Метка: Коленчатый вал

Регулятор числа оборотов коленчатого вала двигателя. Устройство и работа

Регулятор числа оборотов коленчатого вала необходим для ограничения максимального числа оборотов и поддержания устойчивых минимальных оборотов холостого хода двигателя. Регулятор двухрежимный, центробежного типа.

К передней крышке 23 нагнетателя прикреплен корпус 25 грузов регулятора. В корпусе на подшипниках установлен валик 29 грузов, который приводится во вращение валиком верхнего ротора нагнетателя.

На валике 29 размещены грузы: два больших 19 и два малых 18. Грузы шарнирно подвешены па пальцах 16.

При вращении валика грузы под действием центробежной силы расходятся и своими лапками нажимают на муфту 20 регулятора, которая через шарикоподшипник 21 нажимает на вилку 22, закрепленную на нижнем конце передаточного вала 31, вал поворачивается.

Вместе с передаточным валом поворачивается двуплечий рычаг 41, закрепленный на его верхнем конце. Одно плечо рычага опирается на стакан 14 пружины холостого хода, а другое соединено с дифференциальным рычагом 39. Двуплечий рычаг, поворачиваясь, одновременно поворачивает дифференциальный рычаг вокруг пальца кривошипа 38 рычага 35 управления подачей топлива. При этом второй конец дифференциального рычага через тягу 6 регулятора действует на вал 9 привода реек насос-форсунок.

Изменение подачи топлива для различных режимов работы двигателя осуществляется рычагом 35 управления подачей топлива и рычагом-ограничителем 36 подачи топлива.

Рычаг 35 через тяги 5 и 4 соединен с ножной педалью управления подачей топлива.

Рычаг 36 своим шипом скользит по вырезам ограничительной кулисы 37, которая при помощи рычага 34 и тяги 2 соединена с кнопкой 1 выключения подачи топлива.

Работает регулятор следующим образом.

Режим минимальных оборотов холостого хода. В этом случае педаль управления подачей топлива отпущена. Кнопка 1 выключения подачи топлива утоплена, а ограничительная кулиса 37 (рисунке а) занимает положение, показанное на рисунке.

Большие грузы 19 регулятора под действием центробежной силы расходятся и давят через малые грузы 18 на муфту 20 регулятора, которая, перемещаясь, поворачивает передаточный вал 31. При этом поворачивается двуплечий рычаг 41, который одним плечом через упорный винт 33 сжимает пружину 13 холостого хода, а другим плечом поворачивает дифференциальный рычаг 39. Дифференциальный рычаг через тягу 6 регулятора и вал 9 привода реек выдвигает рейки.

Рис. Регулятор числа оборотов коленчатого вала двигателя: 1 — кнопка выключения подачи топлива; 2 — гибкая тяга кнопки выключения подачи топлива; 3 — насос-форсунка; 4 и 5 — тяги управления подачей топлива; 6 — тяга регулятора; 7 — рычаг рейки насос-форсунки; 8 — регулировочный винт установки рейки; 9 — вал привода реек насос-форсунок; 10 — гайка пружины максимальных оборотов; 11 — винт пружины холостого хода; 12 — гильза пружины максимальных оборотов; 13 — пружина холостого хода; 14 — стакан пружины холостого хода; 15 — пружина максимальных оборотов; 16 — палец грузов регулятора; 17 — державка грузов; 18 — малый груз; 19 — большой груз; 20 — муфта регулятора; 21 — упорный шарикоподшипник; 22 — вилка передаточного вала; 23 — крышка нагнетателя; 24 — валик ротора нагнетателя; 25 — корпус грузов регулятора; 26 — пробка; 27 — игольчатый подшипник; 28 — центрирующая шпилька корпуса; 29 — валик грузов регулятора; 30 — корпус регулятора; 31 — передаточный вал; 32 — винт-ограничитель мощности; 33 — упорный винт; 34 — рычаг выключения подачи топлива; 35 — рычаг управления подачей топлива; 36 — рычаг-ограничитель подачи топлива; 37 — ограничительная кулиса регулятора; 38 — кривошип рычага управления подачей топлива; 39 — дифференциальный рычаг; 40 — регулировочный винт с буферной пружиной; 41 — двуплечий рычаг

Таким образом, грузы регулятора, расходясь, стремятся выдвинуть рейки и уменьшить подачу топлива, а следовательно, и число оборотов коленчатого вала двигателя. Этому препятствует пружина холостого хода, которая сжимается двуплечим рычагом. В результате рейки насос-форсунок занимают такое положение, при котором обороты холостого хода находятся в пределах 400—500 в минуту.

Если число оборотов увеличится и станет больше 500 в минуту, центробежная сила грузов настолько возрастет, что сопротивление пружины холостого хода будет преодолено, двуплечий рычаг повернется еще больше и, действуя через дифференциальный рычаг и тягу регулятора, выдвинет рейки. Подача топлива уменьшится, уменьшится и число оборотов коленчатого вала двигателя.

Если число оборотов коленчатого вала в минуту станет меньше 400, уменьшится центробежная сила грузов. Под действием пружины холостого хода рычаги переместятся в обратном направлении, рейки вдвинутся и подача топлива увеличится, скорость вращения коленчатого вала возрастет.

Режим работы при числе оборотов коленчатого вала от 400 до 2000 в минуту (рисунке б). При нажатии на педаль управления подачей топлива рычаг 35 управления подачей топлива поворачивается влево и через кривошип 38 поворачивает дифференциальный рычаг 39 против хода часовой стрелки. В этот момент при помощи тяги 6 регулятора и вала 9 привода реек рейки вдвигаются, подача топлива увеличивается и число оборотов коленчатого вала двигателя возрастает.

Таким образом, в зависимости от положения педали управления подачей топлива устанавливается необходимый режим работы двигателя. В это время регулятор не действует, так как при 800—900 об/мин коленчатого вала большие грузы 19 (рисунке б) своими хвостиками упираются в ступицу, дальше не расходятся и не действуют иа муфту 20 регулятора.

Пружина 13 холостого хода сжата, а ее стакан 14 упирается в гильзу 12 пружины максимальных оборотов.

Центробежная сила малых грузов 18 при оборотах до 2000 в минуту не в состоянии сжать пружину 15 максимальных оборотов, и регулятор не действует на рейки.

Режим максимальных оборотов (рисунке в). При числе оборотов коленчатого вала двигателя более 2000 в минуту центробежная сила малых грузов 18 возрастает настолько, что преодолевает сопротивление пружины 15 максимальных оборотов и пружина сжимается.

Малые грузы 18 расходятся, нажимают на муфту 20 и через систему рычагов действуют иа рейки насос-форсунок, выдвигая их. Подача топлива будет уменьшаться до тех пор, пока обороты не установятся около 2000 в минуту.

Рис. Схема работы регулятора: а — режим минимальных оборотов холостого хода; б — режим работы при числе оборотов коленчатого вала от 400 до 2000 в минуту; в — режим максимальных оборотов; г — остановка двигателя (наименование деталей то же, что на предыдущем рисунке)

Остановка двигателя (рисунок г). Для остановки двигателя кнопка 1 вытягивается, рычаг 34 выключения подачи топлива поворачивает кулису 37 регулятора по ходу часовой стрелки в положение, показанное на рисунке г.

Рычаг 35 управления подачей топлива устанавливается в крайнем правом положении. При этом кривошип 38 рычага поворачивает дифференциальный рычаг 39 по ходу часовой стрелки, рейки выдвигаются и подача топлива полностью прекращается.

Ремонт коленчатого вала

Основными дефектами коленчатого вала являются:

прогиб;
эллипсность и конусность коренных и шатунных шеек;
царапины и выбоины на шейках;
разработка отверстий под болты крепления маховика.

Рис. Проверка прогиба коленчатого вала.

Прогиб вала определяют индикатором в призмах, установленных на контрольной плите, или в центрах токарного станка. При этом штифт индикатора должен находиться не на середине шейки, а на ее конце, иначе эллипсность шейки даст искаженное представление о величине прогиба вала. Вал правят в холодном состоянии под прессом путем нажима на среднюю шейку через медную или латунную прокладку. Правка считается законченной, когда биение вала равно не более 0,03—0,05 мм.

Чтобы определить величину эллипсности и конусности, каждую шейку измеряют микрометром в трех местах: у галтелей и посредине в двух взаимно перпендикулярных плоскостях — по оси кривошипов и перпендикулярно им.

Размер, под который нужно шлифовать шейку, определяется наименьшим диаметром, полученным в результате измерения, с учетом установленных ремонтных размеров для данного вала. Для всех шатунных шеек, как и для всех коренных, устанавливается один ремонтный размер.

