффект становится особенно сильным на высоких оборотах двигателя.
Балансировочный вал, вращающийся в направлении, совпадающем с направлением вращения коленчатого вала
епь привода
Балансировочный вал, вращающийся в направлении, противоположном направлению вращения коленчатого вала
Изменение направления вращения обеспечивается шестеренчатым приводом от масляного насоса
Рис. 18.39. Вибрации четырехцилиндрового двигателя подавляются с помощью двух балансировочных валов, вращающихся в противоположных направлениях
526 Глава 18
ПРИЧИНЫ НЕУРАВНОВЕШЕННОСТИ ДВИГАТЕЛЯ
Первичный дисбаланс
Когда поршень в цилиндре опускается, он толкает двигатель вниз. Когда поршень поднимается, то он дергает двигатель вверх. Это вызывает вертикальную вибрацию двигателя вверх-вниз при каждом обороте коленчатого вала. Как показано на рис. 18.40, поршень движется быстрее и проходит большее расстояние в верхней половине хода, когда вал проходит верхнюю четверть окружности вращения, чем в нижней половине хода, когда вал проходит нижнюю четверть окружности вращения. В этом заключается причина значительного дисбаланса вала между верхней и нижней четвертями окружности поворота коленчатого вала,— этот дисбаланс называется первичным дисбалансом (рис. 18.41).
Можно было бы сделать противовесы достаточно тяжелыми, чтобы уравновесить коленчатый вал и шатунно-поршневой узел. В этом случае противовес, поднимающийся в то время, когда поршень опускается, и опускающийся, когда поршень поднимается, уравновешивал бы его. В результате вертикальная знакопеременная нагрузка на опорные подшипники коленчатого вала отсутствовала бы.
Но такие большие противовесы создали бы боковые колебания такой же значительной амплитуды, что и исходные вертикальные колебания, вызванные первичным дисбалансом. Ведь инерционной массы, двигающейся из стороны в сторону, для уравновеши-
Рис. 18.41. Вибрации двигателя, вызванные первичным и вторичным дисбалансом, в зависимости от положения кривошипно-шатунного механизма
Рис. 18.40. Поршень проходит больший путь и движется с большей скоростью в верхней половине хода, когда коленчатый вал проходит верхнюю четверть окружности вращения
Рис. 18.42. Горизонтальный дисбаланс, вызванный противовесом
вания противовесов коленчатого вала — нет. Поэтому противовесы на коленчатом валу имеют примерно вдвое меньшую массу, чем необходимо для уравновешивания шатунно-поршневого узла. Такие противовесы не обеспечивают полной компенсации вертикальных колебаний, вызванных первичным дисбалансом. Вертикальные и горизонтальные вибрации, обусловленные первичным дисбалансом, подавляются лишь частично.
Вторичный дисбаланс
От нижней мертвой точки до точки, которая находится от нее на расстоянии чуть больше половины хода, поршень двигается с ускорением. Ускорение нарастает, а затем снижается до нуля в момент, когда поршень достигает максимальной скорости, пройдя чуть больше половины хода. На последующем участке хода (до верхней мертвой точки) поршень
Коленчатые валы и подшипники 527
движется с отрицательным ускорением» замедляясь. Отрицательное ускорение падает до нуля в тот момент, когда поршень останавливается в верхней мертвой точке. На протяжении каждого такта ускоряющая сила дважды изменяет знак. Изменение ускорения движения поршня вызывает появление вторичных колебаний с частотой, вдвое превышающей частоту оборотов двигателя, причем направление вращения вектора вторичных колебаний противоположно направлению вращения вектора первичных колебаний коленчатого вала.
В четырехцилиндровых рядных двигателях поршни в двух средних цилиндрах движутся вверх, в то время когда поршни в двух крайних цилиндрах движутся вниз (рис. 18.43). Это обеспечивает уравновешивание первичного вертикального дисбаланса. Первичный горизонтальный дисбаланс сохраняется. Он, вместе с вторичным дисбалансом, и вызывает вибрацию двигателя.
Динамическое уравновешивание
Знакопеременные силы, создаваемые вторичным дисбалансом в рядных двигателях, могут быть скомпенсированы с помощью двух балансировочных валов, вращающихся в противоположных направлениях с частотой оборотов, вдвое превышающей частоту оборотов коленчатого вала. В четырехцилиндровых рядных двигателях с балансировочными валами именно таким образом действуют два балансировочных вала. Пример такой конструкции показан на рис. 18.44.
В V-образных двигателя с 90-градусным углом развала блоков цилиндров на одной шейке кривошипа сидят шатуны двух поршней. Цилиндры, в которых ходят эти поршни, расположены под углом 90 градусов друг к другу. Вес противовеса на коленчатом валу выбирается достаточно большим, чтобы полностью уравновесить один шатунно-поршневой узел. Боковые колебания, вызываемые противовесом, полностью уравновешивающим шатунно-поршневой узел одного цилиндра, компенсируются шатунно-поршневым узлом второго
Рис. 18.43. В четырехцилиндровом рядном двигателе поршни в двух средних цилиндрах движутся согласованно в одном направлении, в то время как поршни в двух крайних цилиндрах так же согласованно движутся в противоположном направлении
Рис. 18.44. Балансировочный вал, установленный в четырехцилиндровом рядном двигателе
цилиндра. Та же инерционная масса» которая в одноцилиндровом двигателе вызывала бы горизонтальные боковые вибрации, в случае спаренных цилиндров обеспечивает хорошее уравновешивание (рис. 18.45).
Рис. 18.45. Уравновешенность кривошипно-шатунного механизма в V-образном двигателе
528 Глава 18
Раскачивающая пара сил
В шестицилиндровом V-образном двигателе кривошипно-шатунный механизм не уравновешен, как в четырехцилиндровом рядном двигателе. При вращении на концах коленчатого вала возникает несбалан-сированныи момент сил, вызывающий раскачивание двигателя. Эта пара сил называется раскачивающей парой — ее действие показано на рис. 18.4&. Двигатель может быть уравновешен так, что эта несбалансированная пара сил будет раскачивать его в вертикальной плоскости, или в горизонтальной плоскости, или в плоскости, расположенной под любым другим углом, но в любом случае раскачивание двигателя будет происходить. Для компенсации раскачивающего момента
Рис. 18.46. Направление действия раскачивающей пары сил
а)
Рис. 18.47. Балансировочный вал в шестицилиндровом V-образном двигателе с 90-градусным углом развала цилиндров (а). Балансировочный вал приводится во вращение распределительным валом через зубчатую передачу и вращается с частотой оборотов, вдвое превышающей частоту оборотов распределительного вала (т.е. с частотой оборотов, совпадающей с частотой оборотов коленчатого вала) (6). В этом варианте конструкции приходится использовать более узкие, чем обычно, цепь привода и звездочку (в)
Коленчатые валы и подшипники 529
сил в блоке цилиндров над распределительным валом ставится балансировочный вал с тяжелой неуравновешенной секцией (рис. 18.47). Он вращается с той же частотой оборотов, что и коленчатый вал. Вращение несбалансированной секции вала синхронизировано с вращением коленчатого вала таким образом, что она вызывает противофазное раскачивание, в значительной мере компенсируя несбалансированный момент раскачивающей пары сил и обеспечивая ровную работу двигателя. Амортизирующие опоры подвески двигателя обычно полностью поглощают остаточную вибрацию.
ник определяется как частное от деления величины нагрузки (в фунтах) на площадь проекции поверхности подшипника. Площадь проекции поверхности подшипника равняется произведению его длины на диаметр. Нагрузка, действующая на подшипник двигателя, описывается выполненной в полярных координатах эпюрой нагрузок, показывающей величину й направление сил, действующих на подшипник. Примеры эпюр нагрузок приведены на рис. 18.48.
Силы, приложенные к подшипникам двигателя, зависят от скорости его работы и нагрузки. В такте впуска сила инерции направлена противоположно силе,
ПОДШИПНИКИ ДВИГАТЕЛЯ
В любом двигателе опорами вращающихся деталей являются подшипники. Подшипники являются очень ответственными элементами двигателя по следующим причинам:
1. Зазор между опорными подшипниками и коленчатым валом является определяющим фактором, обеспечивающим поддержание надлежащего давления масла во всей системе смазки двигателя.
2. Ресурс двигателя полностью зависит от ресурса подшипников. Выход из строя подшипника означает выход из строя двигателя.
3. Подшипники двигателя должны выдерживать рабочие нагрузки и, при условии надлежащей смазки, обеспечивать минимальные потери на трение. Они должны выполнять эти функции во всем диапазоне рабочих скоростей двигателя. Подшипники должны сохранять работоспособность в течение длительного времени, даже при наличии небольших посторонних частиц в смазке.
Большинство подшипников двигателя по конструкции является подшипниками скольжения. Им необходима непрерывная смазка. При работе двигателя система смазки непрерывно подает масло во все, без исключения, подшипники. Подшипники и шейки валов изнашиваются только в том случае, если их поверхности соприкасаются друг с другом или при попадании между ними посторонних частиц.
Масло поступает в подшипник через смазочные отверстия и канавки. Формирующаяся между движущимися поверхностями клиновидная пленка смазки воспринимает всю нагрузку, приложенную к подшипнику.
Рис. 18.48. Типичные эпюры нагрузок, действующих на коренные и шатунные подшипники. Окружности на этих эпюрах, выполненных в полярных координатах, указывают величину силы, приложенной к подшипнику при различных углах поворота коленчатого вала при его вращении. Обратите внимание на то, что, как мы и предполагали, максимальная сила, действующая на шатунный подшипник, направлена по вертикали (вверх и вниз); максимальная сила, действующая на коренной подшипник, как и предполагалась, направлена вниз
РАБОЧИЕ НАГРУЗКИ ПОДШИПНИКОВ
Подшипники в двигателе должны быть иметь достаточно большие размеры, чтобы рабочие нагрузки, действующие на них, не превысили предельной прочности подшипника. Допустимая нагрузка на подшип-
530 Глава 18
вызванной разрежением в цилиндре. В тактах сжатия и расширения к шатуну поршня также приложена противодействующая сила. Однако в такте выпуска отсутствует сила, противодействующая силе инерции поршня, останавливающегося в верхней мертвой точке. В верхней мертвой точке в такте выпуска за счет инерции сила, действующая на нижний вкладыш шатунного подшипника, оказывается больше. Эта сила растягивает нижнюю головку шатуна в направлении движения поршня.
1. По мере повышения скорости (частоты оборотов) двигателя, нагрузки на шатунные подшипники снижаются благодаря уравновешиванию сил инерции и противодействующих сил.
2. По мере повышения скорости (частоты оборотов) двигателя, нагрузки, действующие на коренные подшипники, возрастают.
ПРИМЕЧАНИЕ
Именно этим объясняется тот факт, что в блоках цилиндров высокоскоростных двигателей крышки постелей коренных подшипников крепятся четырьмя болтами — это делается для обеспечения стойкости к нагрузкам.
3. Поскольку нагрузки, действующие на подшипники, непостоянны и действуют как на шатунные, так и на коренные подшипники, обычно рекомендуется при ремонте заменять все подшипники двигателя одновременно.
УСТАЛОСТНОЕ РАЗРУШЕНИЕ ПОДШИПНИКОВ
Под действием изменяющихся сил подшипники испытывают упругие деформации. Это особенно заметно у шатунных подшипников. Металл подшипника, как и любой металл, под действием повторных сжатий и изгибов устает и разрушается. Деформации, называемые наклепом, вызывают усталость металла, которая проявляется в виде мелких трещин на поверхности подшипника Постепенно эти трещины разрастаются вглубь почти до самой границы сцепления антифрикционного слоя с материалом основы подшипника. Затем трещины расползаются в стороны, пересекаясь друг с другом, как показано на рис. 18.49. Со временем это приводит к выкрашиванию частиц антифрикционного металла. Продолжительность работы до усталостного разрушения называется усталостной прочностью подшипника. Для обеспечения нормального срока службы двигателя подшипники должны обладать высокой усталостной прочностью. Чем тверже антифрикционный материал, тем выше усталостная прочность подшипника. Подшипники из мягкого ан-
пямиаапдмнн
Стук ведущего» диска;- i
Источник стука в двигателе часто бывает непросто устано вить без его разборки. Сильный стук в двигателе обычно означает серьезное повреждение шатунных или коренных подшипников и связанных с ними деталей* Ведущий диск служит в автомобильных двигателях с автоматической трансмиссией местом крепления гидротрансформатора. На ведущем диске размещают зубчатый венец для связи со стартером.
Частыми причинами стука ведущего диска являются:
• Ослабление крепления гидротрансформатора (такое случается чаще всего в четырехцилиндровых двигателях, у которых уровень вибраций выше, чем у шести- и восьмицилиндровых). Из-за этого гидротрансформатор начинает вибрировать в креплениях, создавая громкий стук. Однако под нагрузкой, при включенной трансмиссии или на . ходу, этот стук прекратится. Но на стоянке, на низких оборотах и при выключенной трансмиссии стук будет самым громким, потому что с гидротрансформатора будет снята нагрузка и он получит возможность свободно вибрировать в ослабленных* креплениях.
• Шум, возникающий в результате повреждения ведущего диска, очень напоминает стук поврежденного шатуна или коренного подшипника. Поскольку на слух кажется, что этот звук временами меняется, многие автомеханики делают ошибочное заключение о том, что его издает внутренняя детал ь двигателя, например, шатун или коренной подшипник. Причиной подобного стука могут также быть приводные ремни, если они
ч' недостаточно натянуты, и вспомогательные механизмы .
' с ременным приводом, у! < ‘ , Л ч
Выявление причины шума должно выполняться следующим образом:
В процессе диагностирования автомеханик должен поочередно снимать приводные ремни (если их несколько) и затем запускать двигатель для выявления источника шума. Шум распространяется через коленчатый вал по всему; двигателю, что затрудняет выявление его источника. Если причиной шума является поврежденный ведущий диск, то , звук становится наиболее заметным при измерении частоты оборотов или нагрузки двигателя. Чтобы убедиться в том, что шум вызван повреждением ведущего диска, необходимо разогнать двигатель на холостом ходу примерно * до 1500-2000 оборотов в минуту, после чего выключить зажигание. Затем, не дожидаясь полной остановки двигателя, снова включить зажигание. Если при повторном запуске двигателя возникает стук, то причина этого ~ поврежденный ведущий диск -
тифрикционного металла обладают невысокой усталостной прочностью и низкой несущей способностью. Они обычно дешевы и используются только там, где к подшипнику не предъявляется высоких технических требований (рис. 18.50 и 18.51).
Коленчатые валы и подшипники 531
Антифрикционный материал
Стальная основа вкладыша
Усталостные трещины
Рис. 18.49. Форма усталостных трещин в антифрикционном слое подшипника. Если подшипник постоянно подвергается большим нагрузкам, трещины расползаются, и это, в конце концов, приводит к отслоению и выкрашиванию антифрикционного материала
Рис. 18.50. Осыпание антифрикционного материала с вкладыша подшипника в результате усталостного разрушения
Рис. 18.51. Выкрашивание антифрикционного материала вкладыша подшипника в результате усталостного разрушения
ПРИРАБАТЫВАЕМОСТЬ ПОДШИПНИКОВ
Способность материалов подшипника пластически деформироваться в небольших пределах, подстраиваясь под колебания размеров вала, называется при-рабатываемостью. Подшипники прирабатываются к валу в процессе обкатки двигателя. В современных автомобильных двигателях в прирабатываемости подшипников и обкатке двигателя острой необходимости нет, поскольку автоматизированное производство обеспечивает такую высокую точность изготовления
Рис. 18.52. Износ подшипника, вызванный перекосом шейки вала. Искривление шатуна также приводит к аналогичному износу подшипника
деталей, что размеры вала оказываются очень близки к расчетным (рис. 18.52).
СПОСОБНОСТЬ ПОДШИПНИКОВ К ПОГЛОЩЕНИЮ АБРАЗИВНЫХ ЧАСТИЦ
Производители предусматривают в конструкции двигателей меры, снижающие до минимума вероятность попадания твердых частиц в зону контакта трущихся узлов. Это достигается с помощью масляных фильтров, воздушных фильтров и замкнутых систем вентиляции картера, которые максимально защищают двигатель от загрязнений. Но все равно посторонние частицы иногда попадают в подшипники. Подшипники должны обладать способностью поглощать абразивные частицы, позволяя им внедряться в антифрикционный материал, чтобы они не повредили вал. За счет податливости антифрикционного материала вдавливанию, посторонняя частица постепенно внедряется в его поверхность и обволакивается со всех сторон антифрикционным материалом, полностью поглощаясь им. Способностью подшипников к поглощению посторонних частицы называется податливостью вдавливанию. Примеры проявления этой способности приведены на рис. 18.53 и 18.54.
ЗАДИРОСТОЙКОСТЬ подшипников
При определенных условиях эксплуатации возникают временные перегрузки подшипника. По действием перегрузок пленка смазки разрушается и коленчатый вал входит в соприкосновение с антифрикционным материалом подшипника. Непосредственный контакт поверхности вращающегося коленчатого вала с неоднородностями поверхности подшипника
532 Глава 18
Посторонние частицы, поглощенные антифрикционным материалом подшипника
Рис. 18.53. По мере вдавливания посторонних частиц в поверхность подшипника антифрикционный материал обволакивает их, полностью поглощая
Рис. 18.54. Посторонние частицы загрязнений, вдавленные в антифрикционный материал
приводит к их локальному разогреву за счет трения. Вызванный трением локальный разогрев неоднородностей поверхности подшипника вызывает прилипание или приваривание этих участков к поверхности коленчатого вала. В результате вращающийся вал вырывает из подшипника частицы антифрикционного материала, которые, вращаясь на валу, создают задиры в антифрикционном слое подшипника и вызывают его ускоренный износ (рис. 18.55 и рис. 18.56). Одной из характеристик подшипников является задиростой-кость. Этот параметр характеризует стойкость антифрикционного материала против приваривания к валу при разрушении пленки смазки.
При сгорании топливно-воздушной смеси образуются кислоты, загрязняющие масло. Устойчивость подшипников к воздействию этих кислот называется коррозионной стойкостью. Коррозия может охватить всю поверхность подшипника. Это приводит к усиленному износу антифрикционного материала и увеличению масляного зазора. Это также приводит к разрушению антифрикционного материала, вызванному действием кислот. Коррозия подшипника, независимо от причин, ее вызвавших, сокращает его ресурс.
АНТИФРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПОДШИПНИКОВ
В подшипниках автомобильных двигателей используются три вида антифрикционных материалов: баббит, свинцово-медные сплавы и сплавы на основе алюминия. Подшипник состоит из корпуса (или подложки) изготавливаемого из низкоуглеродистой стали и антифрикционного слоя толщиной от 0,010 до 0,020 дюйма (от 0,25 мм до 0,50 мм). Автомобильный подшипник называется вкладышем и представляет собой стальную основу, поверхность которой покрыта антифрикционным материалом. Стальная основа обеспечивает необходимую стойкость подшипника к нагрузкам, создаваемым валом. Антифрикционный материал обеспечивает соответствие подшипника остальным техническим требованиям.
