Клапаны

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные кана­лы, по которым в цилиндры поступает горючая смесь или воздух и выходят отработавшие газы. Клапаны должны надежно изолиро­вать цилиндр от впускного и выпускного трубопроводов во время тактов сжатия и рабочего хода, а также оказывать минимальное сопротивление движению газов в открытом положении.

Конструкция. Клапан состоит из головки и стержня, на кон­це которого имеются кольцевые проточки. Клапанный узел со­стоит из самого клапана, вставленного в направляю­щую втулку, стопорного кольца, маслоотражательного кол­пачка, опорной шайбы пружины, внутренней пружины, наружной пружины, тарелки пружин, двух сухарей, толка­теля и регулировочной шайбы. Плавный переход от стер­жня к головке уменьшает сопротивление при обтекании газами, особенно при такте впуска, увеличивает прочность клапана, улуч­шает теплоотвод. Головка клапана может быть плоской, выпук­лой, тюльпанообразной. Она должна иметь хорошую сопротив­ляемость короблению, так как головки выпускных клапанов мо­гут нагреваться до 850 "С, а впускных — до 400 °С. Для улучше­ния обтекаемости и снижения гидравлических потерь переход от головки к стержню выполняется плавным, с большим радиу­сом. Головки выпускных клапанов плоские. Они проще в изго­товлении и обладают необходимой жесткостью. Головки впуск­ных клапанов для уменьшения веса и инерционных сил делают тюльпанообразными. Диаметры головок впускных и выпускных клапанов могут быть одинаковыми, однако чаще головки впускных клапанов имеют больший диаметр для улучшения напол­нения цилиндра горючей сме­сью или воздухом. Для умень­шения сопротивления при впуске впускные клапаны авто­мобилей ВАЗ-21 10, -2111, -2112, -1111, -11113 и ИЖ-2126 наклонены к оси цилиндра. Для повышения надежности и гер­метичности сопряжения кла­пан—седло на головке клапана есть фаска, которую шлифуют, а затем притирают по месту специальными пастами. Контакт­ный поясок на фаске должен иметь ширину не менее 0,5 мм. Повышение надежности сопряжения достигается наплавкой на фаску специального износостойкого сплава. У выпускных кла­панов двигателей автомобилей «ГАЗель» на фаску наплавляют хромоникелевый сплав. У двигателя автомобиля ЗИЛ-433100 на оба клапана наплавляется сплав ЭП-616-Б.

Детали клапанного узла:

1 — клапан; 2 — направляющая втулка; 3 — стопорное кольцо; 4 — маслоотражательный колпачок; 5 — опорная шай­ба пружин; 6 — внутренняя пружина; 7— наружная пружина; 8— тарелка пру­жин; 9 — сухарь; 10 — регулировочная шайба; 11 — толкатель

Материалы. Клапаны изготовляют из жаропрочных сталей: впускной — из хромокремнистой, выпускной — из хромоникель-марганцовистой с присадкой азота. У ЗИЛ-433100 клапаны из жа­ропрочной стали с хромовым покрытием. Тарелки пружин клапа­нов и сухари изготовляют из малоуглеродистой стали и подверга­ют поверхностной нитроцементации.

Фаски клапанов выполняют под углом 30 и 45°. Клапан с фас­кой под углом 45° при одинаковом подъеме имеет меньшие про­ходные сечения, чем клапан с фаской под углом 30°, однако обес­печивает лучшую центровку в седле и большую жесткость голов­ки. Поэтому фаску под углом 30° применяют главным образом для впускных клапанов форсированных двигателей.

У некоторых двигателей, например ЗИЛ-508.10, для лучшего охлаждения в стержне выпускного клапана высверлен канал, ча­стично заполненный натрием. При нагреве натрий плавится и, испаряясь, отбирает теплоту у головки клапана и передает его че­рез направляющую втулкустенкам головки блока цилиндров. Направляющие втулки /2 обеспечивают перпендикулярное от­носительно седла 13 перемещение клапана. На двигателях ЗМЗ-4061 и -4063 втулки изготавливают из серого чугуна. Двига­тели автомобилей «ГАЗель» имеют направляющие втулки, изго­товленные прессованием с последующим спеканием из смеси же­лезного, медного и графитового порошка с добавлением дисуль­фида молибдена для повышения износостойкости. Направляю­щие втулки двигателя автомобиля ИЖ-2126 металлокерамические. Они легко обрабатываются и, обладая пористостью, хорошо удерживают масло, благодаря чему уменьшается износ стержней клапанов и втулок.