Шейки шлифуют на специальном круглошлифовальном станке. При отсутствии специального станка шлифование можно производить на токарном станке при помощи супортно-шлифовального приспособления. При шлифовании коренных шеек на токарном станке вал устанавливают в центрах станка.

Рис. Установка вала в центросместителе:
1 — планшайба; 2 — противовесы; 3 и 4 — центросместители.

Для шлифования шатунных шеек коленчатый вал помещают в центросместителе, установленном на станке. При этом ось вращения будет проходить по оси крайних шатунных шеек. После обработки крайних шеек вал устанавливают в центросместителе таким образом, чтобы ось вращения проходила по оси средних шатунных шеек, и так попарно обрабатывают все шейки.

Рис. Жимки для полирования шеек коленчатого вала.

В процессе шлифования следует применять охлаждающую жидкость, состоящую из 500 г кальцинированнной соды и 12 л воды. Струю жидкости необходимо направлять в место соприкосновения камня с валом. После обработки шейки снова измеряют; допустимая эллипсность и конусность шеек 0,01—0,02 мм. После шлифования кромки отверстий масляных каналов на шейках вала затупляются и шейки полируют жимками, применяя абразивные пасты ГОИ. Пасту наносят на суконную или кожаную обшивку жимок, между которыми зажимается шейка вала. Вал при этом должен делать 40—50 об/мин.

Смена вкладышей коренных и шатунных подшипников

Необходимый специальный инструмент и приспособления:

микрометр;
пассиметр;
динамометрический ключ с головками 15, 17 и 19 мм;
пластинка-щуп толщиной 0,08 мм.

При решении вопроса о необходимости смены вкладышей подшипников следует иметь в виду, что диаметральный износ вкладышей и шеек коленчатого вала не всегда служит определяющим критерием. В процессе работы двигателя в антифрикционный слой вкладышей вкрапливается значительное количество твердых частиц (продуктов износа деталей, абразивных частиц, засасываемых в цилиндры двигателя с воздухом и т. п.). Поэтому такие вкладыши, имея часто незначительный диаметральный износ, способны вызвать в дальнейшем ускоренный и усиленный износ шеек коленчатого вала. Следует также учитывать, что шатунные подшипники работают в более тяжелых условиях, чем коренные. Интенсивность их износа несколько превышает интенсивность износа коренных подшипников. Таким образом, к решению вопроса о замене вкладышей необходим дифференцированный подход в отношении коренных и шатунных подшипников.

Во всех случаях удовлетворительного состояния поверхности антифрикционной заливки вкладышей коренных подшипников критерием необходимости их замены служит величина диаметрального зазора в подшипнике.

При решении вопроса о замене вкладышей шатунных подшипников нужно руководствоваться следующим правилом.

Если вкладыши шатунных подшипников к моменту разборки или ремонта двигателя проработали время, соответствующее пробегу автомобиля 45000 км и более, их следует заменить новыми, независимо от состояния поверхности и степени износа. В таких случаях для замены пригодны вкладыши нормального или первого ремонтного размеров. Профилактическая замена вкладышей позволяет поддерживать шатунные шейки в состоянии сохранности длительное время.

При оценке состояния вкладышей осмотром следует иметь в виду, что поверхность антифрикционного слоя считается удовлетворительной, если на ней нет задиров, выкрашиваний антифрикционного сплава и вдавленных в сплав инородных материалов (включений). Темная окраска поверхности заливки не является браковочным признаком.

Для замены изношенных или поврежденных вкладышей в запасные части поставляются вкладыши коренных и шатунных подшипников нормального и шести ремонтных размеров. Вкладыши ремонтных размеров отличаются от вкладышей нормального размера уменьшенным на 0,05; 0,25; 0,50; 0,75; 1,00 и 1,25 мм внутренним диаметром. В продажу вкладыши поступают комплектно, в количествах, требующихся на один двигатель.

После замены вкладышей как с одновременной перешлифовкой шеек коленчатого вала, так и без нее (а для коренных шеек также и в случае использования в двигателе прежних вкладышей) следует обязательно проверить диаметральный зазор в каждом подшипнике. Это позволит проверить правильность выбора ремонтных вкладышей.

Проверить диаметральный зазор в подшипнике можно измерением диаметров шейки коленчатого вала и вкладышей (в паре) данного подшипника с последующими несложными расчетами. Диаметр подшипника измеряют при вложенных вкладышах и затянутых с необходимым усилием болтов крышки подшипника.

Диаметральные зазоры в коренных подшипниках должны находиться в пределах 0,025—0,082 мм, а в шатунных — в пределах 0,025—0,076 мм.

Проверить диаметральный зазор в подшипнике можно также и с помощью пластинки-щупа а, закладываемой между шейкой вала и вкладышем.

Пластинка как для шатунного, так и коренного подшипника должна иметь толщину 0,08 мм, ширину 13 мм и длину на 5 мм меньше длины подшипника. По кромкам пластинку зачищают оселком, смазывают ее маслом, применяемым для двигателя, и укладывают на поверхность вкладыша так, чтобы длинной стороной она расположилась по продольной оси подшипника.

Рис. Укладка контрольной пластинки-щупа в шатунный подшипник: а — пластинка-щуп

При проверке затягивают болты крышки только того подшипника, в котором уложена пластинка-щуп, болты же крышек остальных подшипников остаются незатянутыми. Затягивать болты нужно осторожно, время от времени проворачивая коленчатый вал.

Если при поворачивании коленчатого вала рукой за маховик будет ощущаться значительное сопротивление — диаметральный зазор в подшипнике находится в допустимых пределах. Если же коленчатый вал будет провертываться почти так же легко, как и без контрольной пластинки — зазор в подшипнике больше нормального.

Требуемая величина диаметрального зазора в подшипнике в отдельных случаях может быть обеспечена без перешлифовки шейки, лишь применением ремонтных вкладышей, уменьшенных на 0,05 мм. Во всех других случаях необходимые зазоры получают шлифованием шеек и установкой в подшипники ремонтных вкладышей.

Если же в результате многократных перешлифовок диаметры шеек коленчатого вала уменьшены настолько, что вкладыши последнего ремонтного размера окажутся непригодными, то при очередном ремонте необходимо собрать двигатель с новым валом. Для такого случая в запасные части поставляется комплект 408-1000107, состоящий из коленчатого вала из набора вкладышей нормального размера.

Тонкостенные сменные вкладыши шатунных и коренных подшипников коленчатого вала изготовлены с высокой точностью. Требуемая величина диаметрального зазора в подшипнике обеспечивается только надлежащими диаметрами шеек коленчатого вала, получаемыми при перешлифовке. Поэтому вкладыши при ремонте двигателя заменяют без каких-либо подгоночных операций и только попарно. Замена одного вкладыша из пары не допускается. Из сказанного также следует, что для получения требуемого диаметрального зазора в подшипнике категорически запрещается спиливать или пришабривать стыки вкладышей или крышек подшипников, напаивать баббитом стыки указанных деталей или устанавливать прокладки между вкладышем и его постелью.

Невыполнение этих указаний приводит к тому, что будет нарушена правильность геометрической формы подшипников, ухудшится теплоотвод от них и вкладыши быстро выйдут из строя. Но более опасно то, что в подшипники со спиленными или пришабренными крышками нельзя в дальнейшем устанавливать новые вкладыши ремонтных размеров. В то же время испорченные механической подгонкой крышки подшипников не могут быть заменены новыми, поскольку на заводе они обрабатываются совместно с блоком цилиндров и с шатуном. Так как крышки подшипников не взаимозаменяемы, они не поставляются в запасные части, а поэтому двигатель с поврежденными крышками не поддается последующему ремонту.

При установке шатунных и коренных подшипников нужно следить, чтобы фиксирующие выступы а на стыках вкладышей свободно (усилием руки) входили в гнезда b в крышке (или теле) подшипника.

Рис. Фиксирующий выступ вкладыша и гнездо для него в крышке подшипника

После замены вкладышей шатунных или коренных подшипников (или тех и других) и сборки двигателя необходимо соблюдать правила обкатки.

Гаситель крутильных колебаний

Крутильные колебания коленчатого вала возникают при его вращении под влиянием приложенных к кривошипам периодически действующих сил. Если период действия этих сил совпадает с периодом свободных колебаний коленчатого вала или кратен ему, то возникает явление резонанса: амплитуда крутильных колебаний возрастает, и вал вследствие увеличения напряжения может разрушиться. Двигатели конструируют так, чтобы резонанс не наступал при частоте вращения, соответствующей эксплуатационным режимам работы, однако крутильные колебания существуют всегда. Гаситель крутильных колебаний, устанавливаемый в некоторых конструкциях сцеплений, служит для предохранения трансмиссии от крутильных колебаний, которые могут возникнуть в ней вследствие неравномерности вращения коленчатого вала двигателя, вызываемой его крутильными колебаниями.