Баббит
Баббит — это старейший материал, используемый в автомобильных подшипниках. Айзек Баббит (Isaac Babbit, 1799-1862) изобрел этот материал в 1839 г. Этот превосходный антифрикционный материал первоначально делался из состава, в который входили свинец, олово и сурьма. Свинец и олово сплавлялись
Рис. 18.55. Начавшееся отслоение антифрикционного материала от стальной основы подшипника
Коленчатые валы и подшипники 533
Рис. 18.56. Характерные последствия снижения давления масла в системе смазки двигателя: чрезмерный износ шатунной шейки (а); перегрев, который в конце концов привел к выходу подшипника из строя (6)
с небольшими добавками меди и сурьмы, придававшими сплаву необходимую прочность. Баббит до сих пор используется в тех случаях, которых требуется материал, обеспечивающий легкое вращение валов, работающих при умеренных нагрузках и скоростях. Редкие перебои с подачей масла и вызываемый этим процесс граничного трения не приводят ю разрушению подшипника. ;
Триметалл
Свинцово-медный сплав обладает более высокой прочностью и более высокой стоимостью по сравнению с баббитом. Он используется в подшипниках среднескоростных и высокоскоростных узлов. Часто в свинцово-медный антифрикционный сплав вводится небольшое количество олова. Этот антифрикционный материал более всего подвержен коррозии под действием кислотных загрязнений, накапливающихся в масле. Коррозия приводит к износу шейки вала, вызванному эрозией антифрикционного материала под действием кислот.
Часто на свинцово-медный антифрикционный слой в подшипниках наносится покрытие из третьего материала. Обычно в качестве материала покрытия используется баббит. Подшипники с приработочным баббитовым покрытием обладают высокой усталостной стойкостью, хорошей прирабатываемостью и податливостью вдавливанию, и высокой коррозионной стойкостью. Подшипник с приработочным баббитовым покрытием — это подшипник высшего качества. Он также и самый дорогой, поскольку поверхностный слой баббита, толщиной от 0,0005 до 0,001 дюйма (от 0,0125 до 0,025 мм) наносится на поверхность подшипника гальваническим способом. На рис. 18.57 показана структура антифрикционного материала в поперечном сечении вкладыша подшипника.
Алюминиевые сплавы
Алюминиевые сплавы начали применяться в автомобильных подшипниках позже первых двух, уже упомянутых, материалов. В состав антифрикционного алюминиевого сплава входят небольшие добавки олова и кремния. Этот антифрикционный слой обладает более высокой прочностью по сравнению с баббитом и свинцово-медным сплавом, но и стоит дороже их.
По большинству характеристик этот антифрикционный сплав не уступает, а по ряду характеристик даже превосходит баббит и свинцово-медный сплав. Алюминиевый антифрикционный материал успешно выдерживает большие скорости и нагрузки и не содержит свинца, что с точки зрения экологической безопасности является его достоинством как для производства, так и для обслуживания, предотвращая опасность отравления персонала свинцом.
534 Глава 18
Свинцовистая бронза(2)
Баббит(3)
Сталь(1)
Рис. 18.57. Типичная конструкция двухслойного
и трехслойного вкладыша автомобильного подшипника. На разрезе показана относительная толщина слоев различных материалов в конструкции подшипника
Рис. 18.58. Примеры типичных конструкций вкладышей подшипников, используемых в современных двигателях: половинка разборного подшипника с упорными фланцами (а); верхний вкладыш коренного подшипника (6); нижний вкладыш коренного подшипника (в); неразъемный цилиндрический подшипник распределительного вала (публикуется с любезного разрешения корпорации Sealed Power Corporation) (г)
серийных двигателей иногда могут использоваться «стандартные» подшипники уменьшенного (на 0,0005 или 0,001 дюйма) размера. Это делается для очень точного соблюдения заданных техническими требованиями зазоров в подшипниковых узлах.
Прежде чем покупать подшипники, измерьте с помощью микрометра фактические размеры всех шатунных и коренных шеек коленчатого вала.
ПРОИЗВОДСТВО подшипников
В современных автомобильных двигателях используются прецизионные вкладыши (вставки) подшипников, которые еще называют разъемными подшипниками. Подшипники изготавливаются с очень высокой точностью, обеспечивающей их идеальное соответствие посадочному месту. Поэтому подшипники должны изготавливаться из материалов с точно заданным составом при жестком контроле параметров технологического процесса. На рис. 18.58 показаны примеры типичных вкладышей подшипников, используемых в современных двигателях.
РАЗМЕРЫ ПОДШИПНИКОВ
Подшипники, как правило, выпускаются стандартных размеров и ремонтных— под уменьшенный на 0,010,0,020 и 0,030 дюйма диаметр вала. Хотя подшипник, предназначенный для восстановленного вала, и толще стандартного, но он называется подшипником уменьшенного размера, потому что шейки коленчатого вала имеют меньший диаметр. При сборке новых
ЗАЗОР В ПОДШИПНИКЕ
Величина зазора между подшипником и шейкой вала может находиться в пределах от 0,0005 до 0,0025 дюйма (от 0,0125 мм до 0,0625 мм), в зависимости от типа двигателя. Увеличение этого зазора вдвое приводит к более чем четырехкратному повышению утечки масла через подшипник. Масляный зазор должен быть достаточно большим, чтобы пленка смазки могла сформироваться, но не слишком большим, во избежание чрезмерной утечки масла, вызывающей падение давления в системе смазки. При большой утечке через один из подшипников все остальные подшипники, стоящие за ним в системе смазки, испытывают недостаток смазки. Это приводит к выходу из строя подшипников, работающих в условиях масляного голодания.
ПОСАДКА ПОДШИПНИКОВ В ПОСТЕЛИ
Как показано на рис. 18.59, для того, чтобы собранный вкладыш плотно прилегал к поверхности постели и сидел в ней с необходимым натягом, половинки вкладыша должны иметь радиус кривизны, чуть больший
Коленчатые валы и подшипники 535
Вкладыш неплотно
Рис. 18.59. Распрямление и натяг вкладыша
Рис. 18.60. Усы на вкладыше, предназначенные для правильной его установки при сборке
радиуса кривизны постели1. Кроме того, полностью уложенный в постель вкладыш должен немного выступать над торцами разъема постели — это называется припуском на натяг. Величина выступания вкладыша над постелью обычно находится в пределах от 0,005 до 0,020 дюйма (от 0,125 мм до 0,500 мм). Правильная ориентация вкладыша подшипника в постели обеспечивается за счет выступов (усов) на его внешней сто
роне. Пример выступов на вкладыше подшипника показан на рис. 18.60. За счет распрямления подшипник удерживается в постели при сборке двигателя. После установки вкладыша в постели концы вкладыша слегка выступают над ней. При затяжке болтов крепления крышки гнезда края двух половинок вкладыщаупира-ются друг в друга и сжимаются. В результате1 сжатия двух половинок возникает сила, распирающая подшипник в постели. Это называется усилием натяга. Усилие натяга удерживает подшипник в гнезде, не позволяя ему проворачиваться в постели при работе двигателя. Для надежного удержания подшипника в неподвижном положении усилие натяга должно быть не меньше 12 000 фунтов на кв. дюйм (82 720 кПа) при температуре 250°Ф (121°С). Максимально допустимым усилием натяга, при котором еще не происходит разрушения вкладыша или постели, считается 40 000 фунтов на кв. дюйм (275 790 кПа). Вкладыши подшипников при недостаточно сильном натяге могут провернуться вместе с валом. Такое нарушение называется проворотом подшипника. Пример такого нарушения приведен на рис. 18.61.
Ремонтные подшипники по качеству должны соответствовать или превосходить оригинальные подшипники. В ремонтных подшипниках должны быть такие же, как в оригинальных, смазочные отверстия и канавки.
Рис. 18.61. Проворот подшипника. Нижний вкладыш подшипника провернулся в посадочном отверстии и заскочил под верхний вкладыш
1 В российском моторостроении этот припуск называется припуском на распрямление. — Примеч. ред.
536 Глава 18
ВНИМАНИЕ
Иногда смазочное отверстие имеется только в верхнем вкладыше подшипника. В этом случае при неправильной установке подшипника блокируется поступление масла для смазки шатунной или коренной шейки вала, что приводит к немедленному выходу двигателя из строя.
В форсированных двигателях подшипники работают в более тяжелых условиях, поэтому для обеспечения достаточного ресурса они должны быть более высокого качества.
ОБМЕН ОПЫ
Считайте, что вам повезло, если вы не забыли пересчитать количество болтов крепления поддона картера
Замена подшипников распределительного вала может быть достаточно простой операцией, если вы не забудете подсчитать количество болтов крепления картера двигателя! Например, в шести цилиндровых V-образных двигателях компании Бьюик (Buick), в зависимости от количества болтов крепления поддона картера к блоку цилиндров двигателя, используются разные подшипники распределительного вала.
Четырнадцать болтов крепления поддона картера: передний подшипник— специальный, остальные подшипники— одинаковые. . : 7 :
Двенадцать болтов крепления поддона картера: в подшипниках №1 и №4 имеется по два смазочных отверстия. В подшипниках №2 и №3 — по одному смазочному отверстию.
ПОДШИПНИКИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
В двигателях с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала распределительные валы вращаются во втулочных подшипниках скольжения, запрессованных в посадочные гнезда в блоке цилиндров. В двигателях с верхним расположением распределительного вала подшипники распределительного вала могут быть по конструкции неразъемными втулками или разъемными (из двух половинок) вкладышами, в зависимости от конструкции опор распределительного вала. В двигателях с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала подшипники распределительного вала стоят в блоке цилиндров. Выработанное практикой строгое правило, которое не стоит нарушать, заключается в том, что при замене подшипников коленчатого вала необходимо заменить
SH 1090S
1-SH 1039 POSITION 1
2-SH 1090 POSITION 2&S,
2-SH 1091 POSITION 3&4
<
Рис. 18.62. Пример типичной идентификационной наклейки на упаковке комплекта ремонтных подшипников распределительного вала. Подшипник, указанный в строке POSITION 1, — передний подшипник распределительного вала. Нормальная работа двигателя полностью зависит от правильности установки подшипников распределительного вала
и подшипники распределительного вала. Ремонтные подшипники распределительного вала должны иметь надлежащий внешний диаметр для плотной посадки в посадочные отверстия в блоке цилиндров. В них должны быть надлежащие смазочные отверстия, и их необходимо правильно ориентировать при установке. Внутренний диаметр подшипников распределительного вала также должен соответствовать диаметру шеек распределительного вала (рис. 18.62). В главе 16 описана технология подготовки блока цилиндров, которую необходимо выполнить перед тем, как приступать к установке новых подшипников распределительного вала.
Во многих типах двигателей подшипники распределительного вала имеют неодинаковые размеры. Впереди стоит самый большой подшипник, а сзади — самый маленький. Перед началом сборки узла необходимо проверить размер каждой шейки распределительного вала и сверить его с размером подшипника. Место установки того или иного подшипника лучше всего пометить на самом подшипнике с помощью фломастера — это поможет не перепутать их. Такая маркировка никоим образом не повлияет на подшипник и не повредит его. Подшипники распределительного вала запрессовываются в блок “всухую” (без использования какой-либо смазки) во избежание вращения их в посадочных гнездах после установки. Если бы при установке подшипники распределительного вала были смазаны, возросла бы опасность их проворота в постелях при вращении самого распределительного вала, что привело бы к нарушению поступления масла в подшипники через предусмотренные смазочные отверстия.
Коленчатые валы и подшипники 537
ФОТОРЯД
Измерение зазора в коренном подшипнике
Ил. 32.1. Для измерения масляного зазора в подшипнике необходимы следующие инструменты: динамометрический ключ, соответствующие торцовые головки и измерительная проволока Plastigage
Ил. 32.2. Измерение начинается с тщательной очистки коренной шейки вала
Ил. 32.3. На коренную шейку накладывается кусочек проволоки Plastigage
Ил. 32.4. Крышка гнезда коренного подшипника аккуратно ставится на место и болты крепления затягиваются с моментом затяжки, соответствующим техническим требованиям
Ил. 32.5. Полностью затянув в соответствии с техническими требованиями изготовителя болты крепления крышки подшипника, их откручивают и аккуратно снимают крышку
538 Глава 18
Измерение зазора в коренном подшипнике
продолжение
Ил. 32.6. С помощью шкалы, нанесенной на упаковку Plastigage, определяется масляный зазор в коренном подшипнике путем сравнения ширины сплющенного участка проволоки Plastigage со шкалой. В показанном примере она почти равна ширине зеленой полоски шкалы, соответствующей зазору 0,001 дюйма. Чем шире сплющенный участок полоски Plastigage, тем меньше масляный зазор
Ил. 32.7. После сравнения ширины сплющенного участка проволоки Plastigage со шкалой необходимо тщательно очистить поверхность шейки вала, полностью удалив налипший на нее материал Plastigage. Для полного удаления остатков Plastigage часто приходится соскребать его ногтями
Ил. 32.8. После измерения масляных зазоров во всех подшипниках крышки коренных подшипников ставятся на место. На этот раз перед их установкой на поверхность шеек коленчатого вала наносится специальная смазка, применяемая при сборке подшипников
Ил. 32.9. После установки крышек коренных подшипников на место болты крепления затягиваются с моментом затяжки, соответствующим техническим требованиям
Коленчатые валы и подшипники 539
ФОТОРЯД
Балансировка коленчатого вала
Ил. 33.1. Для проверки уравновешенности коленчатого вала его необходимо установить на балансировочном стенде и отъюстировать датчик на его конце так, чтобы исключить влияние на результат измерений биений вала
Ил. 33.2. Опоры, в которых вращается коленчатый вал, должны быть надлежащим образом смазаны
Ил. 33.3. Все необходимые значения размеров и массы вводятся в память измерительной установки балансировочного стенда, и она сама производит необходимые расчеты
Ил. 33.4. После закрепления на шатунных шейках необходимых балансировочных противовесов и завершения всех подготовительных операций включают балансировочный стенд и коленчатый вал приводится во вращение
Ил. 33.5. После остановки вращения коленчатого вала на дисплее измерительной установки выводится информация о том, сколько материала (в граммах) и в каком месте следует удалить
Ил. 33.6. Для удаления небольших количеств материала из тех мест на коленчатом валу, которые определены по результатам испытания вала на балансировочном стенде, используется пневматический шлифовальный инструмент
540 Глава 18
Балансировка коленчатого вала
продолжение
Ил. 33.7. Перед повторной проверкой уравновешенности коленчатого вала производится повторная смазка опор, в которых он вращается
Ил. 33.8. Коленчатый вал снова приводится во вращение и измеряется его уравновешенность после удаления с него металла в соответствии с результатами первого измерения
Ил. 33.9. С помощью ручного шлифовального инструмента с вала удаляется материал в соответствии с результатами повторного измерения
Ил. 33.10. При необходимости удаления значительного количества металла программа, управляющая работой измерительной установки балансировочного стенда, выводит указания о необходимой глубине и диаметре отверстия, которое следует высверлить в противовесе
Ил. 33.11. В этом противовесе высверлено отверстие с целью снижения его массы. Масса материала, удаленного из противовеса коленчатого вала, тем больше, чем больше диаметр и глубина высверленного отверстия
Ил. 33.12. После того, как с коленчатого вала путем сверления или сошлифовывания в указанных местах удалено необходимое количество металла, на дисплее появится сообщение о том, что по результатам измерения коленчатый вал уравновешен в пределах заданного допуска
ГЛАВА
19
Сборка двигателя
После изучения главы 19 читатель будет:
1. Знать последовательность сборки двигателя.
2. Знать методику измерения масляного зазора в подшипнике с помощью пластичной калибровочной проволоки Plastigage.
3. Знать методику контроля осевого люфта коленчатого вала и бокового зазора шатуна на шейке кривошипа.
4. Знать методику индивидуального подбора поршня к цилиндру.
5. Знать методику проверки способности системы смазки поддерживать необходимое давление масла, выполняемой перед первым запуском двигателя.
Все узлы и детали двигателя крепятся к блоку цилиндров. Поэтому, прежде чем приступать к сборке двигателя, необходимо подготовить к ней блок цилиндров. Главным условием качественной сборки любого двигателя является чистота. Рабочее место и верстак должны быть чистыми, чтобы исключить попадание пыли или других посторонних частиц на детали двигателя, что может привести к его повреждению.
ПОДГОТОВКА БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
Все поверхности блока цилиндров должны быть проверены на наличие возможных повреждений, полученных в процессе механической обработки. Как уже указывалось в главе 16, перед сборкой необходимо выполнить следующую процедуру:
1. Тщательно очистить блок цилиндров, включая все, без исключения, каналы системы смазки двигателя.
2. Сгладить кромки всех резьбовых отверстий в блоке цилиндров.
3. Очистить все резьбовые отверстия в блоке цилиндров с помощью метчика.
УСТАНОВКА ПРОБОК
Резьбовые пробки масляных магистралей должны монтироваться в блок на герметике (рис. 19.1).
ВНИМАНИЕ
Не рекомендуется использовать для уплотнения резьбовых пробок масляных магистралей тефлоновую герметизирующую ленту. Она обычно разрезается витками резьбы и впоследствии обрезки этой ленты, попадая в масляные магистрали и двигаясь по ним вместе с маслом, могут забить маслопроводные каналы, препятствуя поступлению смазки к важным узлам двигателя.
Рис. 19.1. Закручивание пробки масляной магистрали с помощью ключа с Т-образным воротком
544 Глава 19
Рис. 19.2. Выпуклая расплющиваемая пробка, установленная в технологическом отверстии
Технологические отверстия, оставшиеся в отливке блока цилиндров, подвергаются механической обработке и герметично запечатываются расплющиваемыми или распорными пробками (называемыми также антиморозными или предохранительными пробками).
Используются расплющивающиеся пробки двух типов:
• Выпуклая пробка. Для ее установки в технологическом отверстии с помощью цилиндрического зенкования формируется выступ. Выпуклая расплющиваемая пробка вставляется в отверстие выпуклой стороной наружу и с помощью соответствующего посадочного инструмента забивается в него. При этом выпуклая сторона пробки продавливается вовнутрь, в результате чего края пробки расходятся и пробка заклинивается в отверстии. На рис. 19.2 показана такая пробка, уже стоящая в отверстии. Выпуклая пробка забивается в отверстие до тех пор, пока не упрется в края выступа.
• Колпачковая пробка. Наиболее широко используемый тип пробки. Она вставляется с натягом в ровное цилиндрическое отверстие. Наружные края пробки слегка расходятся раструбом. Пробка забивается в отверстие на надлежащую глубину с помощью соответствующего установочного инструмента, при этом ее наружные края сжимаются, образуя плотный контакт со стенкой отверстия. На рис. 19.3 показаны колпачковые распорные пробки, уже стоящие в отверстиях. Колпачковая пробка забивается в отверстие так, чтобы ее края оказались на глубине от 0,020 до 0,050 дюйма (от 0,5 до 1,3 мм) ниже края отверстия. Во избежание утечек пробка устанавливается на герметике.
Рис. 19.3. Колпачковая распорная пробка, установленная в технологическом отверстии
Рис. 19.4. "Запечатывание"технологических отверстий в головках блока цилиндров колпачковыми пробками (называемыми также распорными или заглушками) перед окончательной сборкой. Обратите внимание на то, что эти пробки ставятся на герметике
ПОДШИПНИКИ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
Для того чтобы установить новые подшипники распределительного вала, не повредив их, необходим специальный монтажный инструмент. В продаже имеется
Сборка двигателя 545
Рис. 19.5. Демонтаж вкладыша распределительного вала из посадочного гнезда с помощью специального инструмента
множество разнообразных вариантов такого инструмента, разработанного и изготовленного различными компаниями. У всех вариантов этого инструмента есть одна общая деталь — оправка с буртиком, на которую надевается вкладыш подшипника распределительного вала, и механизм ориентации вкладыша в блоке в процессе его установки. Как правило, для монтажа и демонтажа вкладышей используется один и тот же инструмент. На рис. 19.5 показан пример демонтажа подшипника распределительного вала из посадочного гнезда с помощью такого монтажного инструмента. При монтаже вкладыш надевают на оправку монтаж
ного инструмента и, поворачивая на ней, юстируют позицию смазочного отверстия, сделанного в подшипнике. Затем вкладыш запрессовывается в посадочное гнездо блока цилиндров с помощью винтового механизма, втягивающего его в отверстие, или с помощью ударника со скользящим бойком. На рис. J9.6 показано, как запрессовывается подшипник "с помощью втягивающего винтового механизма. После^установ-ки вкладыша обязательно проверяется глубина его установки, которая должна соответствовать заданной, и совмещение смазочного отверстия подшипника с маслопроводным каналом в блоке. Правильно установленные вкладыши распределительного вала дополнительного обслуживания не требуют (рис. 19.7 и 19.8).