Рис. Ведомый диск сцепления с гасителем крутильных колебаний

Виды гасителей крутильных колебаний

Существуют два типа гасителей крутильных колебаний:

фрикционные
гидравлические

Наиболее широкое распространение получили фрикционные гасители. К ведомому диску 1 с его фрикционными накладками 10 и балансировочной пластиной 11 сцепления присоединен заклепками 7 диск 9 гасителя, который установлен между двумя дисками 5, прикрепленными к фланцу ступицы 6 ведомого диска. В дисках гасителя и фланца ступицы имеются окна (например, их может быть восемь), в которых при сборке установлены пружины 2 гасителя вместе с опорными пластинами 3. К фланцу ступицы прикреплены также маслоотражательные кольца 4, благодаря чему исключается возможность выпадания пружин из дисков. Между дисками фланца ступицы и диском гасителя расположены фрикционные элементы 8 (в виде кольца или пластин). Диск гасителя, не связанный жестко со ступицей, при возникновении крутильных колебаний получает угловое перемещение относительно дисков фланца ступицы, которое сопровождается трением между указанными деталями и фрикционными элементами. Этим и достигается поглощение энергии крутильных колебаний и как следствие гашение колебаний ведущего вала коробки передач и связанных с ним деталей трансмиссии. Деформация пружин гасителя при взаимном перемещении дисков гасителя и фланца ступицы уменьшает резкость включения сцепления. Наличие гасителя крутильных колебаний способствует уменьшению шума и износа зубьев шестерен коробки передач.

Приборы для измерения частоты вращения коленчатого вала

Приборы, измеряющие частоту вращения коленчатого вала, делятся на тахометры, фиксирующие число оборотов в минуту в данный момент, и на тахоскопы — счетчики, показывающие число оборотов за определенный интервал времени. По способу использования тахометры и тахоскопы могут быть приставными (ручными) и стационарными.

Тахометры по принципу действии бывают центробежные, электрические, электронные (импульсные), магнитные (индукционные), стробоскопические и т. п. Наибольшее распространение получили электрические тахометры, обеспечивающие дистанционное измерение частоты вращения коленчатого вала. Преобразователь тахометра и приемник соединены электропроводами.

По показаниям динамометра и тахометра вычисляют эффеную мощность двигателя:

Ne = 0,735Fnk

а также среднее эффективное давление:

Ре = 22,05Fr * (Улк)

Ограничители частоты вращения коленчатого вала

Для ограничения максимальной скорости движения грузовых автомобилей в состав системы питания вводят ограничители максимальной частоты вращения коленчатого вала. Наибольшее распространение получил пневмоцентробежный ограничитель, который состоит из центробежного датчика 6 и исполнительного механизма 2. В неподвижном корпусе датчика размещен вращавшийся корпус 9, в котором установлен клапан 7. Пружина 8 клапана отрегулирована таким образом, что при частотах вращения коленчатого вала ниже максимального значения клапан удерживается в открытом положении, при достижении максимальной частоты вращения под действием центробежной силы клапан закрывается.

Полость над мембраной 1 исполнительного механизма 2 сообщается с внутренней полостью вращающегося корпуса датчика и каналами со смесительной камерой и задроссельным пространством карбюратора. Полость под мембраной вместе с полостью неподвижного корпуса датчика через канал а сообщается с впускным патрубком двигателя или с окружающей средой.

Рис. Схема пневмоцентробежного ограничителя частоты вращения коленчатого вала: 1 — мембрана; 2— исполнительный мембранный механизм; 3 — двуплечий рычаг; 4 — пружина; 5 — соединительная трубка; 6 — датчик; 7 — клапан; 8 — пружина клапана; 9 — вращающийся корпус; а — дренажный канал

При частоте вращения коленчатого вала меньше максимальной, когда клапан 7 датчика открыт, обе полости исполнительного механизма сообщаются между собой, и под действием пружины 4 мембрана прогибается вниз.

При превышении значения максимальной частоты вращения клапан опускается в седло, сообщение полости над мембраной с окружающей средой прекращается, вследствие возникающего разряжения диафрагма прогибается вверх, растягивая пружину 4, и через двуплечий рычаг 3 дроссельные заслонки закрываются. Соединение полости над мембраной как с полостью над дроссельной заслонкой, так и с полостью под ней обеспечивает необходимое разряжение над мембраной при любом положении дроссельной заслонки независимо от нагрузки.

Сборка коленчатого вала

Маховик

Для насадки нового венца маховик следует нагреть до температуры 300… 400 °С. После этого венец нужно взять щипцами и установить на выточку маховика. Поверхность маховика, сопряженная с поверхностью ведомого диска сцепления, нужно отшлифовать. Шероховатость поверхности должна быть не ниже Ra 1,0 мкм.

Сборка узла коленчатый вал — маховик — сцепление

Для сборки коленчатого вала необходимо выполнить следующее:

вставить в паз шпонку и напрессовать шайбу и шестерню коленчатого вала;
запрессовать в маховик с помощью оправки подшипник переднего конца первичного вала коробки передач;
установить маховик на фланец коленчатого вала, совместить отверстия маховика и фланца;
вставить болты, навернуть на них гайки и затянуть их угловым торцевым ключом;
проверить радиальное биение рабочей поверхности маховика с помощью индикатора.

Проверку биения рекомендуется проводить в картере двигателя. Допуск радиального биения допускается не более 0,1 мм на радиусе 150 мм. Гайки крепления маховика нужно зашплинтовать. Шплинт должен плотно облегать торец болта. Далее необходимо установить на маховик ведомый диск сцепления и кожух в сборе с нажимным диском, предварительно закрепив его болтами. Используя первичный вал коробки передач или оправку, заменяющую его, сцентрировать ведомый диск и окончательно закрепить кожух болтами.

Рис. Определение радиального биения рабочей поверхности маховика

Балансировка деталей кривошипно-шатункого механизма

После ремонта коленчатого вала, а также устанавливаемого на него маховика, сцепления или шкива необходимо провести их балансировку. До ремонта коленчатого вала нужно заварить имеющиеся в его противовесах сверления, выполненные при предыдущей балансировке. Динамическую балансировку деталей, устанавливаемых на коленчатый вал (маховик, шкив, нажимной и ведомый диски сцепления), проводят на специальных станках.

Балансировку коленчатого вала, а также коленчатого вала с установленным на него маховиком и сцеплением следует проводить в динамическом режиме с грузами на шатунных шейках, заменяющими шатунно-поршневую группу на шатунной шейке. Балансировочный груз состоит из двух одинаковых полуколец, соединенных двумя болтами. Наружную внутреннюю поверхности и торцы груза окончательно обрабатывают после соединения полуколец болтами. Смещение осей болтов относительно торцов и внутреннего диаметра груза должно быть не более 0,05 мм.

Рис. Станок для статической балансировки маховика, шкива, нажимного и ведомого дисков:
1 — прибор для определения места дисбаланса; 2 — измерительная линейка для определения дисбаланса; 3 — уровень; 4 — стрелка для определения угла поворота лимба; 5 — лимб; 6 — оправка для статической балансировки шкива коленчатого вала; 7— балансируемый шкив; 8,9 и 10 — оправки для статической балансировки соответственно маховика, нажимного и ведомого дисков сцепления

Болты должны быть одинаковой массы. Груз подгоняют по массе при уменьшении наружного диаметра с точностью +1 г и балансируют статически на оправке с точностью 0,0002 Нм так, чтобы центр масс груза находился на оси груза и на середине его ширины. После этого на наружную поверхность груза наносятся риски для обеспечения сборки полуколец в одном положении.

Шкив коленчатого вала

Балансировку шкива коленчатого вала относительно внутреннего диаметра ступицы осуществляют при сверлении отверстий диаметром 14 мм (на глубину не более 7 мм, при расстоянии между ними не менее 2 мм) на расстоянии 79 мм от оси ступицы в обращенной к двигателю стенке шкива. Остаточный дисбаланс должен быть не более 0,005 Нм.

Маховик в сборе

Балансировку маховика в сборе относительно посадочного диаметра под фланец коленчатого вала и привалочного торца осуществляют путем сверления отверстий диаметром 12 мм (на глубину не более 15 мм, при расстоянии между ними не менее 5 мм на расстоянии 189 мм от оси маховика со стороны, обращенной к двигателю). Остаточный дисбаланс 0,033 Нм расположен под углом 110°30′ к смещенному крепежному отверстию со стороны сцепления.