ПРИЧИНЫ ПРЕЖДЕВРЕМЕННОГО ВЫХОДА ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ ИЗ СТРОЯ
По мнению одного из ведущих производителей автомобильных подшипников главными причинами преждевременного (после непродолжительной эксплуатации) выхода из строя подшипников являются следующие:
грязная сборка (45%)
неправильная сборка (13%) нарушение соосности (13%) отсутствие смазки (11%);
перегрузка и форсирование (10%);
Рис. 19.6. Неразъемный вкладыш распределительного вала запрессовывается в посадочное гнездо с помощью втягивающего винтового механизма (публикуется с любезного разрешения отделения Buick Motor Division корпорации GMO
546 Глава 19
Рис. 19.7. Вкладыш распределительного вала, поврежденный из-за неаккуратной сборки двигателя
Рис. 19.9. Технологическое отверстие позади распределительного вала герметизируется с помощью колпачковой распорной пробки. Технологические отверстия маслопроводных каналов герметизируются с помощью резьбовых пробок
Рис. 19.8. Этот вкладыш распределительного вала был слишком глубоко запрессован в посадочное гнездо, из-за чего смазочное отверстие оказалось частично перекрытым
будет уложен в них и провернут. Необходимый масляный зазор в подшипниках — как коренных, так и шатунных — устанавливается путем перешлифовывания шеек вала под вкладыши ремонтного размера. Таким способом обеспечивается необходимый масляный зазор с точностью 0,0005 дюйма.
ВНИМАНИЕ
Не допускайте загрязнения поверхности вкладышей. Масло на ваших руках, попав на подшипник, может спровоцировать его коррозию. При работе с подшипниками, во избежание их повреждения, обязательно надевайте матерчатые или резиновые перчатки.
коррозия (4%);
другие причины (4%).
Во многих случаях преждевременный выход вкладышей из строя происходит вследствие одновременного действия нескольких из перечисленных выше факторов. Поэтому, чтобы устранить, насколько это возможно, причины преждевременного выхода подшипников из строя, очищайте все детали как можно тщательней и работайте как можно аккуратней1.
ИЗМЕРЕНИЕ МАСЛЯНОГО ЗАЗОРА В КОРЕННЫХ ПОДШИПНИКАХ
Сборка двигателя начинается в положении блока «вверх ногами». В процессе сборки проверяется правильность посадки деталей и правильность сборки узлов.
Подшипники коленчатого вала тщательно проверяются на соответствие, прежде чем коленчатый вал
Под перешлифованные шейки обычно выпускаются подшипники с внутренним диаметром, меньшим стандартного на 0,010,0,020 и 0,030 дюйма. Пример вариантов конструкции вкладышей коренных подшипников приведен на рис. 19.10.
Для выбора подходящего по размеру вкладыша необходимо с помощью микрометра измерить диаметры шеек коленчатого вала. Помните, что каждая из крышек подшипников подходит только к своему посадочному месту и должна устанавливаться в нем с правильной ориентацией сторон. В постели подшипника в опоре блока цилиндров и в крышке необходимо вложить правильно подобранные по размеру вкладыши подшипника, проверив, чтобы усы на вкладыше вошли в предназначенную для них выемку. В верхнем вкладыше коренного подшипника имеется смазочное отверстие. Аккуратно уложите чистый коленчатый вал на опоры с установленными в них нижними вкладышами подшипников. Опускайте вал ровно, как
Сборка двигателя 547
1
2
Рис. 19.10. Типичный набор коренных подшипников.
Обратите внимание на то, что в верхних вкладышах сделаны канавки для облегчения движения смазки, а нижние вкладыши сделаны гладкими —для повышения несущей способности. В этом наборе вкладышей упорным подшипником является центральный вкладыш с буртами (публикуется с любезного разрешения корпорации Chrysler)
показано на рис. 19.11, и следите за тем, чтобы он не повредил упорный подшипник. Наложите на каждую из коренных шеек коленчатого вала кусочек материала Plastigage (Plastigage — пластичная калибровочная проволока). Установите крышки коренных подшипников на свои места и затяните болты крепления с моментом затяжки, соответствующим техническим требованиям. Снимите крышки подшипников и сравните ширину сплющенных участков калибровочных прово-
лочек со шкалой, приведенной на упаковке Plastigage. Таким образом вы определите величину масляного зазора в каждом из коренных подшипников. Если шейка вала имеет отклонения от круглой формы, масляный зазор необходимо измерять в том месте шейки, где он минимален. . ~ ,
КОРРЕКЦИЯ ВЕЛИЧИНЫ ЗАЗОрХ В ПОДШИПНИКАХ
В случае необходимости масляный зазор можно уменьшить при сборке на 0,001 дюйма, заменив оба вкладыша подшипника на вкладыши подшипника, внутренний диаметр которого на 0,001 дюйма меньше первоначального.1 Зазор можно уменьшить на 0,0005 дюйма, заменив только один из вкладышей на корректирующий, внутренний диаметр которого на 0,001 дюйма меньше первоначального. При такой процедуре следует заменять меньшим тот вкладыш, который стоит на опоре блока цилиндров (верхний вкладыш). Такой способ позволяет точно подобрать величины зазоров в подшипниках. Не допускается совмещать вкладыши, отличающиеся по внутреннему диаметру более чем на 0,001 дюйма. Величина масляного зазора обычно находится в пределах от 0,0005 до 0,002 дюйма.
После того как масляные зазоры в подшипниках подобраны в соответствии с техническими требованиями, коленчатый вал снимается с опор. После этого в заднюю опору в блоке цилиндров и в соответствующую ей крышку закладывается уплотнение. Далее на шейки коленчатого вала наносится специальная монтажная смазка.
Рис. 19.11. Коленчатый вал аккуратно укладывают на место
1 Такие вкладыши выпускаются промышленностью для возможности тонкой корректировки величины масляного зазора при сборке двигателя. — Примеч. ред.
548 Глава 19
Рис. 19.12. Определение величины зазора в коренном подшипнике путем измерения ширины сплющенного участка калибровочной полоски. Измерение производят по шкале, приведенной на упаковке Plastigage. Альтернативный метод измерения величины зазора заключается в точном измерении внутреннего диаметра подшипника и диаметра шейки коленчатого вала. Измерение размеров подшипника выполняется после затяжки крепежных болтов с моментом затяжки, указанным в технических требованиях
нем конце распределительного вала и переднем конце вспомогательного приводного вала также могут стоять уплотнения. В этих местах используется или манжетное или шнуровое уплотнение (рис. 19.13 и 19.14). Заднее масляное уплотнение коленчатого вала ставится после завершения подбора,коренных вкладышей. - \ t
Известны два основных варианта ^конструкции уплотнительных манжет: в одном из них эластичный воротник приформован к стальному корпусу, а в другом — манжета целиком отформована из эластичного материала с закладной упрочняющей стальной вставкой. Выборка, в которой устанавливается уплотнение, должна быть тщательно очищена. В большинстве случаев манжетное уплотнение ставится в блок “всухую”. Но иногда производитель рекомендует устанавливать такое уплотнение с применением герметика. Для получения конкретных инструкций по установке уплотнений необходимо пользоваться документацией по техническому обслуживанию двигателя. Перед установкой вала и крышки гнезда подшипника край манжетного уплотнения необходимо обязательно хорошо смазать.
"От одного до трех"
Когда речь идет о величинах зазоров и данных, указываемых в технических требованиях, то чаще всего речь идет о величинах в несколько тысячных дюйма. Поэтому когда автомеханики, говоря об этом, произносят "от одного до
трех" то на самом деле они имеют в виду величину зазора от 0,001 до 0,003 дюйма. То же самое относится к размерам, составляющим десятитысячные доли дюйма. Например, если в технических условиях указаны пределы от 0,0005 до 0,0015 дюйма, то автомеханик, называя эти данные, может просто сказать: "от половины до полутора". При этом подразумевается, что единицей меры является одна тысячная дюйма. При таком способе устного выражения величины, составляющей несколько тысячных дюйма, допускается меньше ошибок и недоразумений.
Рис. 19.13. Манжетное уплотнение, установленное в опоре коренного подшипника (при снятом коленчатом вале)
СОВЕТ
В технической документации на большинство двигателей величина зазора в подшипниках указывается в пределах от одной до трех тысячных дюйма. В документации не исключены ошибки, поэтому если данные, приведенные в ней, выходят за указанные общепринятые пределы, перепроверьте их по другому источнику.
УСТАНОВКА МАНЖЕТНОГО УПЛОТНЕНИЯ
На переднем и заднем конце коленчатого вала всегда ставятся уплотнения. В двигателях с верхним расположением распределительного вала на перед-
Рис. 19.14. Манжетное уплотнение, усиленное пружиной
Сборка двигателя 549
ВНИМАНИЕ
Уплотнения из тефлона (Teflon*) смазывать не следует. Уплотнения такого типа необходимо ставить "всухую". При первом запуске двигателя часть тефлона с уплотнения переносится на поверхность коленчатого вала, в результате чего обе контактирующие поверхности оказываются покрытыми тефлоном. Даже простое касание руками такого уплотнения может привести к удалению с его поверхности некоторой части покрытия и стать причиной возникновения утечки. Внимательно изучайте инструкции по установке, которые должны придаваться к уплотнительным прокладкам.
УСТАНОВКА ШНУРОВОГО УПЛОТНЕНИЯ
Рис. 19.16. Закатывание шнурового уплотнения в крышку коренного подшипника
Иногда в качестве масляного уплотнения на заднем конце коленчатого вала используется шнуровое уплотнение (плетеный косичкой тканевый шнур).
В некоторых типах двигателей компании Buick шнуровое уплотнение используется и на переднем и на заднем конце коленчатого вала. Косичка шнурового уплотнения должна быть плотно запрессована в канавку, чтобы через нее не просачивалось масло. До установки коленчатого вала в очищенную канавку задней опоры в блоке цилиндров укладывают верхнее полукольцо косички шнурового уплотнения и вдавливают в нее, прокатывая по косичке подходящим цилиндрическим валиком, чтобы плотно вдавить ее в канавку. Для этого может быть использован отрезок трубки, большая головка торцового ключа или даже ручка молотка, как показано на рис. 19.15. После того как косичка шнурового уплотнения полностью посажена в канавку, ее концы, выступающие над торцом опоры, обрезают заподлицо с поверхностью фланца с помощью бритвенного лезвия с односторонней режущей кромкой (рис. 19.16) или специального режущего инструмента,
Рис. 19.15. Шнуровое уплотнение, заложенное в канавку опоры коренного подшипника (при снятом коленчатом вале)
Рис. 19.17. Концы косички шнурового уплотнения обрезаются заподлицо с фланцем
предназначенного для выполнения этой операции. По той же методике шнуровое уплотнение вставляется в крышку задней опоры коренного подшипника или опорную шайбу масляного уплотнения.
Шнуровое уплотнение, которое ставится в передней опоре коленчатого вала, фиксируется с помощью опорной шайбы, которая называется шредером. Старый сальник и шредер удаляются из корпуса крышки привода распределительного вала. После укладки нового уплотнения шредер зачеканивается в посадочном гнезде. На рис. 19.17 показан зачеканенный шредер. Зачеканивание выполняется путем осаживания металла крышки по краю шредера (рис. 19.18).
РАСПОЛОЖЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ УПЛОТНЕНИЙ
В двигателях, в которых фланец поддона картера опущен ниже осевой линии вращения коленчатого вала, требуется установка дополнительного
550 Глава 19
Рис. 19.18. Шредер, с помощью которого сальник фиксируется в крышке привода распределительного вала, зачеканивается в посадочном гнезде
уплотнения на заднем конце вала. Небольшая щель между боковой стороной крышки коренного подшипника или опорной шайбы заднего сальника и стенкой блока цилиндров должна быть загерметизирована.
Уплотнительные шнуры
Большинство из таких мест герметизируется с помощью разбухающего уплотнительного шнура. Уплотнительный шнур проталкивается в канавку в крышке или опорной шайбе после того, как болты крепления затянуты с необходимым моментом затяжки. Уплотнительный шнур сначала выдерживают в течение нескольких минут в органическом растворителе, а затем проталкивают в канавку, как показано на рис. 19.19. Иногда для того, чтобы плотно уложить уплотнительный шнур в канавку, приходится использовать подходящий инструмент с тупым кончиком. Под действием растворителя и масла уплотнительный шнур разбухает и запечатывает щель.
Рис. 19.19. Уплотнительный шнур проталкивают в канавку на боковой стороне крышки коренного подшипника
УСТАНОВКА КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Постели подшипников и наружные стороны вкладышей всех коренных подшипников должны быть абсолютно чистыми. Только после проверки чистоты вкладыши устанавливаются на посадочные места. Важно, чтобы усы на наружной стороне -вкладыша попали в выемку на посадочном месте.-Вкладыши должны иметь определенное «распрямление»', чтобы они держались на посадочных местах во время сборки. На внутреннюю поверхность подшипников затем наносится тонкий слой монтажной смазки, обеспечивающий первоначальную смазку, необходимую для запуска двигателя (рис. 19.20). На шейки коленчатого вала наносят смазку, после чего аккуратно, следя за тем, чтобы не повредить фланцы упорного подшипника, вал укладывают в блок. На рис. 19.21 показан пример упорного подшипника, фланец которого был поврежден при неаккуратной сборке. Крышки коренных подшипников устанавливают на посадочные места в соответствии с нанесенными на них идентификационными номерами, соблюдая при этом правильную ориентацию сторон. Крышки проходили механическую обработку в сборе с опорами вала, поэтому они будут правильно сидеть только на своих местах. Болты крепления крышек затягивают вручную, без помощи гаечных ключей, после чего коленчатый вал проворачивают. Он должен вращаться свободно.
Рис. 19.20. Монтажная смазка, предназначенная для использования при сборке двигателя, является наилучшей, потому что в ее составе имеются добавки, обеспечивающие защиту деталей от повреждений во время первого — самого опасного — пуска двигателя
Сборка двигателя 551
Рис. 19.21. Повреждение поверхности фланца упорного подшипника вследствие неаккуратной сборки
Рис. 19.22. Проверка осевого зазора в упорном подшипнике с помощью калиберного щупа. На этой фотографии видно, что техник производит измерение при снятой крышке упорного подшипника. Это позволяет лучше оценить фактическое смещение и зазор при сдвиге коленчатого вала вперед-назад
ОСЕВОЙ ЗАЗОР В УПОРНОМ ПОДШИПНИКЕ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА
Коленчатый вал перемещают вперед-назад, чтобы выровнять вкладыш упорного подшипника, расположенный в крышке, с его ответной половинкой, расположенной в блоке. Осевой зазор упорного подшипника (так называемый осевой люфт коленчатого вала), указываемый в технических условиях на двигатель, находится, как правило, в пределах от 0,002 до 0,012 дюйма (от 0,05 мм до 0,3 мм). Этот зазор, или люфт, измеряют калиберным щупом (рис. 19.22) или при помощи измерителя смещения с циферблатной шкалой (рис. 19.23).
Если зазор превышает допустимый, то, как правило, имеются упорные подшипники увеличенного размера. Возможно, придется взять подшипник-полуфабрикат и довести его до необходимого размера, чтобы обеспечить соответствие осевого зазора требуемому.
МЕТОДИКА ЗАТЯГИВАНИЯ БОЛТОВ КРЫШЕК КОРЕННЫХ ПОДШИПНИКОВ
Болты крепления крышек коренных подшипников затягиваются с моментом, указанным в технических требованиях,и в заданной последовательности. Многие производители требуют, чтобы в процессе затягивания болтов креплений крышек коренных подшипников коленчатый вал двигали вперед-назад. После того, как все болты креплений крышек коренных подшипников полностью затянуты, коленчатый вал должен свободно проворачиваться (рис. 19.24). Величина крутящего момента, необходимого для проворачивания коленчатого вала не должна ни при каких условиях превышать 5 фунто-футов (6,75 Нхм). Причиной того, что для проворачивания вала необходим более высокий момент, часто оказывается посторонняя частица, которую не удалось удалить при очистке деталей. Она
а)
6)
Рис. 19.23. Коленчатый вал с помощью рычага (монтировки) сдвигается до упора попеременно вперед и назад, как показано на снимке (а). С помощью измерителя смещения с циферблатной шкалой производится измерение осевого зазора в упорном подшипнике (осевого люфта коленчатого вала) (6)
552 Глава 19
Рис. 19.24. Всякий раз после затягивания с заданным моментом очередной крышки коренного подшипника производится измерение крутящего момента, необходимого для проворачивания коленчатого вала. Резкое повышение момента свидетельствует о возникновении проблемы, которую необходимо устранить, прежде чем продолжать сборку
Рис. 19.25. Шестерни привода, устанавливаемые на распределительном валу, перед установкой должны быть нагреты. Эти шестерни нагреваются в горячем масле'. Это обеспечивает равномерный нагрев шестерен, после чего они легко надеваются на распределительный вал
может оказаться на поверхности вкладыша, на поверхности шейки коленчатого вала или между вкладышем и его посадочным местом.
УСТАНОВКА ЦЕПЕЙ И ШЕСТЕРЕН РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ПРИВОДА
В двигателях с нижним расположением распределительного вала шестерни, или цепь со звездочками, привода распределительного вала устанавливаются после завершения монтажа коленчатого вала в блоке цилиндров (рис. 19.25 и 19.26). При установке шесте-
Рис. 19.26. Установка шестерни на коленчатом валу
Рис. 19.27. Для синхронизации работы распределительного и коленчатого валов ведомая шестерня на распределительном валу (верхняя) и ведущая шестерня на коленчатом валу (нижняя) должны быть установлены так, чтобы реперные метки на них совпадали
рен реперные метки на их должны быть совмещены, как показано на рис. 19.27. Такое же правило должно соблюдаться и при установке звездочек цепной передачи, как показано на рис. 19.28. Если в конструкции двигателя используется съемный эксцентрик привода масляного насоса, то его устанавливают при закреплении звездочки привода на распределительном валу. Коленчатый вал необходимо провернуть на несколько
Сборка двигателя 553
Рис. 19.28. Для синхронизации работы распределительного и коленчатого валов звездочки цепного привода должны быть выставлены так, чтобы метки на них совпадали при определенном угловом положении валов
оборотов чтобы проверить, что распределительный вал и шестеренная или цепная передача двигаются свободно. Во время выполнения этой проверки еще раз проверяют совпадение реперных меток на деталях привода распределительного вала. Если в конструкции двигателя предусмотрено маслоотражательное кольцо, его также нужно установить на коленчатом валу — впереди ведущей шестерни или звездочки. Маслоотражательное кольцо устанавливается наружной стороной от шестерни или звездочки, как показано на рис. 19.29.
Обычно переднее масляное уплотнение коленчатого вала стоит в крышке механизма газораспределения. Крышка с уплотнительной прокладкой ставится поверх распределительных шестерен и/или цепи и звездочек. Болты крепления крышки закручиваются неплотно, чтобы дать возможность ступице гасителя крутильных колебаний попасть в масляное уплотнение, а крышке — правильно сесть на свое место. На коленчатом валу устанавливается гаситель крутильных колебаний. В одних конструкциях двигателей он
Рис. 19.29. Типичное маслоотражательное кольцо, стоящее позади переднего масляного уплотнения коленчатого вала
напрессовывается на вал методом горячей посадки, а в других — крепится на валу с помощью большого осевого крепежного болта. После того, как крышка механизма газораспределения отцентрирована ступицей гасителя крутильных колебаний, болты крепления крышки затягиваются с заданным моментом затяжки.
ПРИМЕРКА ПОРШНЕЙ К ЦИЛИНДРАМ
После тщательной очистки блока цилиндров производится проверка зазора между поршнями и цилиндрами, цель которой — проверить поршни на соответствие по размерам цилиндрам. Такая проверка выполняется путем измерения величины зазора между поршнем и стенкой цилиндра. Для измерения этого зазора используется калиберный щуп, лезвие которого вставляется в зазор между поршнем и стенкой цилиндра, как показано на рис. 19.30. Толщина лезвия соответствует необходимой величине зазора. Типичные значения поршневого зазора находятся в диапазоне от 0,0005 (полтысячной) дюйма до 0,0025 (две с половиной тысячных) дюйма (от 0,0127 мм до 0,0635 мм).
Перед измерением цилиндры и поршни без поршневых колец тщательно очищают от защитной смазки и пыли, которая могла налипнуть на их поверхности. Лезвие калиберного щупа прикладывается к опорной стороне стенки цилиндра. Поршень вставляют в отверстие цилиндра вверх ногами, опорной стороной к лезвию калибра. Удерживая поршень в цилиндре за шатун, вытаскивают лезвие калибра из зазора. Если для этого требуется умеренное усилие (от 5 до 10 фунтов), то это показывает, что величина зазора соответствует толщине лезвия калиберного щупа. Если лезвие калиберного щупа вытаскивается без усилий, это
554 Глава 19
Рис. 19.30. Измерение зазора между поршнем _ и стенкой цилиндра с помощью калиберного щупа. При выполнении этого измерения поршневые кольца должны быть сняты с поршня
Рис. 19.31. Блок цилиндров восьмицилиндрового V-образного двигателя на сборочной линии ремонтного предприятия после окончания проверки зазора между поршнями и стенками цилиндров. На фотографии видно, что два верхних цилиндра должны быть повторно отхонингованы для получения необходимого зазора
свидетельствует о том, что величина зазора превышает толщину лезвия щупа. Если же оно вытаскивается с большим трудом, это означает, что зазор меньше толщины лезвия.
Все поршни должны быть проверены на соответствие по размеру своим цилиндрам. Несмотря на то, что все цилиндры были отхонингованы в точности под один диаметр и все поршни прошли механическую обработку под тот же самый диаметр, все равно определенный разброс в размерах остается. К каждому цилиндру поршень должен подбираться индивидуально. Такая методика позволяет избежать сборки деталей, не совпадающих по размерам, и обеспечить высокие рабочие характеристики и ресурс двигателя. Автомеханик, проверяя все без исключения цилиндры, одновременно проверяет качество их механической обработки (рис. 19.31).
ШИРИНА ЗАЗОРА В ЗАМКЕ ПОРШНЕВОГО КОЛЬЦА
Поршень в цилиндре уплотняется с помощью поршневых колец. Чтобы обеспечивать надежное уплотнение, кольца должны иметь необходимую геометрию. Как уже указывалось в главе 17, поршневые кольца проверяются на величину бокового зазора и ширину зазора в замке.
Сборка двигателя 555
Типичная ширина зазора в замке поршневого кольца составляет примерно 0,004 дюйма на каждый дюйм диаметра цилиндра и находится в следующих пределах:
Диаметр поршня Ширина зазора в замке поршневого кольца
от 2 до 3 дюймов от 0,007 до 0,018 дюйма
от 3 до 4 дюймов от 0,010 до 0,020 дюйма
от 4 до 5 дюймов от 0,013 до 0,023 дюйма
ПРИМЕЧАНИЕ
Если ширина зазора в замке поршневого кольца превышает установленную величину, это приводит к снижению мощности двигателя. Но слишком узкий зазор тоже опасен, так как вызывает ускоренный износ цилиндра — в процессе работы двигателя концы кольца упираются друг в друга и в результате кольцо начинает усиленно скрести по стенке цилиндра.
Если зазор в замке поршневого кольца слишком широк, такое кольцо подлежит замене кольцом следующего по порядку большего размера. Если зазор слишком узок, кольцо необходимо снять и надфилем расширить его замок.
УСТАНОВКА ШАТУННО-ПОРШНЕВЫХ
УЗЛОВ
Необходимо абсолютно точно знать, какому из цилиндров соответствует каждый шатунно-поршневой узел. Перепроверьте следующее:
1. Метка на поршне, указывающая на то, какой стороной он должен быть обращен к передней стороне двигателя.
2. В том случае, если производится сборка V-образного верхнеклапанного двигателя, необходимо проверить, чтобы лунки большего размера в днище поршня, обеспечивающие зазор между поршнем и клапанами, были обращены к развалу цилиндров, в котором стоят толкатели клапанов1.
3. Необходимо убедиться, что лунки большего размера на всех поршнях соответствуют расположению впускных клапанов.
4. Необходимо проверить, что шатун установлен в поршне правильно — сторона нижней головки шатуна, на которой сделана фаска, должна быть обращена наружу (к щеке кривошипа) (рис. 19.32)2.
5. Необходимо убедиться, что замки поршневых колец расставлены по окружности поршня в соответствии с техническими требованиями (рис. 19.33).
Рис. 19.32. В V-образных двигателях, в которых на одной шатунной шейке установлены два шатуна, шатун должен быть обращен к щеке кривошипа той стороной, на которой в нижней головке сделана широкая фаска
Замок второго компрессионного кольца
Замок верхнего пластинчатого маслосъемного
Замок верхнего компрессионного кольца (здесь же находится замок расширителя малосъемных колец)
Поршневой палец
Замок нижнего пластинчатого маслосъемного кольца
Рис. 19.33. Один из вариантов расстановки замков поршневых колец по окружности поршня. Неукоснительно соблюдайте установленный производителем вариант расстановки и ширину зазоров
Цилиндр протирается безворсовой протирочной тканью. Затем он обильно покрывается чистым машинным маслом. Масло размазывается по всей стенке цилиндра вручную.
Шатунные подшипники подготавливаются к сборке по той же методике, что и коренные подшипники. Поршень окунают в емкость с чистым машинным маслом, чтобы смазать поршневой палец и поршневые кольца (рис. 19.34).
ПРИМЕЧАНИЕ
Поршневые кольца с перекрывающимися концами (беззазорные) устанавливаются всухую, без смазки. В ряде случаев производители рекомендуют смазывать только маслосъемное кольцо. Обязательно сверяйтесь с инструкцией по установке поршневых колец, приведенной в документации производителя, и точно следуйте ей.
1 Лунки большего размера соответствуют впускным клапанам, а меньшего размера — выпускным. — Примеч. ред.
2 Сказанное относится к случаю расположения двух шатунов на одной шейке. — Примеч. ред.
556 Глава 19
Рис. 19.34. Нанесение смазки на поршень погружением его в емкость с моторным маслом. Этот способ гарантирует, что поршень при установке в цилиндр будет надлежащим образом смазан. Он также обеспечивает качественную смазку поршневого пальца
Рис. 19.36. Шатунно-поршневой узел выталкивается в цилиндр из чугунной оправки, которая сжимает поршневые кольца. На болты, стоящие в нижней головке шатуна, надеты короткие отрезки шланга
Рис. 19.37. Установка поршня в цилиндр на технологической линии предприятия по ремонту двигателей. На болты, стоящие в нижней головке шатуна, во избежание повреждения ими коленчатого вала надеты защитные приспособления. Обратите внимания на Т-образный вороток, с помощью которого коленчатый вал проворачивают в процессе установки поршней
Рис. 19.35. Перед установкой шатунно-поршневого узла в цилиндр, на болты, стоящие в нижней головке шатуна, необходимо обязательно надеть предохранительные колпачки, например, такие, — их бесплатно раздавали на выставке, организованной для представителей специализированных предприятий по ремонту автомобильных двигателей
Вынув поршень из емкости с маслом, в течение нескольких секунд дают маслу стечь. Это дает возможность освободить канавки поршня и поршневые кольца от излишков смазки. Затем на поршень надевается оправка, утапливающая поршневые кольца в канавках поршня (рис. 19.36 и 19.37).
Сборка двигателя 557
Рис. 19.38. Вот что происходит при установке поршня в цилиндр, если поршневое кольцо оказывается недостаточно плотно сжатым в оправке. В результате того, что при вталкивании поршня в цилиндр верхнее поршневое кольцо выскочило из оправки и уперлось в край плиты блока, от поршня откололся кусок металла
Рис. 19.39. Установка поршня в цилиндр с использованием ленточной оправки, сжимающей поршневые кольца. Оправка должна охватывать только тот участок поршня, на котором стоят поршневые кольца. Нижняя часть поршня уже вошла в цилиндр. Если все детали хорошо смазаны и поршневые кольца полностью утоплены в своих канавках с помощью сжимающей их оправки, то хорошего толчка ручкой молотка будет достаточно для того, чтобы поршень полностью вошел в цилиндр
С нижней головки шатуна снимается крышка подшипника и на болты крепления, стоящие в нижней головке шатуна, надеваются предохранительные колпачки (рис. 19.35). Коленчатый вал проворачивают, устанавливая соответствующую шейку кривошипа в нижнюю мертвую точку. Вкладыш шатунного подшипника должен стоять на посадочном месте в нижней головке шатуна и поршень должен быть повернут так, чтобы метка на его головке была обращена к передней стороне двигателя.
Шатунно-поршневой узел опускается в цилиндр со стороны плиты блока цилиндров. Оправку, сжимающую поршневые кольца, необходимо крепко прижимать к плите блока цилиндров при выталкивании поршня в цилиндр. С помощью оправки поршневые кольца удерживаются утопленными в канавках заподлицо со стенкой поршня, что позволяет им войтц вгцйлиндр (рис. 19.38 и 19.39). Поршень вталкивается в цилиндр до тех пор, пока нижняя головка шатуна не сядет.полностью на шатунную шейку (рис. 19.40).
Зазор в шатунном подшипнике
Крышка нижней головки шатуна с уложенным в нее вкладышем подшипника устанавливается на шатун. Проверка соответствия зазора в шатунном подшипнике производится одним из двух способов:
• С помощью деформируемой проволоки Plastigage по уже описанной методике, используемой для измерения зазора в коренных подшипниках;
• Измерением внутреннего диаметра подшипника нижней головки шатуна, затянутого с заданным моментом затяжки. Разница между этим диаметром и диаметром шатунной шейки дает величину зазора в подшипнике.
ПРИМЕЧАНИЕ
Не забудьте проверить зазор между поршнем и противовесом коленчатого вала. В технических требованиях большинства изготовителей минимальная величина этого зазора устанавливается равной 0,060 дюйма (1,5 мм).
Рис. 19.40. Два варианта имеющихся в продаже защитных приспособлений разной длины, надеваемых на болты нижней головки шатуна. После установки шатуннопоршневого узла в цилиндр их снимают и ставят крышку шатунного подшипника на свое место
558 Глава 19
ОБМЕН ОПЫТОМ м > — niiini < &•. trrfdMiaMi
ШДДМ'Л1!11 ---------------
С умом затягивайте крышки шатунных подшипников
Хотя зазоры в подшипниках проверяются, все равно стоит проверить и зарегистрировать крутящий момент необходимый для проворачивания коленчатого вала, когда все поршневые кольца двигаются по стенкам цилиндров. Для этого необходимо затянуть гайки на одном из шатунов и измерить и зарегистрировать крутящий момент, необходимый для проворачивания коленчатого вала. Последовательно затягивая гайки крепления крышек шатунных подшипников, повторяйте раз за разом измерение крутящего момента. Если после затяжки одной из крышек крутящий момент резко возрастет, немедленно прекратите дальнейшее выполнение этой процедуры. Определите причину увеличения крутящего момента по той же методике, которая использовалась при установке коренных подшипников. Проверните коленчатый вал на несколько оборотов, чтобы убедиться, что он проворачивается свободно, без заеданий.
Величина крутящего момента, необходимого для проворачивания коленчатого вала, когда все крышки шатунов затянуты с заданным моментом затяжки, не должна превышать следующих максимальных значений:
• четырехцилиндровый двигатель: 20 фунто-футов
(88 Нхм);
• шестицилиндровый двигатель: 25 фунто-футов
(110 Нхм);
• восьмицилиндровый двигатель: 30 фунто-футов
(132 Нхм). - -
БОКОВОЙ ЗАЗОР ШАТУНА
Необходимо проверить, чтобы шатуны имели необходимый боковой зазор. Он измеряется с помощью калиберного щупа, лезвие которого вставляется между боковой стенкой нижней головки шатуна и щекой кривошипа (рис. 19.41). Для измерения этого зазора можно также использовать измеритель смещения с циферблатной шкалой.
• Если боковой зазор слишком велик, это вызовет чрезмерную утечку масла, что приведет к снижению давления в системе смазки ниже нормального. Чрезмерный зазор уменьшают путем:
1. наваривания и перешлифовывания, или замены коленчатого вала;
2. точного обмера всех шатунов поршней и замены тех из них, которые имеют недостаточную толщину или установлены ошибочно.
• Если боковой зазор слишком мал, может оказаться недостаточно места для свободного теплового расширения шатуна. Недостаточный зазор увеличивают путем:
1. перешлифовывания коленчатого валщ
2. замены шатунов.
УСТАНОВКА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА В ДВИГАТЕЛЕ , <
С ВЕРХНИМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ • РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА 1
В двигателях с верхним расположением распределительного вала его установка производится обычно до крепления головки блока цилиндров к плите блока цилиндров. В некоторых конструкциях двигателей распределительный вал располагается непосредственно над клапанами. В таких двигателях могут стоять как неразъемные, так и разъемные подшипники. Для установки распределительного вала сбоку в тоннель с неразъемными подшипниками требуется оснастка, фиксирующая клапаны в открытом состоянии, как показано на рис. 19.42. Перед сборкой подшипники и шейки распределительного вала смазываются. В ряде конструкций двигателей используются разъемные подшипники распределительного вала, что дает возможность устанавливать распределительный вал сверху, не открывая клапаны. Крышки подшипников затягиваются равномерно во избежание изгиба распределительного вала. После установки верхнего распределительного вала проверяются тепловые зазоры в клапанных механизмах. В некоторых типах двигателей на поршневые толкатели устанавливаются сверху регулировочные шайбы, как показано на рис. 19.43. В двигателях такой конструкции при проверке теплового зазора распределительный вал поворачивают так, чтобы кулачок распределительного вала был повернут к толкателю базовой окружностью. После
Рис. 19.41. Измерение бокового зазора шатуна поршня на шейке кривошипа с помощью калиберного щупа
Сборка двигателя 559
Рис. 19.42. При просовывании распределительного вала сквозь тоннель с неразъемными подшипниками в двигателе с верхним расположением распределительного вала поршневые толкатели прижимают вниз с помощью специального приспособления
этого с помощью калиберного щупа измеряют зазор между поршневым толкателем и кулачком. Данные измерений записываются и сравниваются с техническими требованиями. Распределительный вал вынимают и на поршневые толкатели ставят сверху регулировочные прокладки требуемой толщины (рис. 19.44).
УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ ПРОКЛАДКИ ГОЛОВКИ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
На уплотнительную прокладку головки блока цилиндров действует наибольшая сжимающая сила. Прокладка должна герметизировать стыки каналов, по которым течет охлаждающая жидкость с антифризом, и одновременно — стыки каналов, по которым течет
Распределительный вал
Специальное приспособление для сжатия пружины клапана
Рис. 19.43. В некоторых типах двигателей тепловой зазор регулируется с помощью регулировочных шайб, которые ставят сверху на стаканы толкателей. Для того чтобы с помощью магнитного захвата снять такую регулировочную шайбу с толкателя, требуется с помощью специального приспособления сжать пружину клапана
Регулировочная шайба вынимается с помощью
4 магнитного захвата
Рис. 19.44. Разъемные подшипники распределительного вала в двигателе с верхним расположением распределительного вала и поршневыми толкателями. Один из толкателей вынут из посадочного гнезда, чтобы можно было увидеть верхушку стержня клапана, опорную тарелку пружины клапана и замок (сухарики) пружины
560 Глава 19
горячее масло. Но самая сложная задача этой прокладки — герметизация камеры сгорания. На практике установлено, что 75% прижимной силы, создаваемой болтами крепления головки блока цилиндров, используется на герметизацию камеры сгорания, а оставшихся 25% хватает на герметизацию каналов охлаждающей жидкости и маслопроводных каналов.
Эта прокладка должна обеспечивать герметичность как при низких — 40° ниже нуля, так и при высоких — 400°Ф (204°С) температурах. Давление газов в камере сгорания бензинового двигателя достигает 1000 фунтов на кв. дюйм (6900 кПа).
Болты крепления головки блока цилиндров к блоку цилиндров затягиваются с заданным моментом затяжки, в результате болты находятся под действием растягивающей силы. Давление газов в камере сгорания во время такта расширения толкает головку блока цилиндров вверх, а поршень вниз, увеличивая растягивающую силу, действующую на болты крепления головки блока цилиндров и ослабляя прижимную силу, действующую на прокладку головки как раз тогда, когда она больше всего нужна. В двигателе с естественным наддувом (без турбонаддува) пониженное давление в такте впуска смеси увеличивает силу прижима головки к прокладке. В процессе поворота коленчатого вала сила, действующая на головку блока цилиндров изменяется попеременно от отрывной силы, создаваемой высоким давлением в камере сгорания в такте расширения, до прижимной силы, создаваемой пониженным давлением в такте впуска смеси, и обратно. В современных двигателях используются легкие литые блоки. Они не обладают абсолютной жесткостью, поэтому при изменении давления в камере сгорания от высокого до низкого испытывают упругие деформации. Прокладка должна обладать способностью сжиматься и восстанавливаться достаточно быстро, для того чтобы сохранять герметичность уплотнения при непрерывном изменении давления в камере сгорания от высокого к низкому и обратно. Поэтому прокладки головки блока цилиндров современных двигателей представляют собой разнообразные, в зависимости от модели двигателя, конструкции, составленные из нескольких различных материалов.
ПРИМЕЧАНИЕ
Раньше в состав уплотнительных прокладок головки блока цилиндров часто входил асбест и после прогрева двигателя до рабочей температуры требовалось подтягивать болты крепления головки. Современные уплотнительные прокладки головки блока цилиндров обладают высокой плотностью и не сжимаются так, как ранее выпускавшиеся прокладки старой конструкции. Поэтому такие прокладки называются неподтягиваемыми прокладками,— это означает, что после того, как двигатель разогреется, нет необходимости подтягивать болты крепления головки. В современных прокладках асбест не используется.
Тисненые прокладки
Первой неподтягиваемой прокладкой была тисненая стальная уплотнительная прокладка (рис. 19.45), изготавливаемая из стали толщиной от 0,015 до 0,021 дюйма (от 0,4 мм до 0,55 мм).Тисненые выступы имеют ширину от 0,06 до 0,1 дюйма (от L,5tyM до 2,5 мм) и высоту от 0,007 до 0,03 дюйма (от 0,17 м^мдо 0,7‘мм). Стальная тисненая уплотнительная прокладка* может быть покрыта слоем алюминия или пластика для повышения надежности уплотнения. В ее конструкции нет упругих волокон, поэтому она не восстанавливает свою форму. Стальные тисненые уплотнительные прокладки подходят только для гладких, ровных поверхностей, потому что в них нет волокон, позволяющих поверхности прокладки заполнить шероховатости поверхностей на герметизируемом стыке, и, вдобавок, сталь не может компенсировать небольшое
Рис. 19.45. Тисненая стальная уплотнительная прокладка головки блока цилиндров (публикуется с любезного разрешения корпорации Fel-Pro Incorporated)
Невероятно, что цилиндр может настолько сильно деформироваться!