Ведомый диск сцепления в сборе

Относительно боковых поверхностей шлицов ступицы ведомый диск сцепления в сборе балансируют при установке одного — трех грузиков, которые крепятся к диску усиками. После их отгибания обеспечивается неподвижность соединения. Остаточный дисбаланс составляет не более 0,0025 Нм.

Нажимной диск сцепления с кожухом в сборе

Диск балансируют статически в динамическом режиме при установке на рабочую поверхность и два диаметрально расположенных отверстия крепления кожуха к маховику, а также путем сверления отверстий диаметром 13,8 мм в бобышках под пружинами на глубину не более 23 мм. Между опорными поверхностями диска и кожуха расстояние должно быть 9,8 мм при допуске параллельности этих поверхностей 0,03 мм. Остаточный дисбаланс должен быть не более 0,005 Нм. После балансировки установочные отверстия нужно пометить. При любой повторной установке по тем же отверстиям дисбаланс должен быть не более 0,009 Нм.

Коленчатый вал

Динамическая балансировка вала производится на специальном станке. Балансировку осуществляют относительно крайних шеек при сверлении отверстий в первом, втором, седьмом и восьмом противовесах. Остаточный дисбаланс должен быть не более 0,005 Н-м на каждом конце вала. Перед балансировкой на каждую шатунную шейку крепят балансировочный груз. После балансировки полости в шатунных шейках закрывают пробками.

Коленчатый вал с маховиком и сцеплением в сборе

Динамическую балансировку коленчатого вала с маховиком и сцеплением в сборе осуществляют относительно крайних коренных шеек при сверлении отверстий диаметром 15 мм (на глубину не более 15 мм при расстоянии между ними не менее 5 мм) на расстоянии 184 мм от оси вала в не закрытых кожухом сцепления сегментах рабочей поверхности маховика или при сверлении отверстий в бобышках под пружинами нажимного диска сцепления. Остаточный дисбаланс со стороны сцепления (маховика) должен быть не более 0,07 Нм. Перед балансировкой на каждую шатунную шейку надевают груз, а ведомый диск сцепления центрируется относительно внутреннего диаметра подшипника на фланце коленчатого вала с помощью первичного вала коробки передач или специальной оправки.

Подшипники коленчатого вала

Коренные и шатунные подшипники имеют тонкостенные легкосъемные вкладыши, выполненные из биметаллической ленты (стальная лента, алюминиевый сплав АМО 2-20, включающий в себя 1% Си, 20% Sn, остальное А1). Для сталеалюминиевых вкладышей приняты шесть ремонтных размеров P1—Рб шатунных и коренных шеек коленчатого вала с уменьшением на 0,05 (Р1); 0,25 (Р2); 0,50 (РЗ); 0,75 (Р4); 1,00 (Р5); 1,5 (Р6). Тонкостенные вкладыши подшипников имеют высокую степень точности изготовления, и поэтому какой-либо их ремонт недопустим. Единственным способом устранения неисправностей вкладышей является их замена.

Под вкладыши подшипников первого ремонтного размера шлифование шеек вала не требуется. Маркировка ремонтных размеров вкладышей нанесена на стальной поверхности вкладыша. Вкладыши номинальных размеров маркировки не имеют. Между шейкой коленчатого вала и вкладышем подшипника нового двигателя должен быть зазор (для шатунных подшипников 0,032…О,076 мм, для коренных подшипников 0,050…0,107 мм), который обеспечивают при сборке деталей.

При проверке зазоров контрольными щупами рекомендуется проверять затяжку болтов подшипников динамометрическим ключом для обеспечения необходимой равномерной затяжки крышек. При нормальных зазорах в подшипнике шатун (без поршня), установленный на шейку снятого с двигателя вала, должен плавно опускаться под действием собственной массы, переходя из горизонтального положения в вертикальное. При оптимальных зазорах в коренных подшипниках и установленных крышках подшипников без шатунов коленчатый вал должен проворачиваться в постели от небольшого усилия руки.

Установка коленчатого вала

Для установки коленчатого вала нужно повернуть блок на стенде плоскостью разъема картера вверх, снять крышки коренных подшипников, протереть салфеткой постели под вкладыши в блоке и крышках и продуть блок сжатым воздухом. Затем необходимо установить подобранные верхние вкладыши в постели коренных подшипников блока, установить уплотнитель заднего подшипника, установить нижние половинки вкладышей в постели крышек коренных подшипников. При этом нужно внимательно следить за тем, чтобы верхние и нижние вкладыши заднего коренного подшипника не были перепутаны, так как верхние вкладыши имеют отверстия для подвода масла. При неправильной установке вкладышей масляный канал будет перекрыт, подшипник начнет работать без смазочного материала, что приведет к выходу из строя двигателя.

Рис. Проверка затяжки болтов коренных подшипников динамометрическим ключом

Рис. Проверка осевого зазора между передним упорным фланцем коленчатого вала и упорной шайбой:
1 — набор щупов; 2 — ворот

Затем следует установить коленчатый вал в сборе с маховиком, сцеплением, шестерней механизма газораспределения в удобное положение, продуть сжатым воздухом масляные каналы, протереть салфеткой коренные шейки вала, смазать поверхности верхних вкладышей чистым маслом, при меняемым для двигателя, разместить коленчатый вал в подшипниках блока и вставить в гнезда верхние полукольца упорного подшипника, смазать маслом поверхности нижних вкладышей и коренные шейки вала.

Далее необходимо установить крышки коренных подшипников на свои места и нижние полукольца упорного подшипника вместе с крышкой коренного подшипника, вставить болты с пружинными шайбами и завернуть их сначала от руки, затем затянуть с помощью углового торцового ключа, проверить затяжку болтов коренных подшипников динамометрическим ключом. После затяжки болтов каждого подшипника нужно выполнить следующее:

проверить легкость вращения коленчатого вала (момент вращения должен быть не более 70 Нм);
проверить осевой зазор между передним упорным фланцем коленчатого вала и упорной шайбой с помощью щупа и воротка;
передвигая вал вперед и назад в направлении продольной оси двигателя, измерить зазор, который должен быть 0,045 …0,3 мм.

Уплотнение передней и задней шеек коленчатого вала производят, как правило, резиновыми манжетами. Запрессовку уплотнения осуществляют при помощи молотка и оправки, устанавливаемой на уплотнение. Уплотнительные манжеты нужно заменять по мере необходимости при наличии разрывов, разбухании или ороговении резины.

Ремонт кривошипно-шатунного механизма

Восстановление коленчатого вала

Коленчатые валы большинства двигателей изготовлены штамповкой из стали 45, 40Х, 50Т и ДР-У некоторых двигателей валы изготовлены литьем из высокопрочного магниевого чугуна. Основными дефектами коленчатых валов являются износ коренных и шатунных шеек и изгиб вала. Реже встречаются повреждения резьбы, трещины, износы шпоночных канавок, отверстий под болты крепления маховика, посадочных мест под шестерню и шкив, маслосгонной резьбы.

Коленчатый вал выбраковывают при наличии трещин, за исключением небольших продольных трещин на коренных и шатунных шейках длиной до 3 мм. При износе коренных и шатунных шеек, выходящем за пределы последнего ремонтного размера, коленчатые валы дизелей также выбраковывают.

Необходимость восстановления коленчатого вала и замены подшипников определяют по превышению допустимых зазоров в подшипниках.

Перед ремонтом коленчатый вал промывают в моечной машине ОМ-36000. Особенно тщательно промывают полости для центробежной очистки масла и масляные каналы. С помощью магнитного дефектоскопа проверяют наличие трещин на шейках вала.

Изгиб вала устраняют специальной правкой местным наклепом.

Изношенные посадочные места под. шестерню или шкив восстанавливают наплавкой в среде углекислого газа проволокой Св-18ХГСА с последующей обработкой под номинальный размер.

Изношенные шпоночные канавки и отверстия под штифты для установки маховика заваривают полуавтоматом в среде углекислого газа проволокой Св-08Г2С. Шпоночную канавку фрезеруют на том же месте, чтобы не нарушить установку распределительных шестерен. Заваренные отверстия после зачистки торцовой поверхности на токарном станке просверливают, зенкуют и развертывают на сверлильном станке.

Наиболее распространенным способом восстановления коренных и шатунных шеек коленчатых валов является шлифование их под ремонтные размеры, установленные для каждой марки двигателя. Перед шлифованием шеек должны быть устранены все другие дефекты вала. Измеряют шейки в двух сечениях на расстоянии 10 мм от щек и в двух плоскостях: в плоскости кривошипа и перпендикулярно ей.