Преподаватель решил с помощью микрометрического нутромера с циферблатной шкалой показать студентам, насколько сильно можно деформировать блок цилиндров. Для этого он просто обхватил одной рукой чугунный блок цилиндров четырехцилиндрового двигателя с обеих сторон и сжал его, — нутромер показал, что такого небольшого усилия оказалось достаточно для того, чтобы цилиндр искривился примерно на 0,0003 дюйма (три десятитысячных дюйма) — и это в чугунном то блоке!
После такой наглядной демонстрации студенты стали более аккуратно работать при сборке двигателя и при затяжке любого крепежа в или на блоке цилиндров делали это только динамометрическим ключом.
Сборка двигателя 561
Рис. 19.46. Уплотнительная прокладка головки блока цилиндров, имеющая перфорированную стальную подложку (публикуется с любезного разрешения корпорации Fel-Pro Incorporated)
Рис. 19.47. Уплотнительная прокладка головки блока цилиндров — с армированными краями отверстий под цилиндры
коробление нижней плоскости головки блока цилиндров и плиты блока цилиндров на герметизируемом стыке. Стальные тисненые уплотнительные прокладки годятся для герметизации стыков новых двигателей, когда производство обеспечивает гладкие и плоские поверхности стыка. Но они не годятся для ремонта бывших в употреблении двигателей, потому что для таких двигателей характерна покоробленность фланцев и зачастую заметная шероховатость. Даже после устранения коробления путем механической обработки добиться такой же чистоты поверхности, как у новых деталей, зачастую не удается.
Усовершенствованные уплотнительные прокладки с перфорированной стальной подложкой
В одних вариантах конструкции прокладок такого типа используется подложка из стальной сетки. В других — резино-волокнистые накладки, приклеенные к сплошной стальной подложке (рис. 19.46). Толщина
ОБМЕН ОПЫТОМ
---------------------------------------------
Чистите алюминиевые детали кредитной ? карточкой :
Для удаления старой прокладки'с нижнёиплоскостиалю-миниевой головки блока цилиндров или плиты блока цилиндров можно пользоваться только пластмассовым или деревянным скребком. Многие пользуются для этого старыми кредитными карточками или другими пластиковыми карточками, например, электронным ключом, который они когда-то получали в гостинице. Пластиковой карточкой не повредить очищаемой поверхности, она всегда под рукой и ничего не стоит найти ей замену, если она ломается? *
прокладки изменяется за счет толщины металлической подложки. Лицевое покрытие имеет толщину, достаточную для компенсации незначительного коробления соединяемых поверхностей иповерхностных дефектов. Для защиты волокнистого покрытия отверстие, окружающее камеру сгорания, армировано по периметру металлическим кольцом (так называемым противопожарным кольцом) (рис. 19.47). Металл также имеет увеличенную толщину по периметру цилиндра, так что до 75% сжимающей силы приходится на него, что обеспечивает герметичность камеры сгорания.
Многослойные стальные прокладки
Сейчас во многие современные двигатели, например в восьмицилиндровые V-образные двигатели с верхним расположением распределительного вала, выпускаемые компанией Ford, при сборке ставятся многослойный стальные прокладки. Множество тонких слоев стали обеспечивает снижение деформаций отверстий цилиндров и распределительного вала при меньших потерях силы прижима, чем прежние конструкции (рис. 19.48). Многослойные стальные прокладки позволяют ослабить жесткие требования к моменту затяжки болтов крепления и таким образом снизить напряжения в узлах крепления и блоке цилиндров.
УСТАНОВКА УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ ПРОКЛАДКИ ГОЛОВКИ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
Поверхность плиты блока цилиндров и нижней плоскости головки блока цилиндров необходимо еще раз проверить на отсутствие дефектов, которые могут
562 Глава 19
Рис. 19.48. Многослойные стальные уплотнительные прокладки используются во многих двигателях последних конструкций, в которых головки и блоки цилиндров изготовлены из алюминия, а также в тех двигателях, в которых стоят чугунные блоки цилиндров и алюминиевые головки. Прокладка такого типа дает возможность алюминиевой детали беспрепятственно расширяться, не нарушая при этом качества уплотнения, обеспечиваемого прокладкой
стать причиной нарушения герметичности уплотнения. Все резьбовые отверстия должны быть очищены от грязи и заусенцев с помощью соответствующего по размеру чистового метчика (рис. 19.49). На плите блока цилиндров, впереди и сзади, имеются обычно направляющие шпильки или штифты для правильного позиционирования уплотнительной прокладки и головки блока цилиндров. Необходимо быть внимательным при установке прокладки и ориентировать
Рис. 19.49. Перед установкой головки блока цилиндров производится последняя проверка качества поверхности нижней плоскости головки — напильник проводят боком по поверхности, "проглаживая" ее. При этом все выступы и вмятины на поверхности проявляются в виде светлых точек. Поскольку напильник ведут по поверхности боком, без нажима, металл остается нетронутым, а сошлифовываются только имеющиеся небольшие выступы на поверхности
Рис. 19.50. Стандартная маркировка, наносимая
на уплотнительные прокладки головки блока цилиндров
ее в соответствии с маркировкой (up, top, front и так далее) (рис. 19.50). Прокладку и головку блока цилиндров устанавливают на плиту блока цилиндров. Все болты крепления головки блока цилиндров закручивают, но не затягивают. Очень часто болты крепления головки блока цилиндров, устанавливаемые в разных местах, имеют различную длину. Необходимо проверить, чтобы во всех резьбовых отверстиях стояли болты необходимой длины. На резьбу тех болтов, концы которых выходят в систему охлаждения, необходимо нанести герметик. На болты, которыми крепится выпускной коллектор, необходимо нанести антипригарный состав. Резьбу болтов, закручиваемых в глухие отверстия, необходимо смазать тонким слоем масла. Об этом читайте далее в заметке “Разберитесь, какие из крепежных отверстий “мокрые”, а какие — “сухие”” в рубрике “Обмен опытом”.
ПРИМЕЧАНИЕ
Производители рекомендуют при повторной сборке смазать резьбу на болтах (но не в резьбовых отверстиях!). Смазка витков резьбы обеспечивает, при одинаковом моменте затяжки болта, повышение силы прижима в целых полтора раза по сравнению с болтом, закручиваемым "всухую".
Часто крепежные болты имеют различную длину. Проверьте, чтобы во всех резьбовых отверстиях стояли болты необходимой длины.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ЗАТЯГИВАНИЯ БОЛТОВ КРЕПЛЕНИЯ ГОЛОВКИ БЛОКА ЦИЛИНДРОВ
Момент затяжки болтов определяет силу прижима головки блока цилиндров. Но сила прижима будет соответствовать необходимой только в том случае, если резьба чистая и надлежащим образом смазана. Обычно болты затягиваются в определенной последовательности в три прохода. Затягивание болтов
Сборка двигателя 563
БОЛТЫ, ЗАТЯГИВАЕМЫЕ ДО РАСТЯЖЕНИЯ
Разберитесь, какие из крепежных отверстии "мокрые" а какие —"сухие"
Во многих двигателях, например, в восьмицилиндровом V-образном двигателе компании Chevrolet, болты крепления головки блока цилиндров проходят сквозь плиту блока цилиндров и выходят в канал, по которому циркулирует охлаждающая жидкость. Такие болтовые отверстия называются мокрыми отверстиями. Перед закручиванием болтов, которые выходят в канал системы охлаждения, нанесите на их резьбу герметик. В некоторых конструкциях двигателей одни отверстия "мокрые* а другие —"сухие", потому что находятся полностью в сплошном металле. Болты, закручиваемые в сухие отверстия, нет необходимости смазывать герметиком, но их резьбу все же необходимо смазать маслом. Не смазывайте сухие резьбовые отверстия, потому что болт может упереться в слой масла на дне отверстия. Жидкое масло не сжимается, поэтому гидравлическое давление, создаваемое при затягивании болта, через масло передастся на блок цилиндров, что может привести к образованию в нем трещин. *. -
ПРИМЕЧАНИЕ
Для того чтобы смазать резьбу на болте, нанесите немного масла на тряпочку и повертите болтом в ней. При таком способе смазки резьба полностью покрывается маслом, а масла расходуется немного.
крепления головки блока цилиндров в три прохода дает герметизирующей прокладке время на то, чтобы сжаться и приспособиться к поверхностям плиты блока цилиндров и нижней плоскости головки блока цилиндров. Следуйте этой методике и сначала затяните болты с моментом затяжки, равным одной трети необходимого. При втором проходе затяните болты с моментом затяжки, равным двум третям необходимого. При последнем, третьем, проходе окончательно затяните болты с необходимым моментом затяжки (рис. 19.51).
Рис. 19.51. Стандартная последовательность затягивания болтов крепления головки блока цилиндров
Во многих двигателя применяется технология затягивания болтов креплений, называемая способом затягивания до растяжения, или затягивания с определенным моментом затяжки и довораяив^нугя на определенный угол. Технология затягивания * до растяжения призвана обеспечить одинаковую постоянную силу прижима, создаваемую каждым из болтов крепления. Это обеспечивает повышение надежности герметизации, создаваемой уплотнительной прокладкой, и устраняет необходимость в подтягивании болтов крепления. У болтов крепления головки блока цилиндров, которые используются в технологии затягивания до растяжения, на стержне между головкой болта и резьбой имеется суженный участок. Когда сила растяжения такого болта достигает предела упругости, начинается пластическая деформация болта — его суженный участок начинается растягиваться. Болты, затягиваемые до растяжения, после того как достигнут предел упругости, невозможно затянуть сильней, как видно из графика, приведенного на рис. 19.52.
По этой причине многие производители двигателей указывают в технических требованиях, что при каждой последующей установке головки блока цилиндров для ее крепления необходимо использовать новые болты. Если такие болты используются повторно, они, скорее всего, лопнут при сборке или после
Начальный
Затягивание до растяжения
Рис. 19.52. Вследствие того, что затягивание резьбовых креплений с заданным моментом затяжки не обеспечивает достижения одинаковой силы прижима во всех резьбовых соединениях, для ряда типов двигателей установлена процедура затягивания креплений по методу затягивания до растяжения. На первом этапе болты затягиваются с одинаковым моментом затяжки, называемым начальным моментом затяжки. Окончательная затяжка достигается путем доворачивания болта на заданный угол. Необходимая сила прижима обеспечивается за счет растяжения болта
564 Глава 19
Зависимость силы прижима от момента затяжки болта
Зависимость силы прижима
Рис. 19.53. Для достижения одинаковой силы прижима (нагрузки) многие производители отдают сейчас предпочтение такому методу затягивания болтов крепления головки блока цилиндров, как метод затягивания с заданным моментом затяжки и последующее доворачивание на заданный угол, или методу затягивания до растяжения. По этому методу болты (гайки) крепления затягиваются сначала с заданным, небольшим моментом затяжки, а затем доворачиваются на заданный угол. Обратите внимание на то, что разброс по величине силы прижима между чистой и загрязненной резьбой оказывается намного меньше, чем при общепринятом затягивании с определенным моментом затяжки
непродолжительной эксплуатации двигателя. В случае малейших сомнений по поводу болтов крепления головки блока цилиндров лучше всего замените их новыми.
Болты, используемые в технологии затягивания до растяжения, затягиваются с определенным начальным моментом затяжки,— в пределах от 18 до 50 фунто-футов (от 25 до 68 Нхм). После этого они доворачиваются на определенный угол в заданной последовательности. В некоторых случаях болты доворачивают на определенный угол дважды или трижды. В некоторых инструкциях указывается предельно допустимый момент затяжки, прикладываемый к болту при дово-рачивании его на заданный угол. В приводимых в руководствах по техническому обслуживанию двигателей таблицах моментов затяжки крепежа указывается, с каким начальным моментом затяжки должен затягиваться болт и на какой угол его необходимо довернуть после затяжки.
ПРИМЕЧАНИЕ
Технология "затянуть и довернуть" не обязательно означает затягивание до растяжения. В ряде инструкций по техническому обслуживанию двигателей указывается момент затяжки, с которым необходимо затягивать болт, и угол, на который его после этого необходимо довернуть, но используемые болты крепления не относятся к классу затягиваемых до растяжения. Часто эти болты можно использовать повторно. При сборке в точности следуйте инструкциям изготовителя.
Болты крепления головки блока цилиндров затягиваются в определенной последовательности, указанной в руководстве по техническому обслуживанию или в таблицах, в которых указываются моменты затяжки крепежа. Обычно последовательность затягивания болтов следующая: сначала затягиваются болты в центральной части головки блока цилиндров, а затем последовательно затягиваются болты в направлении от центра к краю — поочередно спереди и сзади, с одной стороны и с другой стороны. Обычно болты сначала затягиваются в заданной последовательности с моментом затяжки, примерно вдвое меньшим установленного. Затем производится повторная затяжка болтов в той же заданной последовательности — на этот раз с моментом затяжки, заданным в технических требованиях (рис. 19.53 и 19.54).
ПРИВОД МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ С ВЕРХНИМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ВАЛА
После того как болты крепления головки блока цилиндров будут затянуты, в двигателях с верхним расположением распределительного вала приходит очередь сборки привода распределительного вала. При сборке привода распределительного вала реперные метки на звездочках привода, установленных на коленчатом и распределительном валу, совмещаются с ответными реперными метками. В различных типах
Сборка двигателя 565
Рис. 19.54. Динамометрический ключ с электронной системой контроля показывает угол поворота в градусах. Такие очень точные и недорогие динамометрические ключи могут показывать, в зависимости от выбранного режима индикации, величину момента затяжки или величину угла поворота
Рис. 19.55. Зубчатый ремень привода распределительного и вспомогательного валов
двигателей эти реперные метки располагаются по-разному, но при внимательном осмотре звездочек их несложно найти (рис. 19.55). Натяжитель может стоять с одной стороны или по обе стороны приводного ремня или цепи. После того как привод распределительного вала полностью собран, проверните коленчатый вал на два полных оборота. При первом полном обороте, в тот момент, когда реперные метки на коленчатом валу совместятся с ответными метками, выпускной клапан в головке цилиндра №1 должен почти закрыться, а впускной — только начать открываться. В конце второго полного оборота оба клапана должны быть закрыты и все реперные точки на деталях привода распределительного вала должны совпасть с ответными реперными метками — это справедливо для большинства двигателей. Это позиция, которую должен занимать коленчатый вал в момент воспламенения смеси в цилиндре №1.
ПРИМЕЧАНИЕ
Обязательно ознакомьтесь с инструкциями производителя по установке приводной цепи. В двигателях с двухступенчатым цепным приводом механизма газораспределения для правильной сборки часто необходима точная подробная инструкция.
Вымочите приводную цепь перед установкой
Многие специалисты рекомендуют перёд установкой новой цепи вымочить ее в моторном масле, чтобы гарантировать ее полную смазку при первом запуске двигателя. Цепь привода распределительного вала — это одно из тех мест, куда после первого запуска двигателя смазка доходит позже всего. Этот прием, возможно, даже позволит продлить ресурс цепи/ ...........
• *
566 Глава 19
УСТАНОВКА ТОЛКАТЕЛЕЙ И ШТАНГ ТОЛКАТЕЛЕЙ
Корпус толкателя клапана и его посадочное гнездо в блоке цилиндров необходимо вычистить и смазать монтажной смазкой. Толкатели вставляются в свои посадочные гнезда, после чего на свои места устанавливаются штанги толкателей. В некоторых конструкциях двигателей штанги толкателей имеют неодинаковую длину. Проверьте, чтобы штанги стояли на предназначенных для них местах. Затем на свои места устанавливают клапанные коромысла, юстируя их по отношению к клапанам и штангам толкателей. Стопорные болты на осях клапанных коромысел нужно затягивать понемногу — поочередно, от болта к болту. Этим предотвращается опасность искривления оси в случае, если клапанные коромысла упрутся в клапаны, стараясь открыть их.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕТОЛКАТЕЛИ
Стопорные гайки на клапанных коромыслах некоторых конструкций, монтируемых на шарнирной стойке, затягиваются с заданным моментом затяжки. Клапанное коромысло будет правильно отрегулировано при затягивании с заданным моментом стопорной гайки только в том случае, если верхушка стержня клапана находится на соответствующей высоте. В других типах клапанных коромысел стопорную гайку необходимо закрутить так, чтобы гидравлический толкатель занял положение посредине своего рабочего хода. Общая методика регулировки механизма газораспределения с гидравлическими толкателями сводится к тому, что стопорная гайка должна закручиваться до тех пор, пока не будет полностью выбран клапанный зазор. Как только зазор выбран, плунжер толкателя начинает опускаться. В этой точке стопорная гайка доворачивается на заданный угол — например, на три четверти или полтора оборота.
СОВЕТ
При регулировке по этой методике механизма газораспределения серийного восьмицилиндрового V-образного двигателя компании Chevrolet, оснащенного плоскодонными гидравлическими толкателями, над регулировочной гайкой обычно выступают примерно три витка резьбы.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ТОЛКАТЕЛИ
Зазор, называемый тепловым зазором, в двигателе, в клапанном механизме которого используются механические толкатели, подлежит обязательной регулировке, обеспечивающей гарантированную посадку клапанов в седла. Методика регулировки теплового
Рис. 19.56. Проверка теплового зазора клапанного механизма в двигателе с верхним расположением распределительного вала
зазора приводится в руководствах по техническому обслуживанию. Если же таковой нет, то регулировка теплового зазора во всех типах двигателей, где она требуется, может быть выполнена по приводимой ниже методике. Регулировка теплового зазора производится при полностью закрытом клапане (рис. 19.56).
После того как установлен необходимый тепловой зазор в клапанном механизме цилиндра №1, коленчатый вал поворачивается в рабочем направлении вращения для подготовки к регулировке клапанного механизма следующего, в порядке зажигания, цилиндра. Для этого коленчатый вал поворачивается в восьмицилиндровом двигателе на 90 градусов, в шестицилиндровом двигателе с равномерным распределением рабочих тактов по углу поворота коленчатого вала — на 120 градусов, а в четырехцилиндровом двигателе — на 180 градусов. Тепловой зазор в следующем клапанном механизме регулируется по той же методике, что и в клапанном механизме цилиндра №1. Эту регулировку проходят последовательно клапанные механизмы всех, в порядке очередности работы, цилиндров — до тех пор, пока все тепловые зазоры не будут отрегулированы.
Такая же методика регулировки тепловых зазоров используется в двигателях с верхним расположением распределительного вала. Методика регулировки теплового зазора в клапанных механизмах двигателей, в которых используются двухплечные клапанные коромысла либо одноплечные рычажные коромысла, не отличается от методики регулировки клапанных механизмов с клапанными коромыслами в двигателях с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала.
Сборка двигателя 567
ВУЛКАНИЗИРУЮЩИЕСЯ ГЕРМЕТИКИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ СБОРКЕ
RTV-герметик
Кремнийорганический герметик низкотемпературной вулканизации (RTV-герметик, RTV — room temperature vulcanization) используется для герметизации стыков в двигателях большинством автомехаников. Это резиноподобное вещество вулканизируется при комнатной температуре. Вулканизация RTV-герметика, в действительности, происходит под действием не температуры, а влаги, содержащейся в воздухе. RTV-герметик схватывается примерно через 45 минут после нанесения. Для полной вулканизации требуется выдержка в течение 24 часов.
ВНИМАНИЕ
В состав некоторых кремнийорганических герметиков низкотемпературной вулканизации входит уксусная кислота, испарения которой могут проникнуть в двигатель через систему вентиляции картера и вывести из строя датчики кислорода. Рекомендуется использовать аминовые RTV-герметики или те герметики, на упаковке которых указано, что они являются безопасными для датчиков кислорода.