Для шлифования шеек коленчатых валов применяют универсальный шлифовальный станок 3A423, на котором можно шлифовать как коренные, так и шатунные шейки, или специализированные станки. Все шейки шлифуют под один ремонтный размер. Сначала шлифуют коренные шейки, а затем шатунные. За установочные базы при шлифовании коренных шеек принимают фаску отверстия под храповик и фаску или отверстие в торце вала под подшипник. Предварительно эти базы проверяют и при необходимости исправляют. Для проверки коленчатый вал устанавливают в центрах и измеряют его биение по неизношенным поверхностям. Радиальное биение шейки под шестерню и фланца маховика не должно превышать соответственно 0,03 и 0,05 мм.

При шлифовании шатунных шеек за установочные базы принимают шейку под шестерню и наружную цилиндрическую поверхность фланца маховика или прошлифованные крайние коренные шейки.

Перед шлифованием отверстия масляных каналов зенкуют на сверлильном станке или электродрелью со специально заправленным абразивным инструментом или сверлом диаметром 14-16 мм с твердосплавными пластинками.

При шлифовании шатунных шеек коленчатый вал устанавливают в трехкулачковых патронах центросместителей передней и задней бабок. С помощью центросместителей ось коренных шеек смещают относительно оси пинолей передней и задней бабок на величину радиуса кривошипа. Угловая ориентация вала осуществляется индикаторным приспособлением по шлифуемой шейке. Для восприятия усилия, создаваемого при врезании в шейку абразивного круга, и предугреждения прогиба вала применяют люнет.

Рис. Приспособление для установки вала при шлифовании шатунных шеек: 1 — призма; 2 — шатунная шейка; 3 — индикаторное устройство.

Шейки коленчатого вала шлифуют электрокорундовыми кругами на керамической связке зернистостью 16-60, твердостью СМ2, CI, СТ1 и СТ2. Режим шлифования: окружная скорость шлифовального круга — 25-35 м/с; окружная скорость вала — 18-25 м/мин (при шлифовании коренных шеек) и 7-12 м/мин (при шлифовании шатунных шеек), поперечная подача круга — 0,003-0,006 мм/об, продольная подача — 7-11 мм/об. С целью предотвращения образования микротрещин при шлифовании применяют обильное охлаждение.

Для получения шероховатости поверхности Ra 0,16-0,32 мкм после шлифования шейки полируют пастой ГОИ № 20-30 на установке ОР-26320 или на стенде 6749. На специализированных ремонтных предприятиях при больших программах ремонта для доводки шеек вместо полирования применяют суперфиниширование на специальном полуавтомате 3875К.

Шейки коленчатых валов автомобильных двигателей, вышедшие по размерам за пределы ремонтных, наплавляют автоматической наплавкой под слоем флюса и обрабатывают до номинальных размеров.

Восстановленные коленчатые валы подвергают динамической балансировке на специальной машине КИ-4274 или БМ-У4.

После шлифования и полирования шеек коленчатые валы и масляные каналы тщательно промывают и продувают сжатым воздухом.

При контроле восстановленных валов проверяют размеры, определяют конусообразность, овальность, бочко- и седлообразность всех шеек с помощью скобы, настроенной по концевым мерам. Взаимное расположение коренных и шатунных шеек, биение средних коренных шеек, поверхности фланца под маховик, биение поверхностей под шкив и шестерню, смещение осей шатунных шеек относительно общей плоскости, проходящей через первую коренную и первую шатунную шейки, а также радиус кривошипа определяют контрольными приспособлениями. Шероховатость поверхности определяют по образцам шероховатости.

Ремонт шатунов

Шатуны большинства автотракторных двигателей изготавливают из сталей 45, 40Х, 40Г и др. Основные дефекты шатунов: изгиб и скручивание стержня; износ отверстия нижней головки шатуна, втулки и отверстия верхней головки под втулку; износ опорных поверхностей крышки под гайки шатунных болтов и др.

Шатуны выбраковывают при наличии трещин, обломов, аварийных изгибов. Кроме того, шатуны двигателей СМД-60, СМД- 64 и их модификаций выбраковывают, если смяты треугольные шлицы на опорных поверхностях разъема нижней головки.

Рис. Приспособление КИ-724 для проверки шатунов: а — установка шатуна на приспособление; б — установка стрелки индикаторов на ноль; в — устройство оправки: 1 — шатун с крышкой; 2 — призма с индикаторами; 3 — ограничитель; 4 — плита; 5 — зажимной палец; 6 — рукоятка; 7 — оправка; 8 — опорная поверхность оправки; 9 — зажимной винт ограничителя.

Изгиб и скрученность шатунов проверяют при помощи индикаторных и оптических приспособлений. В мастерских общего назначения для проверки шатунов используют приспособление КИ-724, которое является универсальным и позволяет контролировать шатуны двигателей разных марок. Перед проверкой в отверстие плиты 4 приспособления вставляют оправу 7. При этом опорная поверхность 8 оправки для нижней головки шатуна должна находиться вверху, а зажимной палец 5 — внизу. Шатун без втулки верхней головки закрепляют на оправке 7. В отверстие верхней головки шатуна предварительно вводят малую оправку приспособления. Установив призму 2 на малую оправку, перемещают шатун вместе с оправкой и призмой до тех пор, пока упор призмы не коснется поверхности плиты. В таком положении закрепляют оправку рукояткой 6. Затем снимают шатун с приспособления, а призму с индикатором устанавливают на оправку 7 и перемещают, пока упор призмы не коснется поверхности плиты и стрелка индикатора не повернется на 1,0-1,5 оборота. В этом положении стрелку верхнего индикатора устанавливают на ноль. Поворачивают призму на оправке так, чтобы измерительный стержень нижнего индикатора и второй упор соприкасались с плитой, и устанавливают на ноль стрелку другого индикатора.

Устанавливают шатун на оправке 7 так, чтобы его нижняя головка уперлась в ограничитель 3. Ставят призму на малую оправку верхней головки шатуна и подводят ее к плите. При касании упора призмы стрелка верхнего индикатора покажет величину изгиба в сотых долях миллиметра на длине 100 мм. Повернув призму другой стороной, нижним индикатором определяют величину скрученности шатуна.

Для шатунов дизелей всех марок изгиб не должен превышать 0,05 мм, а скрученность — 0,08 мм на длине 100 мм (расстояние между упором призмы и измерительным стержнем индикатора). Допустимый изгиб шатунов автомобильных двигателей 0,03 мм, допустимая скрученность 0,06 мм.

Шатуны, имеющие изгиб или скрученность, выходящие за допустимые значения, восстанавливают или выбраковывают. Допускается правка с подогревом стержня пламенем газовой горелки до температуры 450-500°С. Подогрев снимает внутренние напряжения в стержне шатуна, которые во время работы двигателя стремятся возвратить шатун в исходное (деформированное) состояние.

Износ отверстий нижней головки шатуна устраняют несколькими способами в зависимости от степени износа. Перед восстановлением проверяют опорные поверхности под головки шатунных болтов и гаек, а также плоскости разъема.

Опорные поверхности фрезеруют до выведения следов износа. Смятые или изношенные плоскости разъема фрезеруют или шлифуют до получения параллельности плоскостей с образующей отверстия. Непараллельность допускается не более 0,02 мм на всей длине плоскостей разъема.

Если слой металла, снятый шлифованием с плоскостей разъема крышки, не превышает 0,3 мм, а с плоскостей разъема шатуна 0,2 мм для дизелей и соответственно 0,4 и 0,3 мм для карбюраторных двигателей, то шатун собирают, затягивают гайки с нормальным усилием затяжки и растачивают, а затем шлифуют до номинального размера.

Если отверстия под вкладыши в шатунах изношены настолько, что с плоскостей разъема требуется снимать слой металла больший, чем указано выше, то отверстия восстанавливают наращиванием слоя металла (железнение, газопламенное напыление и др.) с последующей обработкой под номинальный размер.

Газотермическое напыление коренных шеек коленчатого вала ЯМЗ 238. Роботизированный комплекс

Изношенное отверстие под втулку в верхней головке шатуна растачивают или развертывают до выведения следов износа и запрессовывают втулку увеличенного размера по наружному диаметру. Отверстие под втулку растачивают на станке УРБ-ВП-М или на токарном станке с помощью специального приспособления. После расточки втулку раскатывают роликовыми раскатниками на тех же станках. При растачивании оставляют припуск на раскатку 0,04-0,06 мм. Процесс раскатки уменьшает шероховатость поверхности и увеличивает прочность посадки втулки на 70—80%.