Выпускаемые RTV-герметики бывают разного цвета. Цвет зависит от особенностей состава конкретного герметика в ассортименте герметиков, выпускаемом производителем. Кремнийорганические герметики, одинаковые по своим характеристикам, но выпущенные разными производителями, могут иметь разный цвет. При герметизации двигателя RTV-герметик используется в двух вариантах:
1. Он используется взамен уплотнительной прокладки на стыке между штампованной крышкой и поверхностью литой детали.
2. Им заполняются зазоры или потенциально опасные места, в которых они могут возникнуть. Потенциально опасными местами возникновения зазоров являются стык прокладок и стык между прокладкой и фланцем.
ПРИМЕЧАНИЕ
RTV-герметик не допускается использовать в тех местах, где имеет опасность контакта с топливом, потому что топливо разъест его. Кремнийорганический RTV-герметик не допускается наносить на уплотнительные прокладки. Он будет выжат из-под прокладки и соберется на ее краях. Герметик, выдавленный на края внутренних отверстий в прокладке, может попасть в двигатель, закупорить трубопроводы и вывести двигатель из строя. Тонкая пленка герметика, которая так или иначе останется на поверхности уплотнительной прокладки, не вулканизируется и будет находиться в исходном, вязком состоянии — как в тюбике, из которого ее выдавили. Незастывший герметик, скорее всего, спровоцирует соскальзывание прокладки или сальникового уплотнения со своего места (рис. 19.57).
Рис. 19.57. Уплотнительная прокладка крышки клапанного механизма, которая была неправильно загерметизирована. Обратите внимание на то, что на поверхность этой пробковорезиновой прокладки был нанесен кремнийорганический RTV-герметик. Кроме того, болты крепления были перетянуты, что вызвало деформацию металла крышки вокруг болтовых отверстий
Анаэробные герметики
Анаэробные герметизирующие составы — это герметики, вулканизирующиеся без доступа воздуха. Они используются в качестве фиксаторов, предотвращающих самопроизвольное раскручивание резьбовых соединений (например, Loctite) и для герметизации стыков жестко скрепленных фланцев литых деталей. Анаэробные герметики теряют герметизирующую способность при температурах выше 300°Ф (149°С). При использовании анаэробных герметиков в серийном производстве процесс их вулканизации ускоряют с помощью ультрафиолетового облучения.
При нанесении анаэробного герметика на резьбу воздух не попадает в резьбовое соединение, таким образом герметик после вулканизации скрепляет резьбовое соединение, предотвращая его раскручивание. Для повышения водоотталкивающей способности в анаэробные герметики добавляют тефлон. Анаэробные герметики могут быть использованы для герметизации стыков механически обработанных поверхностей без использования уплотнительной прокладки. Соединяемые поверхности должны быть тщательно очищены для обеспечения хорошего сцепления с герметиком. Для повышения сцепления поверхностей с анаэробным герметиком рекомендуется предварительно покрывать их специальной грунтовкой.
УСТАНОВКА КОЛЛЕКТОРОВ
Уплотнительная прокладка впускного коллектора V-образного двигателя может быть выполнена в виде цельной детали, а может состоять из нескольких отдельных частей. В V-образных двигателях с коллекторами
568 Глава 19
открытого типа над развалом цилиндров ставится крышка. Эта крышка может быть выполнена в виде отдельной детали или в виде конструктивного элемента цельной прокладки впускного коллектора. Если V-образный двигатель оснащен впускным коллектором закрытого типа, то в этом случае требуются две уплотнительные прокладки — впереди и позади впускного коллектора. В рядных двигателях прокладка впускного коллектора выполнена обычно в виде цельной детали.
Впускной коллектор ставится на посадочное место на уплотнительной прокладке. Если имеется опасность соскальзывания уплотнительной прокладки или торцевого уплотнения со своего места, используйте для их закрепления контактный клей. Непосредственно перед тем, как устанавливать впускной коллектор на посадочное место, нанесите по капле клея по углам стыка прокладки впускного коллектора с фланцем коллектора. Вставьте болты крепления и затяните их с заданным моментом затяжки в заданной последовательности, в соответствии с техническими требованиями.
Уплотнительные прокладки выпускных коллекторов используются только в некоторых моделях двигателей. Выпускной коллектор нагревается до очень высокой температуры, поэтому поверхности выпускного коллектора и головки блока цилиндров в месте стыка смещаются друг относительно друга по действием сил, вызванных температурным расширением и сжатием. Очень важно, чтобы болты, винты и хомуты крепления обязательно были только установленного типа и длины. Крепеж должен быть затянут с заданным моментом затяжки во избежание как утечек, так и трещин.
Пробковые прокладки
Сырьем для изготовления пробки служит кора вечнозеленого пробкового дерева, произрастающего в Средиземноморье. Она состоит из крохотных, упругих, четырнадцатигранных, заполненных воздухом волокнистых зерен — величиной примерно^ 0,00 Г дюйма (0,025 мм). Наполненные воздухом зерна Пробки действуют как пневматический амортизатор. Это обеспечивает упругость пробковой прокладки до тех пор, пока из нее не будет выдавлен весь воздух. Поскольку пробка — это все-таки древесина, она набухает при намокании и сжимается при высыхании. Этим объясняется то, что при хранении и при работе в двигателе такая прокладка изменяет свои размеры. Масло постепенно пропитывает органическое связующее пробки, поэтому по внешнему виду пробковой прокладки часто создается впечатление, что она протекает. Проблемы, связанные с пробковыми прокладками, заставили разработать для крышек конструкцию пробковой прокладки, в которой в качестве связующего пробкового материала используется синтетический каучук. Этот тип прокладки называется пробково-резиновой прокладкой. Прокладки этого типа удобны в работе и по своим характеристикам превосходят прежние пробковые прокладки (рис. 19.58).
Фибровые прокладки
В некоторых конструкциях двигателей в качестве уплотнительных прокладок поддона картера используются фибровые прокладки. В крышках, которые крепятся с большей силой прижима, ставятся фибровые прокладки с волокнами, спрессованными до более высокой плотности. Например, в крышках распреде
ПРИМЕЧАНИЕ
Если уплотнительная прокладка выпускного коллектора имеет покрытие с одной стороны, то она должна быть обращена покрытием к фланцу головки блока цилиндров, а противоположной, металлической стороной — к фланцу выпускного коллектора.
МАТЕРИАЛЫ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ ПРОКЛАДОК КРЫШЕК
Прокладка должна быть непроницаемой для тех жидкостей, которые текут по каналам, для герметизации которых она предназначена. Прокладка должна подстраиваться к форме поверхности, с которой она контактирует, и должна быть упругой (эластичной), чтобы обеспечивать уплотнение при ее сжатии. Прокладки работают лучше всего, когда они сжаты примерно на 30%.
Рис. 19.58. Слева направо: уплотнительные прокладки — пробково-резиновая, картонная, композитная и резиновая (эластичная)
Сборка двигателя 569
лительных приводов могут ставиться фибровые или картонные прокладки.
Резиновые прокладки
В настоящее время в качестве уплотнений крышек все шире используются формованные прокладки из маслостойкой резины. Если такая прокладка уложена правильно, то она обеспечивает непревзойденное по качеству уплотнение крышки. Такая прокладка дольше сохраняет свои эксплуатационные характеристики при высоких температурах, чем пробково-резиновая прокладка (рис. 19.59).
Рис. 19.59. Пример типичной алюминиевой крышки распределительного вала (клапанного механизма). Обратите внимание на резиновую уплотнительную прокладку, стоящую в канавке крышки
Невулканизирующиеся герметики
Невулканизирующиеся герметики не застывают. Примерами торговых наименований, под которыми продаются подобные герметики, являются Form-A-Gasket 2, Pli-A-Seal, Tight Seal 2, Aviation Form-A-Gasket, Brush Tack, Copper Coat, Spray Tack и High Tack. Незастывающие герметики обязательно наносятся на резьбу болтов для герметизации резьбовых соединений в тех случаях, когда концы болтов выходят из резьбовых отверстий в каналы охлаждающей жидкости. Часто такие герметики рекомендуют наносить на тисненые уплотнительные прокладки головки блока цилиндров и прокладки впускных коллекторов. Металлическая поверхность этих прокладок не способна адаптироваться к шероховатости поверхности фланца. Герметик заполняет неплотности контакта прокладки с поверхностью, вызванные ее неровностью.
Незастывающий герметик может в качестве дополнительного уплотнения наноситься на картонные и фибровые прокладки, если необходимо обеспечить
прилегание прокладки к поцарапанной, корродированной поверхности или поверхности, не доведенной до требуемого класса чистоты. Герметик может наноситься на одну или обе стороны прокладки.
ВНИМАНИЕ . f
Невулканизирующиеся герметики не допускается Наносить на резиновые или пробково-резиновые прокладки. Такой герметик не будет фиксировать на месте резиновую прокладку или уплотнение, а наоборот, облегчит ее соскальзывание с места, потому что он всегда остается в незасты-' вающей консистенции.
Антипригарные составы
Антипригарными составами покрывают в двигателе крепежные детали, которые подвергаются воздействию высоких температур. Это делается для предотвращения их заклинивания, вызванного электрохимическим взаимодействием разнородных металлов. Такие составы значительно замедляют коррозию, вызванную влагой. Болты и гайки выпускного коллектора, кислородные датчики и свечи зажигания, особенно те, которые стоят в алюминиевых головках цилиндров, покрываются защитными антипригарными составами. За счет этого снижается опасность того, что при выкручивании кислородного датчика или свечи зажигания резьба будет растянута или сорвана.
СОВЕТЫ ПО ПРИМЕНЕНИЮ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ ПРОКЛАДОК
Никогда не используйте бывшие в употреблении уплотнительные прокладки повторно. Бывшая в употреблении прокладка или сальниковое уплотнение уже подвергались сжатию, частично потеряли свои упругие свойства и деформировались. Даже если бывшая в употреблении прокладка способна обеспечить герметизацию стыка, ее надежность будет ниже по сравнению с новой прокладкой. Необходимо проверять, является ли прокладка именно той, что нужно. Необходимо также, прежде чем вскрывать упаковку набора прокладок, свериться с перечнем, приведенным на ней, и удостовериться, что в наборе имеются все прокладки, которые могут потребоваться.
К прокладкам, как правило, придается инструкция, в которой описываются все операции, которые необходимо выполнить при подготовке к установке и установке прокладок, для того чтобы качество герметизации было как можно лучшим. В инструкции даются также специальные рекомендации по технологии герметизации трудногерметизируемых стыков, или по тем вопросам, на которые необходимо обратить особое внимание при герметизации стыков в конкретной модели двигателя.
570 Глава 19
УСТАНОВКА КРЫШКИ ПРИВОДА МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ
Крышки привода механизма газораспределения устанавливаются, как правило, на уплотнительных прокладках, но иногда вместо прокладки для герметизации используют RTV-герметик. Для герметизации литых крышек вместо прокладки используется анаэробный герметик. На чистую поверхность фланца детали наносится тонкий валик кремнийорганичес-кого RTV-герметика — шириной от 1/8 до 3/16 дюйма (рис. 19.60). Болтовые отверстия обводятся полоской герметика. Крышка устанавливается на посадочное место пока герметик не начал затвердевать, чтобы он сцепился с обеими соединяемыми поверхностями. При установке крышки следует избегать касания руками нанесенного на поверхность слоя герметика, чтобы не нарушить его, что может привести к возникновению течи в месте нарушения. Аккуратно вдавите крышку на посадочное место. После того как крышка установлена, не двигайте ее. Завинтите болты крепления от руки и сделайте выдержку на 30 минут для схватывания герметика, после чего затяните болты крепления.
Рис. 19.60. На поверхность фланца детали, обходя болтовые отверстия, наносится тонкий валик кремнийорганического RTV-герметика — шириной от 1/8 до 3/16 дюйма (от 3 до 5 мм)
Рис. 19.61. Пример типичного гасителя крутильных колебаний и болта его крепления
Рис. 19.62. При затягивании болта крепления гасителя крутильных колебаний необходимо исключить вращение коленчатого вала. Обычно для этого стопорят маховик коленчатого вала с помощью специального фиксатора, — типа того, что показан на этой фотографии
УСТАНОВКА ГАСИТЕЛЯ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ
Гасители крутильных колебаний устанавливаются на посадочное место тремя способами.
• Первый способ заключается в том, что ступица гасителя крутильных колебаний задвигается на свое место с помощью болта крепления ступицы (рис. 19.61 и 19.62).
• Второй способ — ступица задвигается на свое место с помощью специального инструмента, который вкручивается в резьбовое отверстие болта крепления ступицы гасителя крутильных колебаний. После того как ступица гасителя крутильных колебаний занимает необходимое положение, инструмент выкручивается и болт крепления закручивается и затягивается.
Сборка двигателя 571
• Последний способ применятся в двигателях, в конструкции которых болт крепления гасителя крутильных колебаний не предусмотрен. В таких конструкциях ступица гасителя крутильных колебаний удерживается на коленчатом валу за счет посадки с натягом. Ступица запрессовывается на свое место с помощью молотка и специального трубчатого приспособления для прессовой посадки ступицы.
УСТАНОВКА МАСЛЯНОГО НАСОСА
При капитальном ремонте двигателя масляный насос подлежит замене новым. Это обеспечивает надежную смазку двигателя и большой ресурс работы насоса. Прежде чем закрывать насос крышкой, необходимо нанести на его зубчатые колеса специальную монтажную смазку. Это обеспечит первоначальную смазку насоса и всасывание насосом масла из масляного поддона при первом пуске двигателя.
ПОДДОН КАРТЕРА
Поддон картера осматривают и, при необходимости, выравнивают (рис. 19.63). После установки масляного насоса на своих местах размещаются уплотнительные прокладки поддона картера. Непосредственно перед установкой поддона картера на все места стыков прокладок наносится по капле кремнийорганического RTV-герметика. Поддон картера аккуратно накладывается на прокладки. Прежде чем приступить к закручиванию болтов крепления, необходимо вставить их, все до единого, в свои крепежные отверстия и наживить. Болты поочередно постепенно закручиваются до конца, а затем затягиваются с заданным моментом затяжки.
Рис. 19.63. Перед установкой новой уплотнительной прокладки фланец поддона картера выравнивают с помощью молотка. При затягивании болтов крепления происходит искривление крышек, отштампованных из листового металла. Если участки вокруг отверстий болтов не выпрямить, то под новой прокладкой могут возникнуть течи
УСТАНОВКА ВОДЯНОГО НАСОСА
Устанавливаемый водяной насос должен быть новым, прошедшим техническое обслуживание или отремонтированным. Уплотнительные прокладки ставятся на свои места. Насос крепится с помощью болтов, затягиваемых с заданным моментом затяжки.
На этом этапе сборки обычно устанавливается новый термостат. При установке термостата на свое место необходимо обратить внимание на то, чтобы он был правильно сориентирован — надлежащей стороной к двигателю. Уплотнительная прокладка термостата ставится на свое место. При необходимости на прокладку наносится незастывающий герметик. Крышка термостата устанавливается на свое место и фиксируется крепежными болтами, затянутыми с заданным моментом затяжки.
диагностики
—----------------------------------------------
Почему новый масляный насос вышел из строя Автомеханик заменил в восьмицилиндровом V-образном двигателе, давление масла в системе смазки которого было низким, масляный насос и сито всасывающего патрубка. После ремонта давление масла в системе смазки восстановилось и оставалось нормальным на протяжении двух недель. Но затем загорелся индикатор падения давления масла и клапанный механизм начал стучать. Владелец вернул свой автомобиль в ту же ремонтную мастерскую, в которой была произведена замена масляного насоса. Автомеханик демонтировал поддон картера и масляный насос. Сито всасывающего патрубка масляного насоса было почти полностью забито RTV-герметиком, который автомеханик использовал для герметизации прокладки поддона картера. Автомеханик не удосужился прочитать инструкцию, которая была приложена к установленной им уплотнительной прокладке поддона картера. Нарушение инструкции по установке прокладки и нанесение слишком большого слоя герметика, который не подходил для данной прокладки, обошлось ремонтной мастерской в дорогостоящий ремонт по рекламации клиента.
ПОКРАСКА ДВИГАТЕЛЯ
Покраска двигателя обеспечивает защиту его от ржавчины и коррозии и придает двигателю вид нового изделия (рис. 19.64). В магазинах автозапчастей обычно имеются в продаже стандартные краски оригинальных цветов, предназначенные специально для покраски двигателей. Для покраски двигателя не следует использовать краску, не предназначенную для этого, покраску двигателя следует производить только специальной краской. Краски, предназначенные для покраски двигателей, имеют специальный состав, обеспечивающий стойкость красочного покрытия на металле в широком диапазоне рабочих температур.
572 Глава 19
ОБМЕН ОПЫТОМ S
V
--------------------------------------------------
Профилактические меры, обеспечивающие нормальную работу масляного насоса
Масляный насос — это центральный узел двигателя и любое нарушение в работе системы циркуляции смазки приводит зачастую к серьезным и обширным повреждениям двигателя. Чтобы снизить опасность серьезных повреждений, вызванных выходом из строя масляного насоса, производители двигателей рекомендуют принимать следующие меры предосторожности:
1. Следить за тем, чтобы всасывающий патрубок масляного насоса (на котором стоит фильтрующее сито) был надежно прикручен к масляному насосу, чтобы исключить отсоединение его из-за вибраций.
2. С помощью формовочной глины проверить зазор между фильтрующим ситом всасывающего патрубка и дном масляного поддона. Для того, чтобы насос работал правильно, это расстояние должно быть примерно 1/4 дюйма (6 мм).
Эти краски не растворяются жидкостями, используемыми в двигателе. Такие краски обычно продаются в аэрозольной упаковке и наносятся прямым распылением из аэрозольного баллона по поверхности двигателя.
Перед покраской двигателя методом аэрозольного напыления все детали, которые не подлежат окрашиванию, должны быть защищены от попадания на них краски. Это можно сделать, поставив на время покраски на место таких, например, деталей, как свечи зажигания, старые негодные свечи. Это можно сделать, закрыв защищаемые места клейкой бумагой. Если впускной коллектор двигателя подлежит покраске, его необходимо красить отдельно. После высыхания красочного покрытия сборка двигателя продолжается.
ПРОВЕРКА СПОСОБНОСТИ СИСТЕМЫ СМАЗКИ ДВИГАТЕЛЯ ПОДДЕРЖИВАТЬ НЕОБХОДИМОЕ ДАВЛЕНИЕ МАСЛА
После того, как в двигатель залито масло, до установки распределителя зажигания необходимо поднять давление масла в системе до рабоЧего^уровня, прежде чем производить первый запуск двигателя. В большинстве случаев это делается путем вращения масляного насоса вручную. Тем самым обеспечивается подача масла во все точки смазки двигателя перед тем, как двигатель будет запущен. Для вращения масляного насоса вручную идеально подходит коловоротный вороток торцового ключа. Для вращения масляных насосов двигателей компании General Motors подходит переходник с плоским лезвием, надетый на скоростной вороток. Для вращения масляных насосов V-образных двигателей компании Chrysler требуется такой же переходник с плоским лезвием, но кроме него также требуется сам привод масляного насоса. Его можно сделать из старого шестигранного вала привода масляного насоса, сняв с него шестерню. Для вращения масляных насосов двигателей компании Ford можно использовать 1/4-дюймовую головку торцового ключа. Примеры такой оснастки показаны на рис. 19.65. В тех двигателях, в конструкции которых привод масляного насоса осуществляется не от привода распределителя зажигания, для нагнетания давления масла в системе смазки придется вращать коленчатый вал, предварительно выкрутив из двигателя свечи зажигания. При вынутых свечах зажигания нагрузка на стартер и аккумулятор становится меньше, что увеличивает скорость проворачивания двигателя. Поднять давление масла в системе смазки можно также, подавая его под давле-
Рис. 19.64. Покраска частично собранного двигателя с помощью распылителя на предприятии по ремонту двигателей
Рис. 19.65. Инструменты, используемые для вращения масляных насосов с целью предварительного смазывания всех деталей двигателя перед установкой распределителя зажигания и запуском двигателя
Сборка двигателя 573
Рис. 19.66. Поднять давление масла в системе смазки можно также, подавая его под давлением из аэрозольного баллона с маслом, специального выпускаемого для этой цели, — типа того, что показан на этой фотографии, или из специального резервуара, в котором создается повышенное давление
а)
6)
нием из специального резервуара или из аэрозольного баллона с маслом, специального выпускаемого для этой цели, — типа того, что показан на рис. 19.66.
На рис. 19.67 показан испытательный стенд, оснащенный приводом коленчатого вала — на таком стенде проверяется степень сжатия, герметичность масляных уплотнений и другие характеристики двигателя.
УСТАНОВКА НАЧАЛЬНОГО УГЛА ОПЕРЕЖЕНИЯ ЗАЖИГАНИЯ
После проверки способности системы смазки двигателя поддерживать рабочее давление масла производится установка в двигатель распределителя зажигания, если таковой предусмотрен. Для этого коленчатый вал проворачивают в рабочем направлении вращения до тех пор, пока поршень в цилиндре №1 не начтен двигаться в такте сжатия. Проворачивать коленчатый вал можно с помощью стартера или с помощью ключа, надетого на болт крепления гасителя крутильных колебаний. Определить такт сжатия можно, закрыв
в)
Рис. 19.67. Капитально отремонтированный двигатель устанавливается на испытательном стенде, и коленчатый вал соединяется с электрическим приводом стенда (а). Электромотор вращает коленчатый вал двигателя, а техник с помощью манометра проверяет степень сжатия цилиндров (6). Давление масла в системе смазки измеряется и регистрируется на разных скоростях вращения двигателя (в)
574 Глава 19
— Цена невнимательности
После переборки восьмицилиндрового V-образного двигателя производства компании Ford, автомеханик начал вращать масляный насос с помощью электрической дрели, контролируя давление в системе смазки двигателя с помощью манометра, вставленного в отверстие датчика давления масла. После включения электрической дрели давление масла сначала выросло (примерно до 10 фунтов на кв. дюйм) а затем упало до нуля. К тому же масло превратилось в пену (оно было наполнено пузырьками воздуха). Замена масляного насоса проблемы не решила. После многочасовой диагностики и разборки обнаружилось, что одна из пробок масляной магистрали, стоявшая под выпускным коллектором, выпала. Масляный насос работал нормально и прокачивал масло через двигатель, а дальше оно выливалось из двигателя через незакрытое отверстие в масляной магистрали. Через непродолжительное время масляный поддон был опустошен и масляный насос начал закачивать в систему смазки воздух, который смешивался с маслом. В результате давление в системе смазки упало. После установки на место пробки масляной магистрали проблема была устранена. Автомеханик поступил благоразумно, решив проверить, как поддерживается давление масла в системе смазки двигателя перед тем, как запускать его. Недосмотр отсутствия одной из пробок масляной магистрали мог закончиться разрушением двигателя вскоре после его запуска.
Рис. 19.68. Специальный "свисток", помогающий определить момент, когда поршень в цилиндре №1 доходит в такте сжатия до верхней мертвой точки. Этот "свисток" вкручивается в резьбовое отверстие свечи зажигания цилиндра №1, после чего двигатель начинают вращать.
Во время подъема поршня в цилиндре №1 в такте сжатия раздается свист, который прекращается, как только поршень доходит до верхней мертвой точки
ПРИМЕЧАНИЕ
Во многих типах двигателей с верхним расположением распределительного вала в маслопроводе, неглубоко под плитой блока цилиндров, стоит п роти вод ренажный клапан. Этот клапан предназначен для того, чтобы во время остановки двигателя удерживать масло в маслопроводах головки блока цилиндров, по которым смазка подается на распределительный вал и толкатели клапанов. Отсутствие этого противодренажного клапана в отремонтированном двигателе является причиной возникновения стука клапанного механизма после запуска двигателя.
пальцем резьбовое отверстие свечи зажигания в головке цилиндра №1 при вращении коленчатого вала. Медленно вращайте коленчатый вал, пока не ощутите под пальцем нарастающее давление воздуха, сжимаемого под поршнем. После этого продолжайте вращать коленчатый вал до тех пор, пока реперные метки на гасителе крутильных колебаний не совпадут с указателем на крышке привода механизма газораспределения (рис. 19.68).
Поскольку привод распределителя зажигания осуществляется через косозубое зубчатое зацепление, при его установке происходит неизбежный поворот ротора распределителя зажигания на несколько гра
дусов. Перед установкой распределителя зажигания необходимо отъюстировать вал таким образом, чтобы компенсировать поворот ротора, вызванный углом наклона зубьев шестерен привода. После того как распределитель зажигания станет на свое место его ротор должен указывать на высоковольтное гнездо первого цилиндра на крышке распределителя.
Положение распределителя должно быть близким к такому, при котором обеспечивается начальная установка угла опережения зажигания для запуска двигателя. Если немного ослабить зажим крепления распределителя, то, слегка поворачивая его корпус, можно добиться ровной работы двигателя после его запуска.
Сборка двигателя 575
ФОТОРЯД Предварительная смазка двигателя
Ил. 34.1. После разборки и последующей сборки двигателя важно убедиться в том, что все его внутренние детали надлежащим образом смазаны, перед тем как запускать двигатель. Процедура предварительной смазки двигателя начинается с заливки в него необходимого количества масла
Ил. 34.2. В систему смазки двигателя подсоединяется манометр. В этом восьмицилиндровом V-образном двигателе Chevrolet штуцер для измерения давления масла установлен в верхней части блока, рядом с распределителем зажигания
Ил. 34.3. Для вращения масляного насоса используется вал от старого распределителя зажигания, зажатый в патроне электродрели
Ил. 34.4. Масляный насос приводится во вращение с помощью электрической дрели, и давление в систем смазки возрастает, останавливаясь на отметке, превышающей 50 фунтов на кв. дюйм
Ил. 34.5. Масляный насос продолжают вращать с помощью дрели, поддерживая давление в системе смазки для подачи масла во все точки смазки двигателя, — до тех пор, пока с клапанных коромысел не начнет стекать масло, что свидетельствует о том, что оно достигло наивысших точек смазки в двигателе
Ил. 34.6. Внешний вид переходника привода масляного насоса, изготовленного из старого распределителя зажигания и масляного манометра. После завершения процедуры предварительной смазки двигателя распределитель зажигания устанавливают на свое место, и можно приступать к установке двигателя в автомобиль
ГЛАВА
20
Установка двигателя в автомобиль и подготовка к работе
Цель главы 20 — научить читателя:
1. Знать последовательность операций, выполняемых при установке в автомобиль и запуске отремонтированного двигателя.
2. Понимать важность соблюдения заданных моментов затяжки всех болтов и других крепежных элементов, которыми вспомогательные узлы крепятся к двигателю.
3. Знать меры предосторожности, которые необходимо принять для предотвращения повреждения двигателя при первом запуске.
4. Знать методику обкатки отремонтированного двигателя.
Установка двигателя в автомобиль должна производиться под тщательным контролем, чтобы быть уверенным в том, что двигатель находится в таком состоянии, которое обеспечит его надежную работу в эксплуатации в течение длительного времени. На двигателе необходимо смонтировать все штатные агрегаты. Они должны быть отрегулированы так, чтобы обеспечить правильную работу двигателя. Часть этих агрегатов проверяется в процессе сборки, но некоторые из них придется проверять только после того, как двигатель начнет работать (рис. 20.1).
УСТАНОВКА КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ С РУЧНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Если демонтаж двигателя из автомобиля производился вместе с коробкой передач, то ее необходимо установить на двигателе до монтажа других агрегатов. На заднем конце коленчатого вала монтируется маховик.
Зачастую болты его крепления расставлены неравномерно, так что он становится на место только в одном положении, в котором обеспечивается сохранение балансировки двигателя. Передний подшипник первичного вала коробки передач или вкладыш, стоящий на заднем конце коленчатого вала двигателя, обычно заменяется новым во избежание опасности преждевременного выхода этой детали из строя.
Следующим устанавливается сцепление. Обычно ставится новое сцепление. В крайнем случае устанавливается новый ведомый диск. Ведомый диск сцепления
Рис. 20.1. Двигатель, капитально отремонтированный на заводе, проходит обкатку на стенде. Обратите внимание на маленький карбюратор, который используется при проведении этих испытаний. Охлаждающая жидкость подается в двигатель и выводится из него по трубопроводам, подключенным к системе охлаждения с помощью быстроразъемных штуцеров. В этих испытаниях в двигателе не используются ни масляный насос, ни крышки головок блока цилиндров, а расплескивающееся масло просто стекает через решетку на пол, затем его собирают и используют повторно
580 Глава 20
Рис. 20.2. Установочные штифты центрирования корпуса сцепления предназначены для правильного совмещения трансмиссии с блоком цилиндров
должен быть выставлен в правильное положение с помощью центрирующего монтажного приспособления (называемого иногда первичным валиком), которое вставляется в подшипник на коленчатом валу. Оно удерживает ведомый диск сцепления в правильном положении во время установки нажимного диска. Наконец, на двигатель устанавливается корпус сцепления, если он еще не установлен. При этом проверяется наличие центрирующих установочных втулок (рис. 20.2).
ВНИМАНИЕ
Форма цилиндров, пусть даже сами по себе они имеют идеальную цилиндрическую форму, нарушается при прикручивании любой части к двигателю и затягивании болтов ее крепления. Например, установлено, что после механической обработки цилиндров, прикручивание корпуса сцепления к двигателю приводит к тому, что задний цилиндр приобретает овальность в целых 0,0006 дюйма (0,015 мм)! Во избежание таких деформаций все болты, закручиваемые в блок цилиндров, должны затягиваться с заданным моментом затяжки и в заданной последовательности.
Необходимо убедиться, что вилка выключения сцепления движется свободно. Обычно выжимной подшипник сцепления заменяют новым, чтобы гарантировать его надежность. После этого приступают к установке коробки передач. Первичный вал коробки передач необходимо ровно направить в ведомый диск сцепления и передний подшипник. О том, как это сделать, читайте в заметке “С помощью болтов со срезанными головками” в рубрике “ОБМЕН ОПЫТОМ”. Вращая при необходимости первичный вал, его вводят в зацепление со шлицами в ведомом диске. Болты крепления затягиваются после того, как коробка передач полностью состыкована с корпусом сцепления.
—
срезанными
Воспользуйтесь болтами со головками
Иногда не удается ровно состык ку передач. Попробуйте следующий прием." Возьмите болты того же диаметра и шага резьбы, что и болты крепления, которыми крепится узел, напримерг трансмиссия (рис. 20.3) — но они должны быть большей длины. Срежьте с них головки и с помощью ножовки по металлу пропилите в них с той стороны, с которой срезаны головки, шли-. цы в торце под отвертку. Вкрутите такие направляющие
шпильки в отверстия болтов крепления и посадите на них трансмиссию. После закрепления трансмиссии болтами выкрутите эти самодельные направляющие шпильки с по мощью отвертки с прямым жалом.
Срезав головку болта, с помощью ножовки по металлу пропилите на торце среза шлиц под отвертку с прямым жалом
Рис. 20.3. Длинные болты со срезанными головками помогут правильно установить трансмиссию на двигатель
ВНИМАНИЕ
Во избежание повреждения упорного подшипника прежде чем запускать двигатель обязательно отрегулируйте свободный ход сцепления.
УСТАНОВКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ
ТРАНСМИССИИ
Сзади к коленчатому валу крепится ведущий диск автоматической трансмиссии. Его монтажные болты затягиваются с заданным моментом затяжки. В большинстве конструкций автоматических трансмиссий корпус, закрывающий гидротрансформатор, выполнен в виде части корпуса коробки передач. Обычно сначала на коробку передач устанавливается гидротрансформатор, а затем трансмиссия в сборе устанавлива-
Установка двигателя в автомобиль и подготовка к работе 581
Рис. 20.4. Пример типичного гидротрансформатора автоматической трансмиссии
ется на двигатель (рис. 20.4). При сочленении с валами трансмиссии гидротрансформатор вращают, пока все валы не попадут шлицами в гидротрансформатор. Во время состыковки трансмиссии с задней стенкой двигателя гидротрансформатор держится на корпусе коробки передач. Болты крепления трансмиссии закручивают от руки. Вращают гидротрансформатор, чтобы убедиться в отсутствии заеданий. Колокол коробки прикручивают к блоку цилиндров. Затем гидротрансформатор крепят к ведущему диску. После этого необходимо проверить вращение двигателя. В случае заедания его необходимо устранить, прежде чем продолжать дальнейшую сборку.
СТАРТЕР
Стартер, как правило, устанавливать проще до того, как двигатель установлен на ходовую часть. Перед установкой обязательно необходимо проверить, что ве
дущая шестерня стартера не заедает в венце маховика. В конструкциях крепления, аналогичных тем, что используются в двигателях General Motors, при установке стартера на посадочное место зазор между ведущей шестерней стартера и венцом маховика регулируют с помощью регулировочных прокладок, подкладываемых под опору стартера. Болты крепления стартера затягиваются с заданным моментом затяжку
АГРЕГАТЫ ДВИГАТЕЛЯ
Все агрегаты с ременным приводом монтируются на передней стенке двигателя. В одних двигателях привод всех агрегатов осуществляется одним ремнем. В других для этого используется целых четыре ремня. Чтобы правильно надеть ремень, обратитесь к руководству по техническому обслуживанию двигателя или воспользуйтесь рисунком, нанесенным под капотом. В зависимости от конструкции автомобиля, в одних случаях бывает удобнее сначала установить на двигатель все агрегаты, а затем уже устанавливать его на ходовую часть, а в других случаях проще установить двигатель на ходовую часть, а затем уже устанавливать на него агрегаты.
В двигатель устанавливаются новые свечи зажигания и новые высоковольтные провода. Укладку высоковольтных проводов необходимо проводить в соответствии с руководством по техническому обслуживанию.
УСТАНОВКА ДВИГАТЕЛЯ НА ХОДОВУЮ ЧАСТЬ
Такелажная стропа — цепная или канатная — крепится к болтам коллектора или головки блока цилиндров в верхней части двигателя. С помощью лебедки двигатель приподнимают, проверяя, насколько надежно он закреплен и уравновешен на стропе.
ПРИМЕЧАНИЕ
Во многих переднеприводных автомобилях установка двигателя в автомобиль производится снизу. Часто в автомобиль устанавливают весь привод в сборе, закрепленный на подрамнике. Обязательно ознакомьтесь с инструкцией производителя на ту модель автомобиля, техническое обслуживание которой выполняете.
Двигатель необходимо наклонить так, как это делалось при его демонтаже, чтобы сначала трансмиссия вошла в моторный отсек. В заднеприводных автомобилях трансмиссия подается под днище автомобиля в процессе опускания двигателя в моторный отсек. Передние опоры двигателя ставят на свои посадочные места; затем устанавливают поперечную балку рамы и заднюю опору двигателя. Ставят на свои места
582 Глава 20
болты крепления опор и затягивают гайки. После этого отсоединяют и убирают лебедку. К трансмиссии под днищем автомобиля подсоединяют органы управления трансмиссией. В это же время подключают электрические кабели и провода к стартеру. Затем к выпускному коллектору подсоединяют систему выпуска отработавших газов. Если рулевой привод ранее был отсоединен, необходимо его подсоединить во время выполнения работ под автомобилем. После того как двигатель установлен в автомобиле, на его передней стенке монтируют все агрегаты, если это не было сделано до установки двигателя на ходовую часть. К двигателю подсоединяют компрессор автомобильной установки кондиционирования воздуха, следя за тем, чтобы не повредить его трубопроводы и линии.
СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ
Устанавливают на место и закрепляют радиатор, за ним устанавливают вентилятор охлаждения и кожух вентилятора. Затем устанавливают и регулируют вентилятор и новые приводные ремни. Шланги радиатора, в том числе шланги обогревателя, следует заменить новыми. Убедившись в том, что сливной кран радиатора закрыт и пробки дренажных отверстий системы охлаждения в блоке цилиндров стоят на своих местах, заливают в двигатель охлаждающую жидкость — смесь воды с антифризом в пропорции 50/50. Стандартные методики удаления из системы охлаждения попавшего в нее воздуха описаны в главе 7. Фотография на рис. 20.5 касается дополнительных мер по предупреждению перегрева двигателя.
ЭЛЕМЕНТЫ УПРАВЛЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМЫ И СИСТЕМЫ СНИЖЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
При установке карбюратора (если он предусмотрен в конструкции автомобиля) следует заменить его прокладку новой. Топливный и вакуумный шланги необходимо тщательно осмотреть и при необходимости заменить новыми. Систему впрыска топлива (если автомобиль оснащен ею) тщательно проверяют на отсутствие повреждений при ее демонтаже из двигателя и установке обратно, выполняя эти работы в строгом соответствии с методиками, приведенными в технической документации, и соблюдая указанные моменты затяжки креплений. Топливный и воздушный фильтры заменяют новыми. Если на вакуумных шлангах и/или электрических кабелях отсутствует маркировка, для их правильного размещения и прокладки обратитесь к схеме размещения компонентов системы снижения токсичности выхлопных газов, нанесенной на двигатель, и к руководству по техническому обслуживанию.
а)
С EMGIMIE REBIHUOERS ) ТврМОДЭТЧИК с памятью
При нагреве до указанной температуры окошки термодатчика меняют цвет на черный
С 82 93 99 104 116
□ ' □ ' '
F 180 200 210 220 240
б)
Рис. 20.5. На большинстве предприятий по ремонту двигателей на отремонтированный двигатель наклеивают термодатчики с памятью. Эти термодатчики позволяют автосервису выявлять случаи перегрева, которые избавляют их от гарантийных обязательств при поломке двигателя. Этот маленький диск наклеивается на блок цилиндров и при перегреве двигателя вспучивается (а). Вариант исполнения термодатчика в виде наклеиваемой этикетки (публикуется с любезного разрешения национальной ассоциации предприятий США по ремонту автомобильных двигателей (Automotive Engine Rebuilders Association)) (6)
ПРИМЕЧАНИЕ
Кислородный датчик подлежит замене новым, — особенно в том случае, если в двигателе была выявлена прогоревшая прокладка головки блока или иная проблема, которая могла привести к попаданию на этот датчик охлаждающей жидкости.
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ
АВТОМОБИЛЯ
Подсоедините все электрические провода к стартеру и генератору автомобиля, проверьте правильность соединений. Подсоедините провода к электрическим датчикам. Перед установкой полностью заряженного аккумулятора проверьте еще раз состояние и разводку всей электропроводки, убедившись в отсутствии пережатых или оборванных проводов. Сначала подклю
Установка двигателя в автомобиль и подготовка к работе 583
чите провод к плюсовой клемме аккумулятора, затем к минусовой. Проверьте работу стартера, убедитесь, что он будет проворачивать двигатель. Установите и отрегулируйте распределитель зажигания. Затем подсоедините высоковольтные провода к свечам зажигания, опять-таки проверив, что они проложены в соответствии с инструкцией производителя.