Изношенные втулки верхней головки шатуна восстанавливают обжатием с последующим наращиванием наружной поверхности меднением, осадкой в шатуне, термодиффузионным цинкованием с последующей механической обработкой.

Ремонт поршней и пальцев

В большинстве двигателей поршни изготовлены из сплавов алюминия. В процессе эксплуатации в них возможны следующие дефекта: износ наплавляющей части (юбки) поршня, канавок под поршневые кольца и отверстий в бобышках под поршневой палец; задиры и трещины. Основной дефект поршневых пальцев — износ наружной поверхности под втулку верхней головки шатуна и под отверстия бобышек поршня, возможны трещины, сколы и забоины.

Поршни и поршневые кольца, изношенные свыше допустимых пределов размеров, не восстанавливают. При текущем ремонте изношенные отверстия бобышек развертывают под палец увеличенного размера. Чтобы сохранить соосность отверстий, их разворачивают специальной длинной разверткой за один проход. После развертывания проверяют диаметр отверстия индикаторным нутромером и перпендикулярность оси отверстий к оси (или образующей) поршня на специальных приспособлениях.

Определение частоты вращения коленчатого вала

Для определения частоты вращения коленчатого вала используются датчики, указанные ниже.

Зажим триггера

Сигнал частоты вращения регистрируется на свечном проводе с помощью зажима триггера. Зажим индуктивно регистрирует сигнал высокого напряжения, который направляется от распределителя к любому цилиндру. Импульсы передаются от зажима триггера к анализатору, где преобразуются в сигнал частоты вращения. Зажим необходимо располагать как можно ближе к свече зажигания и как можно дальше от провода высокого напряжения свечи зажигания соседнего цилинда.

Рис. Зажим триггера

Датчик светового барьера

Определение частоты вращения с помощью датчика светового барьера используется, когда отсутствует возможность прямой регистрации сигнала на двигателе (например, сложно снять сигнал частоты вращения коленчатого вала с помощью триггера или с катушки зажигания). На вращающуюся деталь (вентилятор, клиновой ремень) наносится специальная отражательная метка, которая при вращении детали регистрируется датчиком. Датчик светового барьера должен располагаться таким образом, чтобы обороты могли регистрироваться без помех (вибрации и т.п.). При подсчете частоты вращения коленчатого вала необходимо учитывать передаточное отношение проверяемой вращающейся детали относительно коленчатого вала. Такой способ регистрации частоты вращения используется редко.

Рис. Датчик светового барьера

Зажим катушки зажигания

Сигнал частоты вращения снимается с кабеля катушки зажигания с помощью соответствующего зажима. Зажим должен быть прикреплен как можно ближе к катушке зажигания. Он индуктивно снимает сигнал высокого напряжения, которое подводится к распределителю. Импульс передается дальше от зажима к измерительной коробке и преобразуется там в сигнал частоты вращения.

Датчик верхней мертвой точки (через диагностический разъем)

Как уже упоминалось, начиная с 2000 г. на автомобилях обычно устанавливается стандартный диагностический разъем. Регистрация сигнала частоты вращения происходит с использованием соответствующей штекерной вилки по сигналу датчика верхней мертвой точки, что обеспечивает очень точное измерение частоты вращения.

Ротофон

Считывание частоты вращения может производиться с помощью анализатора звуковых колебаний, исходящих от двигателя во время его работы. При этом в качестве датчика используется микрофон, который устанавливается рядом с выхлопной трубой транспортного средства. Недостатки данного способа — невысокая точность измерения и повышенные требования к звукоизоляции зоны испытаний.

Датчик вибрации двигателя

Это один из наиболее широко используемых в настоящее время датчиков для считывания частоты вращения. Его работа основана на частотном анализе вибрации двигателя при его работе. Датчик имеет магнит, с помощью которого он устанавливается на стальную и жестко соединенную с блоком цилиндров деталь двигателя. К недостаткам следует отнести повышенные требования к отрегулированности и равномерности работы двигателя.

Датчик импульсов тока генератора

Этот датчик также достаточно широко распространен благодаря его простоте и надежности. При этом частота вращения считывается по колебаниям тока зарядки генератора. Для проведения измерения клеммы датчика подключаются к клеммам аккумуляторной батареи.

В связи с необходимостью обязательного контроля температурного режима двигателя при проверке состава отработавших газов газоанализаторы могут снабжаться специальными датчиками определения температуры масла. Такой датчик представляет собой специальный зонд, который вставляется в систему смазки вместо щупа для измерения уровня масла. Поскольку масляные щупы имеют разную длину, в датчиках температуры имеются специальные пробки, позволяющие адаптировать датчики. Длина датчика может изменяться в пределах 100.1500 мм.

Автоматические регуляторы частоты вращения коленчатого вала двигателя

Автоматические регуляторы частоты вращения служат для поддержания на заданном уровне частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Детали всережимного регулятора частоты вращения показаны на рисунке. Рычаг управления 13, связанный с педалью акселератора, при своём повороте воздействует на рабочую пружину регулятора 11, изменяя её предварительную затяжку и устанавливая таким образом регулируемый скоростной режим двигателя. Пружина регулятора одним концом соединена с валом рычага управления и вторым концом с рычагом регулятора 10, который в свою очередь соединён тягой с дозирующим клапаном 15. Обойма грузов регулятора 8 закреплена на валу привода 7, в обойме установлены несколько грузов, движение которых передаётся через муфту 6 регулятора рычагу 10.

Схема работы центробежного регулятора показана на рисунке:

Рис. Схема работы регулятора частоты вращения Лукас:
1 – рычаг управления; 2 – рабочая пружина; 3 – грузы; 4 – муфта регулятора; 5 – пружина холостого хода; 6 – винт регулировки минимальной частоты вращения коленчатого вала; 7 – рычаг регулятора; 8 – ось вращения; 9 – тяга; 10 – дозирующий клапан; 11 – винт регулировки максимальной частоты вращения коленчатого вала

При работе двигателе на минимальной частоте вращения коленчатого вала (рис. а) равновесие с центробежной силой грузов обеспечивается пружиной холостого хода 5. В случае увеличения скоростного режима работы двигателя пружина сжимается и воздействует на тягу 9, управляющую дозирующим клапаном 10, поддерживая таким образом стабильную частоту вращения.

На режимах частичной и полной нагрузок пружина холостого хода не работает и положение тяги 9, управляющей дозирующим клапаном 10, зависит от усилия натяжения рабочей пружины 2, т. е. от положения педали акселератора. На частичных нагрузках грузы 3 (рис. б) центробежного регулятора расходятся, передвигая при этом муфту 4 и последняя, воздействуя на рычаг 7, перемещает тягу 9. Дозирующий клапан при этом устанавливается в положение небольшой подачи.

При увеличении нагрузки (рис. в) частота вращения коленчатого вала начинает падать. Грузы при этом сходятся, муфта передвигается влево, рычаг регулятора 7 передвигая тягу 9, устанавливает дозирующий клапан 10 в положение большей подачи.

В случае превышения максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя, установленной для него, вследствие большого расхождения грузов регулятора, дозирующий клапан устанавливается в положение уменьшения подачи топлива (рис. г) и частота вращения коленчатого вала уменьшается до допустимой.

В ТНВД Лукас могут применяться как двухрежимные, так и всережимные регуляторы. В двухрежимных регуляторах в отличие от всережимных, устанавливается пластинчатая пружина холостого хода, вместо обычной пружины. Рычаг управления при этом связан с рычагом регулятора и дозирующим клапаном не через рабочую пружину, а непосредственно напрямую с дозирующим клапаном. Двухрежимный регулятор осуществляет регулирование только максимального и минимального скоростных режимов.

Регуляторы частоты вращения коленчатого вала двигателя

В процессе эксплуатации тракторов и автомобилей двигатели работают с переменными нагрузками, что всегда приводит к нарушению соответствия между мощностью двигателя и внешними сопротивлениями. Это вызывает изменение частоты вращения коленчатого вала двигателя и скорости движения трактора или автомобиля. Работа двигателя с непрерывно изменяющимися скоростными режимами приводит к нарушению технологических процессов при производстве сельскохозяйственных работ, где в большинстве случаев требуются постоянная скорость движения машины или агрегата и неизменная частота вращения ВОМ.

Чтобы поддержать заданный скоростной режим работы при резко изменяющейся внешней нагрузке, двигатели современных тракторов и автомобилей оснащают регуляторами.