СМАЗКА ДВИГАТЕЛЯ ПРИ ОБКАТКЕ
Давным-давно в производстве автомобилей при обкатке двигателя использовалось чистое, без моющих присадок, масло. Сейчас рекомендуется для обкатки двигателя использовать тот же тип масла, который используется при эксплуатации этого двигателя. Для новых двигателей производители не устанавливают особых требований к маслу, используемому при обкатке, и сами не используют с этой целью каких-либо специальных масел. Как правило, производители автомобилей рекомендуют для этой цели моторное масло по вязкости соответствующее SAE 5W-30 или SAE 10W-30.
ОБКАТКА ДВИГАТЕЛЯ
По окончании установки двигателя необходимо еще раз проверить, что сборка выполнена правильно, после чего можно запускать двигатель. Если двигатель капитально отремонтирован и его установка выполнена правильно, то он должен завестись и работать от собственного полностью заряженного аккумулятора, не требуя дополнительной подзарядки аккумулятора или использования дополнительной системы электропитания при запуске двигателя. После того как двигатель запустится и давление масла поднимется, его необходимо перевести на повышенные обороты холостого хода и подержать в этом режиме, чтобы проверить отсутствие нарушений в работе системы смазки. На повышенных оборотах холостого хода масляный насос создает полное рабочее давление и вращающийся коленчатый вал щедро разбрызгивает масло на распределительные валы и стенки цилиндров.
ПРИМЕЧАНИЕ
В двигателях с нижним расположением распределительного вала единственным источникам масла для смазки кулачков распределительного вала и толкателей являются брызги масла, создаваемые коленчатым валом и шатунами. На холостом ходу разбрызгиваемого масла недостаточно для надлежащей смазки распределительного вала в двигателе, проходящем обкатку.
Убедившись, что заметных утечек нет и двигатель работает нормально, выезжают на дорогу с мини
мальной интенсивностью движения. Здесь автомобиль разгоняют на полном газу, при полностью открытой дроссельной заслонке, со скорости 30 миль в час до скорости 50 миль в час (с 48 до 80 км/час). Затем полностью перекрывают дроссельную заслонку, переводя автомобиль в режим движения накатом, до тех пор пока скорость не снизится доЗОмидь в час (48 км/час). Эту последовательность циклов разгона-торможения повторяют 10-12 раз. В режиме периодических разгонов создается повышенная нагрузка на поршневые кольца, под действием которой поршневые кольца притираются к стенкам цилиндров. В современном двигателе поршневые кольца — это единственные детали, которым необходима обкатка. Признаком хорошего прилегания поршневых колей служит сухой налет в выхлопной трубе по окончании обкаточного пробега, сделанного с целью приработки поршневых колец.
Автомобиль возвращается на станцию технического обслуживания, где производится регулировка угла опережения зажигания и, при необходимости, регулировка оборотов двигателя на холостом ходу. Двигатель еще раз проверяется на отсутствие признаков утечек жидкостей. Если таковых не обнаруживается, двигатель считается готовым к сдаче заказчику.
Необходимо проинструктировать владельца автомобиля о том, что автомобиль первые 100 миль (160 км) необходимо вести на средней скорости, а не двигаться, оберегая его, черепашьим шагом, или безжалостно гнать во весь опор. После 500 миль (800 км) пробега необходимо заменить масло и масляный фильтр, чтобы удалить загрязнения, которые могли попасть в двигатель в процессе сборки, и продукты износа деталей, образовавшиеся в процессе обкатки двигателя.
Если двигатель имеет надежную конструкцию, прошел надлежащее техническое обслуживание и правильно собран, описанная методика обеспечит его надежную работу на протяжении длительной эксплуатации.
НОРМАЛЬНАЯ РАБОЧАЯ ТЕМПЕРАТУРА
Нормальная рабочая температура — это температура, при которой верхний шланг радиатора — горячий и находится под повышенным давлением. Еще одним общепринятым методом определения того, что достигнута нормальная рабочая температура, является слежение за работой вентилятора системы охлаждения, если автомобиль оснащен им. Многие производители придерживаются следующего правила: двигатель считается прогревшимся до нормальной рабочей температуры, если после запуска двигателя произошло как минимум однократное включение и выключение
584 Глава 20
вентилятора системы охлаждения. Некоторые производители указывают, что признаком достижения нормальной рабочей температуры следует считать двукратное включение и выключение вентилятора системы охлаждения. Это правило дает автомеханикам возможность установить, что двигатель не перегревается.
ПРОГРЕВ ХОЛОДНОГО ДВИГАТЕЛЯ
Максимальный износ двигателя происходит при его пуске. Масло в холодном двигателе становится вязким и на то, чтобы прокачать его во все движущиеся части двигателя, уходит много времени. Нельзя начинать движение сразу же после начала работы двигателя. Необходимо дать ему поработать на повышенных оборотах холостого хода, которые устанавливаются кулачковым механизмом управления дроссельной заслонкой карбюратора, пока давление масла в системе смазки не достигнет установившегося уровня. В зависимости от наружной температуры воздуха на это потребуется от пятнадцати секунд до, примерно, минуты. Не допускайте работы двигателя на холостом ходу более пяти минут. Поскольку двигатель прогревается быстрее на ходу, ведите автомобиль со средней скоростью до полного прогрева двигателя. Избегайте работы двигателя на полном газу, пока он полностью не прогреется до нормальной рабочей температуры. Такая методика прогрева двигателя обеспечивает также прогрев всего привода, включая смазку трансмиссии и главной передачи автомобиля.
МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ ОБКАТКЕ ДВИГАТЕЛЯ
Переборка двигателя всегда связана с большими затратами рабочего времени и большими расходами. Для того чтобы они оправдали себя, соблюдайте следующие меры предосторожности при эксплуатации двигателя:
1. Не доливайте холодную воду в систему охлаждения двигателя на ходу.
2. Не допускайте перегрузки двигателя — его работы на низких оборотах при полностью открытой дроссельной заслонке карбюратора. Кратковременная периодическая нагрузка на двигатель полезна — она приводит к увеличению силы прижима поршневых колец к стенкам цилиндров и дает положительный эффект при обкатке двигателя, обеспечивая ускоренную притирку поршневых колец.
3. Замените масло и масляный фильтр после 500 миль (800 км) пробега или после 20 часов работы двигателя.
4. Не забывайте, что для обеспечения нормальной работы двигателя и его продолжительного ресурса большое значение имеет соотношение воздуха и топлива в рабочей смеси. Нарушение герметичности воздуховодов (разгерметизация^ может привести к возникновению детонации в двигателе, разрушительно действующей на него.
5. Следите за тем, чтобы в двигателе стояли свечи зажигания, имеющие необходимую тепловую характеристику.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Аккуратно монтируйте все агрегаты.
2. При креплении к блоку цилиндров трансмиссии и других узлов пользуйтесь только динамометрическим ключом и затягивайте все крепежные детали с моментом затяжки, соответствующим техническим требованиям.
3. Перед запуском двигателя обязательно отрегулируйте свободный ход сцепления.
4. На головки блока цилиндров должны быть наклеены термодатчики с памятью. По ним специалист ремонтной службы сможет определить, не перегревался ли двигатель.
5. Чтобы режим работы двигателя не выходил за допустимые пределы, кислородный(е) датчик(и) в двигателе необходимо заменить новыми. Неисправность кислородного датчика может привести к тому, что двигателю придется работать на слишком обедненной смеси. При работе на обедненной смеси двигатель нагревается сильней, чем обычно.
6. Замените моторное масло после 500 миль (800 км) обкаточного пробега, или еще раньше и используйте моторное масло класса вязкости SAE 5W-30 или SAE 10W-30.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как производится установка трансмиссии на двигатель?
2. Какие меры предосторожности необходимо принять при креплении корпуса трансмиссии к блоку цилиндров двигателя, чтобы избежать искривления заднего цилиндра?
3. Опишите процедуру обкатки двигателя.
Установка двигателя в автомобиль и подготовка к работе 585
ФОТОРЯД
Замена масла
Ил. 35.1. Процедура замены масла начинается с того, что автомобиль аккуратно поднимают на подъемнике
Ил. 35.2. Находят и вынимают пробку из сливного отверстия системы смазки. В этом пятилитровом восьмицилиндровом V-образном двигателе автомобиля Mustang компании Ford предусмотрены два сливных отверстия. На фотографии автомеханик вынимает пробку из переднего сливного отверстия системы смазки
Ил. 35.3. Вынимают пробку из заднего сливного отверстия системы смазки
Ил. 35.4. Масло сливается в подставленную под сливное отверстие емкость. Лучше всего подставить емкость для сбора масла поближе к сливному отверстию, чтобы избежать попадания брызг масла на пол и на автомеханика, выполняющего эту работу
Ил. 35.5. Тщательно проверяют пробку и прокладку сливного отверстия. Прокладку заменяют, если в этом есть необходимость или если это требование установлено производителем (например, компания Honda требует, чтобы в ее автомобилях при каждой замене масла заменялась алюминиевая уплотнительная прокладка пробки сливного отверстия)
Ил. 35.6. После того как слито все масло, закручивают пробку заднего сливного отверстия
586 Глава 20
Замена масла
продолжение
Ил. 35.7. Закручивают также пробку переднего сливного отверстия
Ил. 35.8. С помощью ключа для демонтажа масляных фильтров снимают масляный фильтр. Не забудьте, что "вправо затягиваем, влево отпускаем". Также не забудьте подставить под отверстие фильтра емкость для сбора масла, потому что часто при демонтаже масляного фильтра из него и из маслопроводных каналов двигателя выливается масло
Ил. 35.9. Проверяют фланец, к которому прилегает уплотнительная прокладка фильтра, на отсутствие остатков старой прокладки. Если не очистить фланец полностью, могут возникнуть утечки масла
Ил. 35.10. Осматривают также старый масляный фильтр, чтобы убедиться в том, что уплотнительная прокладка снята вместе с ним. Кроме того, сравнивают со старым фильтр новый, чтобы убедиться в том, что он подходит для замены
Ил. 35.11. Опытные автомеханики доливают масло в масляный фильтр при малейшей возможности. Это обеспечивает ускоренное заполнение фильтра при запуске двигателя и сокращает время, в течение которого отсутствует давление в системе смазки двигателя
Ил. 35.12. Прокладку нового фильтра смазывают тонким слоем чистого моторного масла. Эта масляная пленка обеспечит скольжение прокладки по фланцу и поможет ей расправиться на нем при накручивании фильтра на резьбовой штуцер в двигателе
Установка двигателя в автомобиль и подготовка к работе 587
Замена масла
продолжение
Ил. 35.13. Устанавливают в двигатель новый фильтр и затягивают его надлежащим образом — как правило, фильтр доворачивается на 3/4 оборота после того, как прокладка будет прижата к поверхности фланца
Ил. 35.14. Через воронку, чтобы не пролить, через заправочное отверстие вливают в двигатель необходимое количество масла. Необходимый объем масла для двигателей легковых автомобилей находится в пределах от трех кварт (литров) до семи кварт (литров)
Ил. 35.15. Осматривают и очищают крышку маслоналивного отверстия и ставят ее на место перед тем, как запустить двигатель
Ил. 35.16. Запускают двигатель и держат его на холостом ходу, следя за показаниями масляного манометра и поведением аварийного сигнального индикатора давления масла
Ил. 35.17. Масляный манометр должен показать нормальное давление масла, а аварийный сигнальный индикатор — погаснуть не позже чем через 15 с после запуска двигателя
Ил. 35.18. Производят осмотр под автомобилем, проверяя сливную(ые) пробку(и) и масляный фильтр на отсутствие утечек. Вынимают щуп-уровнемер масла и протирают его чистой ветошью
588 Глава 20
Замена масла
продолжение
Ил. 35.19. Вставляют щуп-уровнемер масла в отверстие щупа для проверки уровня масла в двигателе
Ил. 35.20. Вынимают щуп-уровнемер и проверяют, до какой отметки он покрыт маслом. Он должен быть покрыт маслом до верхней отметки, как показано на этой фотографии.
При обнаружении перелива масла автомобиль поднимают на подъемнике и излишек масла сливают. Перелив может привести в выходу двигателя из строя из-за аэрации масла (насыщения масла пузырьками воздуха, как в молочном коктейле), которая ухудшает смазочные качества моторного масла. Обязательно тщательно отмойте руки с мылом от следов отработанного моторного масла или воспользуйтесь защитными резиновыми перчатками
Установка двигателя в автомобиль и подготовка к работе 589
ФОТОРЯД
Замена водяного насоса системы охлаждения и зубчатого ремня привода механизма газораспределения
Ил. 36.1. Внешний вид трехлитрового шестицилиндрового V-образного двигателя мини-фургона Dodge, в котором необходимо заменить водяной насос системы охлаждения из-за возникшей течи через дренажное отверстие
Ил. 36.2. Поскольку для этого необходимо разобрать весь двигатель с передней стороны, в том числе демонтировать верхнюю опору подвески двигателя, расположенную на стороне пассажирского сиденья, будет также произведена замена зубчатого ремня механизма газораспределения
Ил. 36.3. После слива охлаждающей жидкости из системы охлаждения отсоединяют верхний шланг радиатора и снимают ремень привода агрегатов двигателя
Ил. 36.4. Автомобиль поднимают на подъемнике и демонтируют правое переднее колесо, чтобы открыть доступ к двигателю с передней стороны
Ил. 36.5. Чтобы открыть доступ к ведущему шкиву привода агрегатов двигателя, необходимо снять брызгозащитный экран
Ил. 36.6. Выкручивают стопорные болты, которыми ведущий шкив привода агрегатов двигателя прикручен к гасителю крутильных колебаний
590 Глава 20
Замена водяного насоса системы охлаждения и зубчатого ремня привода механизма газораспределения продолжение
Ил. 36.7. С помощью съемника демонтируют гаситель крутильных колебаний
Ил. 36.8. Снизу, из-под автомобиля, снимают кронштейн компрессора автомобильной установки кондиционирования воздуха
Ил. 36.9. Для демонтажа верхней опоры подвески автомобиль опускают и устанавливают на напольный домкрат. Обратите внимание на то, что между опорной площадкой домкрата и стенкой поддона картера проложен деревянный брус
Ил. 36.10. После того как двигатель уложен на подпорку, демонтируют верхнюю опору подвески двигателя
Ил. 36.11. Демонтируют плиту крепления агрегатов
Ил. 36.12. Теперь можно снять крышку(и) ремня привода механизма газораспределения
Установка двигателя в автомобиль и подготовка к работе 591
Замена водяного насоса системы охлаждения и зубчатого ремня привода механизма газораспределения
продолжение
Ил. 36.13. Передняя стенка двигателя, после того как с нее сняты крышки ремня привода механизма газораспределения
Ил. 36.14. Перед тем как снимать зубчатый ремень привода, опытный автомеханик предусмотрительно помечает позицию ремня и ведущего шкива, чтобы установить новый ремень в точно такую же позицию, от чего зависит синхронность работы распределительного и коленчатого валов
Ил. 36.15. Оттягивают пружинный натяжитель ремня и снимают зубчатый ремень привода
Ил. 36.16. Чтобы сэкономить время, автомеханик срезает головку одного из болтов крепления опорного кронштейна. Этот болт можно вывинтить, только полностью демонтировав впускной коллектор
Ил. 36.17. После того как головка болта срезана, приподнимают кронштейн, чтобы добраться до водяного насоса. Кронштейн теперь держится на одном оставшемся болте
Ил. 36.18. Вывинтив стопорные болты крепления водяного насоса, снимают водяной насос — для этого приходится отрывать его с посадочного места отверткой или монтировкой
592 Глава 20
Замена водяного насоса системы охлаждения и зубчатого ремня привода механизма газораспределения
продолжение
Ил. 36.19. Демонтируют водяной насос с передней стороны двигателя
Ил. 36.20. После того как водяной насос демонтирован, открывается труба, по которой охлаждающая жидкость идет вдоль блока цилиндров. Водяной насос был соединен с этой трубой герметично, через резиновое кольцо. Именно из-за этой трубы и уплотнительной прокладки потребовалась монтировка, для того чтобы снять водяной насос
Ил. 36.21. Необходимо снять с корпуса водяного насоса сменную рабочую часть насоса. Чтобы сделать это, необходимо выкрутить винт с потайной головкой и крестообразным шлицем Philips, который стоит сзади в корпусе насоса
Ил. 36.22. Выкрутив с задней стороны корпуса водяного насоса винт с головкой Philips, насос переворачивают лицевой стороной к себе и выкручивают остальные стопорные болты
Ил. 36.23. После того как все стопорные болты вынуты, из корпуса вынимают водяной насос
Ил. 36.24. С помощью фибрового шлифовального диска, закрепленного в пневматической шлифовальной машинке, счищают остатки старой уплотнительной прокладки с корпуса водяного насоса
Установка двигателя в автомобиль и подготовка к работе 593
Замена водяного насоса системы охлаждения и зубчатого ремня привода механизма газораспределения ♦
продолжение
Ил. 36.25. На поверхность фланца новой сменной рабочей части насоса наносят слой клея-герметика
Ил. 36.26. Устанавливают новый водяной насос в корпус на место старого насоса
Ил. 36.27. На выпускные фланцы водяного насоса накладывают новые уплотнительные прокладки
Ил. 36.28. Перед установкой отремонтированного водяного насоса фланцы в двигателе очищают от остатков старых уплотнений
Ил. 36.29. Передняя стенка двигателя с установленным на ней отремонтированным водяным насосом
Ил. 36.30. После того, как водяной насос установлен на место, можно ставить на место новый зубчатый ремень привода механизма газораспределения
594 Глава 20
Замена водяного насоса системы охлаждения и зубчатого ремня привода механизма газораспределения
продолжение
Ил. 36.31. Обратите внимание на то, что привод водяного насоса осуществляется зубчатым ремнем механизма газораспределения. Именно по этой причине заменяется не только водяной насос, но и зубчатый ремень. Пружинный натяжитель обеспечивает натяжение зубчатого ремня
Ил. 36.32. Перед установкой остальных узлов полностью восстанавливают систему охлаждения, частично заполняют ее охлаждающей жидкостью и испытывают под давлением, проверяя на отсутствие протечек. Эта операция имеет очень большое значение именно для двигателей такого типа. Это связано с конструкцией водяного насоса, который герметично насажен на трубопровод
Ил. 36.33. Убедившись в качественной установке водяного насоса и отсутствии протечек охлаждающей жидкости, устанавливают на место крышку приводного ремня и верхнюю опору подвески двигателя
Ил. 36.34. После установки на место и закрепления верхней опоры подвески двигателя из-под автомобиля вынимают напольный домкрат, который поддерживал двигатель
Ил. 36.35. После этого ставят на место остальные кронштейны и шланги
Ил. 36.36. Автомобиль поднимают на подъемнике
и устанавливают на место гаситель крутильных колебаний и кронштейн компрессора автомобильной системы кондиционирования воздуха
Установка двигателя в автомобиль и подготовка к работе 595
Замена водяного насоса системы охлаждения и зубчатого ремня привода механизма газораспределения продолжение
Ил. 36.37. На гаситель крутильных колебаний устанавливается ведущий шкив привода агрегатов, и болты его крепления затягиваются с заданным моментом
Ил. 36.38. После установки на место ведущего шкива надевают ремень привода агрегатов
Ил. 36.39. После повторной проверки правильности сборки двигателя и затягивания болтов креплений ставят на место брызгозащитный экран
Ил. 36.40. Ставят на автомобиль ранее снятое переднее колесо и устанавливают на него декоративный колпак
Ил. 36.41. Снимают автомобиль с подъемника и заполняют систему охлаждения новой охлаждающей жидкостью
Ил. 36.42. Ремонт заканчивается через четыре часа после его начала. Автомобиль должен быть испытан на ходу, и после этого все соединения должны быть проверены еще раз, прежде чем отремонтированный автомобиль возвратят заказчику