Регулятором называют устройство, автоматически поддерживающее заданную частоту вращения вала двигателя путем воздействия на орган управления работой двигателя. В карбюраторных двигателях регулятор действует на дроссельную заслонку, изменяя количество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, а в дизелях — на рейку топливного насоса, изменяя подачу топлива секциями топливного насоса высокого давления.

Наиболее распространены центробежные, пневматические и пневмо- центробежные регуляторы. По числу регулируемых режимов различают регуляторы одно-, двух- и всережимные.

Регулятор частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя

В отличие от бензинового двигателя дизельные двигатели не имеет во впускном трубопроводе дроссельной заслонки, позволяющей четко регулировать частоту вращения коленчатого вала за счет изменения подачи воздуха с одновременным изменением подачи топлива. У дизельного двигателя не существует положения управляющей рейки, которое бы позволило двигателю поддерживать определенную частоту вращения коленчатого вала двигателя без помощи регулятора. Например, при запуске холодного двигателя и его работе на холостом ходу, потери на трение кривошипно-шатунного, газораспределительного и других механизмов и приводимых от двигателя агрегатов начинают снижаться, а количество подаваемого топлива будет постоянным. При отсутствии регулятора частота вращения будет увеличиваться и может достичь критической точки, при которой может произойти разрушение двигателя.

Регуляторы частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя устанавливаются на насосе высокого давления и приводятся в действие от кулачкового вала. Его работа основана, как и в автоматической муфте опережения впрыска, на использовании центробежных сил. Например, при заданном положении педали управления подачи топлива и возникновении дополнительного сопротивления движению (на подъеме) частота вращения коленчатого вала двигателя будет уменьшаться, а скорость автомобиля падать. Чтобы ее поддержать на заданном уровне, необходимо повысить крутящий момент двигателя. Это может быть достигнуто увеличением количества топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя. Регулятор воспринимает снижение частоты вращения коленчатого вала и автоматически увеличивает подачу топлива насосом высокого давления, благодаря чему скорость автомобиля восстанавливается до заданного значения.

Аналогичным образом регулятор изменяет подачу топлива при уменьшении нагрузки на двигатель, только в этом случае управляющее воздействие регулятора сводится к уменьшению количества впрыскиваемого топлива. В результате при снижении нагрузки на двигатель происходит уменьшение скорости движения и доведение ее до заданного уровня. Таким образом, регулятор автоматически изменяет подачу топлива при изменении нагрузки на двигатель и обеспечивает установку любого выбранного скоростного режима при отклонениях от него в пределах – 10…20%.

Различают двухрежимный и всережимные регулятора частоты вращения коленчатого вала.

Двухрежимный регулятор (типа RQ) поддерживающий определенную частоту вращения коленчатого вала на режимах минимальной и максимальной частоты вращения коленчатого вала. Всережимный регулятор (типа RSV) поддерживает необходимую частоту вращения на всех режимах работы двигателя.

Всережимные регуляторы устанавливаемые на небольших высокооборотистых двигателях позволяют поддерживать частоту вращения коленчатого вала в пределах 6…10%.

В топливных насосах применяют регуляторы с различными принципами работы:

механические
пневматические
гидравлические
комбинированные

Для автомобильных двигателей наиболее широко применяют механические центробежные регуляторы и реже пневматические регуляторы.

Центробежный регулятор представляет собой систему, состоящую из вращающихся грузов, пружин и рычагов, связанных с рейкой топливного насоса высокого давления, управляющей цикловой подачей топлива.

Двурежимный регулятор

В двухрежимных регуляторах механизм регулятора связан с рейкой насоса высокого давления при помощи дифференциального рычага, соединенного также и с тягой педали акселератора, которой управляет водитель. Основными элементами двухрежимного центробежного регулятора являются большие 4 и малые 3 грузы.

Рис. Схема работы двухрежимного центробежного регулятора

Грузы свободно посажены на пальцы крестовины 1 и упираются лапками в скользящую муфту 5, также свободно установленную на вращающемся валу 6 регулятора, связанном зубчатой передачей с валом топливного насоса. С противоположной стороны в скользящую муфту под действием слабой пружины 12, помещенной в стакане 13 и втулке 11, упирается основной (вильчатый) рычаг 7 регулятора. Этот рычаг соединен при помощи двуплечего рычага 8 с рейкой 9 топливного насоса высокого давления и тягой 14 педали акселератора. Сильная пружина 10, установленная на втулке 11, упирается в неподвижную стенку корпуса регулятора. Грузы со слабой пружиной и сильной пружинами образуют две последовательно действующие системы регулирования, в которых используется общий рычажный механизм.

Массы грузов и затяжку слабой пружины подбирают так, чтобы действующие на муфту составляющие центробежной силы грузов и силы пружины оказались равными, т.е. чтобы система была в равновесии при минимальной частоте вращения коленчатого вала. Педаль акселератора во время работы двигателя на холостом ходу с минимальной частотой вращения коленчатого вала полностью отпущена и двуплечий рычаг находится в положении I. При самопроизвольном уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя центробежная сила грузов уменьшается и пружина 12, отклоняя вильчатый рычаг, перемещает рейку топливного насоса в сторону увеличения подачи топлива. В случае самопроизвольного повышения частоты вращения коленчатого вала двигателя центробежная сила грузов увеличивается и муфта 5, отклоняя вильчатый рычаг и сжимая при этом пружину 12, перемещает рейку насоса в сторону уменьшения подачи топлива. Таким образом, одна система двухрежимного регулятора обеспечивает устойчивую работу дизеля при минимальной частоте вращения коленчатого вала на холостом ходу.

Массу грузов и затяжку сильной пружины подбирают так, чтобы равновесие системы обеспечивалось при максимальной частоте вращения коленчатого вала, допустимом для данного двигателя. Педаль акселератора при работе двигателя с максимальной частотой вращения коленчатого вала полностью нажата, и двуплечий рычаг находится в положении II. При этом большие грузы регулятора раздвигаются до упоров 2 и не изменяют своего положения, сжимая слабую пружину вильчатым рычагом настолько, что стакан 13 вдвигается до упора в торец втулки 11.

С дальнейшим увеличением частоты вращения коленчатого вала, которое может происходить при уменьшении нагрузки дизеля, центробежная сила грузов увеличивается и муфта 5, отклоняя вильчатый рычаг и сжимая при этом пружину 10, перемещает рейку насоса высокого давления в сторону уменьшения подачи топлива. Таким образом, вторая система двухрежимного регулятора ограничивает максимальную частоту вращения, не допуская его разноса, даже при его полной разгрузке.

На рисунке приведены скоростные характеристики дизеля с двухрежимным регулятором.

Рис. Характеристики дизеля с двухрежимным регулятором:
Мкр – крутящий момент; Nе – мощность; n – частота вращения коленчатого вала

Кривые 1, 2 и 3 соответствуют различным положениям педали акселератора. Участок n1…n2 регулируется системой минимальной, а участок n3…n4 системой максимальной частоты вращения регулятора. В диапазоне между этими участками режим работы двигателя управляется только педалью акселератора без воздействия регулятора.

Центробежный регулятор всережимного типа

Центробежный регулятор всережимного типа также представляет собой систему, состоящую из вращающихся грузов, пружины и основного рычага, связанного с рейкой топливного насоса высокого давления, управляющей цикловой подачей топлива. Особенность регулятора этого типа заключается в отсутствии непосредственной связи рейки топливного насоса с педалью акселератора. На рисунке дана схема всережимного центробежного регулятора.

Рис. Схема работы всережимного центробежного регулятора

На вращающемся валу 9 регулятора, который при помощи шестерен связан с кулачковым валом топливного насоса, закреплена крестовина 6. В проушинах крестовины на пальцах 7 установлены качающиеся грузы 8 с лапками, которые упираются в подвижную муфту 10, надетую на вал регулятора. С другой стороны в муфту упирается основной вильчатый рычаг 2, установленный на оси 11 и соединенный с пружиной 3 и рейкой 1 топливного насоса высокого давления. Другой конец пружины соединен с рычагом 4, жестко связанным общей осью с рычагом 5 управления регулятором, который размещен с наружной стороны корпуса регулятора.

Система находится в равновесии, когда составляющие центробежной силы вращающихся грузов и силы пружины, действующие на подвижную муфту, равны между собой. При повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя и связанного с ним вала регулятора, происходящем при уменьшении нагрузки, центробежная сила грузов увеличивается, заставляя их раздвинуться и переместить подвижную муфту, вильчатый рычаг и связанную c ним рейку топливного насоса в сторону уменьшения подачи топлива. В случае понижения частоты вращения, происходящем при увеличении нагрузки дизеля, центробежная сила грузов уменьшается и пружина, воздействуя на вильчатый рычаг, перемещает рейку топливного насоса в сторону увеличения подачи топлива. Частоту вращения изменяют натяжением пружины, связанной с рычагом управления регулятором, причем для повышения частоты вращения коленчатого вала необходимо увеличить натяжение пружины.

На рисунке приведены скоростные характеристики дизеля с всережимным регулятором частоты вращения.

Рис. Характеристики дизеля с всережимным регулятором:
Мкр – крутящий момент; Nе – мощность; n – частота вращения коленчатого вала

Каждому положению рычага управления регулятором соответствует определенная ветвь кривой – А1В1, А2В2 и т.д., характеризующая зависимость частоты вращения коленчатого вала от мощности и крутящего момента (нагрузки) двигателя в диапазоне от полной мощности, развиваемой при максимальной частоте вращения коленчатого вала, до холостого хода при минимальной частоте вращения коленчатого вала. Из рассмотрения характеристик видно, что при постоянном положении рычага управления регулятором частота вращения мало зависит от изменения мощности в широких пределах. Однако степень неравномерности увеличивается при уменьшении регулируемой частоте вращения и становится значительной (40…70%) при минимальной частоте вращения на холостом ходу. Это обусловливается постоянной жесткостью пружины и значительным уменьшением центробежной силы грузов при уменьшении частоты вращения вала регулятора.

Регуляторы принцип работы которых описан выше применяются на большинстве рядных ТНВД. На рисунке показан двухрежимный регулятор рядного ТНВД легкового автомобиля Мерседес.

Рис. Двухрежимный регулятор:
1 – вакуумная камера остановки двигателя; 2 – контргайка; 3 – вакуумная камера увеличения частоты вращения коленчатого вала двигателя; 4 – ограничительный винт количества топлива на минимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя; 5 – рычаг изменения подачи топлива; 6 – винт пружины регулятора; 7 – промежуточный рычаг; 8 – винт регулировки максимальной частоты вращения; 9 – центробежный регулятор; 10 – рейка; 11 – упорный рычаг; 12 – рычаг рейки

На режиме пуска вследствие максимального сближения грузов центробежного регулятора 9 рейка регулирования подачи топлива 10 через систему рычагов занимает положение полной подачи топлива.

При работе двигателя в режиме холостого хода, вследствие воздействия на рейку слабой пружины со стороны вертикального рычага и положения центробежных грузов, поддерживается стабильная частота вращения коленчатого вала.

В режиме частичной или полной нагрузки воздействие на рейку насоса осуществляется только от педали акселератора, которая связана системой тяг с рычагом изменения подачи топлива на регуляторе и регулятор частоты вращения в работе не участвует.

При увеличении частоты вращения коленчатого вала во время торможения двигателем рейка насоса устанавливается в положение прекращения подачи. Если частота вращения коленчатого вала достигнет 5150 об/мин рейка устанавливается в положение прекращения подачи топлива, чем достигается ограничение максимальной частоты вращения, для предотвращения максимально допустимых нагрузок на двигатель.

Пневматические регуляторы частоты вращения коленчатого вала

Регуляторы такого типа устанавливаются на микроавтобусах Мерседес-Бенц. Рядные ТНВД такого типа аналогичны описанным выше. Однако вместо центробежных регуляторов в них установлены пневматические регуляторы. Регулирование частоты вращения коленчатого вала осуществляется перемещением диафрагмы, воздействующей на рейку управления подачей топлива.

В зависимости от нагрузки (величины перемещения педали акселератора 5) разрежение у перехода Вентури 2 изменяется. Разрежение передается по трубопроводу 19 в вакуумную камеру 11. Левая часть диафрагмы выходит в атмосферную камеру 14 и находится под постоянным давлением атмосферы. Вследствие разности давлений диафрагма в зависимости от нагрузки перемещается на большую или меньшую величину, воздействую через планку 15 на рейку подачи, поддерживая таким образом необходимую частоту вращения коленчатого вала.

Рис. Пневматический регулятор:
1 – заслонка; 2 – переход Вентури; 3 – регулировочный болт минимальной частоты вращения коленчатого вала; 4 – рычаг дроссельной заслонки; 5 – педаль акселератора; 6 – кнопка тяги рычага запуска и выключения; 7 – дополнительная пружина стабилизации холостого хода; 8 – рычаг; 9 – кулачок; 10 – пружина регулятора; 11 – вакуумная камера; 12 – винт-ограничитель полной нагрузки; 13 – рычаг запуска и выключения; 14 – камера атмосферного давления; 15 – планка управления рейкой подачи топлива; 16 – диафрагма; 17 – пружина; 18 – штуцер прокачки; 19 – трубопровод подвода разрежения; 20 – регулировочный болт максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя

При запуске холодного двигателя кнопкой 6 вытягивается тяга, которая поворачивает рычаг 13, который в свою очередь воздействуя на ось, поворачивает рычаг регулятора, перемещающий рейку подачи в сторону увеличения подачи топлива. После прогрева двигателя кнопка утапливается и рейка устанавливается на меньшую подачу.

Регулировка минимальной и максимальной частоты вращения коленчатого вала осуществляется соответственно болтами 3 и 20. Для устойчивой работы двигателя на холостом ходу предусмотрена пружина стабилизации холостого хода 7, с помощью которой поддерживается стабильная частота вращения коленчатого вала. Во время торможения автомобиля с помощью двигателя педаль акселератора через тягу закрывает заслонку 1, прекращая таким образом подачу воздуха и воздействуя через дополнительную тягу поворачивает рычаг 8 и кулачок 9. Подача топлива при этом прекращается.

Положение рычага управления подачей топлива, а значит и рейки по максимальной подаче может регулироваться специальным винтом 12.

Устройство, повышающее частоту вращения коленчатого вала

Рассматриваемый ТНВД имеет устройство, повышающее частоту вращения коленчатого вала при работе непрогретого двигателя (температура охлаждающей жидкости ниже +30°С) на 100 об/мин. Схема соединений трубопроводов показана на рисунке.

В систему охлаждения встроен термоклапан 5, который может подавать разряжение от вакуумного насоса 1 через редукционный клапан 4 к вакуумной камере увеличения частоты вращения 6 на непрогретом двигателе. При температуре двигателя ниже +30°С термоклапан открыт и разрежение подается к вакуумной камере.

При подаче разрежения в вакуумную камеру шток, связанный с диафрагмой камеры воздействует через пластину, которая через рычаг 12 устанавливает рейку в положение увеличенной подачи топлива. Поворотом вакуумной камеры при необходимости регулируется номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя.

Рис. Схема подачи разряжения к вакуумной камере увеличения частоты вращения на непрогретом двигателе:
1 – вакуумный насос; 2 – ТНВД; 3 – вакуумная камера остановки двигателя; 4 – редукционный клапан; 5 – термоклапан; 6 – вакуумная камера увеличения частоты вращения на непрогретом двигателе; 7 – механический регулятор частоты вращения; b – подача вакуума вакуумной камере остановки двигателя; c – подача разряжения к остальным потребителям, например в систему регулировки наклона фар; e – подача разряжения к гидровакуумному усилителю тормозов

После прогрева двигателя до температуры +30°С, термоклапан закрывается и вакуумная камера через вентиляционную трубку сообщается с атмосферой, диафрагма камеры возвращается в первоначальное положение и двигатель работает в режиме номинальной частоты вращения коленчатого вала. Установка редукционного клапана позволяет предотвратить падение разряжения при торможении автомобиля, разряжение в вакуумную камеру при этом не подается.

Для остановки двигателя также используется вакуум. Схема соединений трубопроводов для остановки двигателя показана на рисунке.

Рис. Схема подачи разряжения к вакуумной камере останова двигателя:
1 – ТНВД; 2 – вакуумный насос; 3 – вакуумная камера останова двигателя; 4 – клапан замка зажигания; 5 – кулачковая шайба замка зажигания; 6 – дроссель; с – подача разряжения к остальным потребителям; е – подача вакуума к гидровакуумному усилителю тормозов; А – перегородка кузова

Разрежение от вакуумного насоса 2 через дроссель 6 подается к клапану 4, установленному на замке зажигания. Через кулачковую шайбу 5, которая поворачивается ключом зажигания, клапан 4 открывается и разряжение подается в вакуумную камеру остановки двигателя.

При подаче разрежения в вакуумную камеру 1, вследствие поворота ключа зажигания диафрагма камеры выгибается вверх под действием разряжения и шток диафрагмы поворачивает рычаг 11, который устанавливает рейку в положение прекращения подачи топлива. Рейка насоса может устанавливаться в положение прекращения подачи внешним рычагом остановки двигателя на топливном насосе.