Выпускной клапан двигателя автомобиля ЗИЛ-508.10 с меха­низмом вращения: а — выпускной клапан и механизм вращения; б— г — соответственно начальное, рабочее и конечное положения механизма вращения; / — выпускной клапан; 2 — корпус механизма вращения; 3 — шарик; 4 — опорная шайба; 5— замковое коль­цо; 6 — пружина клапана; 7 — тарелка пружины; 8 — сухарь; 9 — дисковая пружи­на; 10 — возвратная пружина; // — натриевый наполнитель; 12— направляющая втулка; 13 — седло клапана; 14 — жаростойкая наплавка; 15 — заглушка; 16 —

головка блока

Между стержнем клапана и втулкой имеется зазор, необходи­мый для скольжения клапана. При такте впуска создается разность давлений: в цилиндре — разрежение, а под крышкой головки бло­ка — давление атмосферное. За счет этого масло продавливается внутрь цилиндра. Для уменьшения продавливания масла на на­правляющую втулку клапана надевается маслоотражательный кол­пачок, изготовленный из маслобензостойкой рези­ны, а сам зазор делается минимальным (0,05...0,08 мм).

Пружины. В закрытом состоянии клапаны удерживаются пред­варительно сжатыми пружинами. Каждый клапан закрывается од­ной пружиной у двигателей автомобилей ЗИЛ-433100, ГАЗ-3307 и ВАЗ-2112 или двумя (двигатели автомобилей КамАЗ, «ГАЗель», ВАЗ-2110, -2111, -1111, -11113, ИЖ-2126, «Волга» ГАЗ-31029, ЗИЛ-5301).

Клапанные пружины служат для закрытия клапанов и плотной посадки их в гнезда, воспринимают инерционные усилия, возни­кающие при работе механизма газораспределения. Сила пружины при полностью открытом клапане должна быть достаточной для удержания толкателя прижатым к кулачку распределительного вала, сохраняя при этом установленную продолжительность открытия клапана.

Если на клапане установлена одна пружина, то она может иметь переменный или постоянный шаг. Переменный шаг витков пред­охраняет от возникновения резонанса.

Установка двух пружин на клапане уменьшает их общую высо­ту, устраняет возможность возникновения опасного для прочнос­ти пружин резонанса и гарантирует надежность в работе, так как при поломке одной из пружин клапан будет удерживаться второй. Наружная пружина устанавливается вниз концом, имеющим мень­ший шаг витков. Она имеет левую навивку, внутренняя пружи­на — правую. Разная навивка необходима на случай поломки, так как при навивке в одну сторону обломки пружины могут попасть между витками другой и зажать ее.

Пружины клапанов работают при резко меняющихся динами­ческих нагрузках. Для обеспечения необходимой прочности пру­жины навивают из стальной проволоки диаметром 4...6 мм марок 50ХГА, 50ХФА, 60С2Н2А. Для предохранения от коррозии поверх­ность пружин подвергают лужению, оцинковыванию или кадми-рованию. После завивки клапанные пружины подвергают закалке, отпуску и механической обработке. Для повышения усталостной прочности пружины подвергают дробеструйной обработке. Детали крепления пружин (опорные шайбы, сухари и другие детали) из­готавливают из стали 40, 45, 12ХНЗА и др. Для образования опорной поверхности концевые витки пружи­ны при изготовлении сближают до соприкосновения и сошлифо-вывают. Нижним концом пружина упирается в опорную шайбу, расположенную на головке цилиндров или на дис­ковой пружине, другой конец упирается в тарелку пружины. Упорная тарелка пружины удерживается на стержне клапана при помощи двух сухарей, внутренний бортик которых входит в коль­цевую проточку стержня клапана.

Гидронатяжитель.

Вместо ручного механического натяжителя цепи может применяться автоматический гидронатяжитель. (Впервые ЗМЗ-406)

2-резьбовая крышка корпуса

3-плунжер

5-стопорное кольцо плунжера

6-пружина плунжера

На ряде моделей двигателей легковых автомобилей высшего, большого и среднего классов (ЗИЛ-4104, ГАЗ-31105 и др.) в кла­панном механизме установлены гидротолкатели, которые авто­матически обеспечивают беззазорный контакт кулачков распре­делительных валов с клапанами, компенсируя износы сопрягае­мых деталей: кулачков, торцов корпусов гидротолкателей, корпу­са компенсатора, клапанов, седел и тарелок клапанов.

Типичным примером применения гидротолкателей является двигатель ЗМЗ-4062 автомобиля ГАЗ-3110 «Волга». Стальной кор­пус 4 гидротолкателя этого двигателя выполнен в виде цилиндрического стакана, внутри которого размещен компенса­тор 6 с обратным шариковым клапаном 8. Гидротолкатели уста­навливаются в расточенные в головке цилиндров 9 отверстия, между кулачками распределительных валов и торцами клапанов. На наружной поверхности корпуса выполнена канавка и отвер­стие 3 для подвода масла внутрь гидротолкателя из смазочной магистрали в головке блока цилиндров.

Компенсатор размещен в направляющей втулке 2, приварен­ной внутри корпуса гидротолкателя, и удерживается стопорным кольцом 5.

Компенсатор состоит из поршня 7, опирающегося изнутри на донышко корпуса гидронатяжителя, и корпуса 6, который опи­рается на торец впускного или выпускного клапана. Между порш­нем и корпусом компенсатора установлена пружина 1, раздвига­ющая их и тем самым выбирающая возникающий зазор. Одновре­менно пружина 1 прижимает колпачок обратного шарикового клапана 8, размещенного в поршне.

Работа гидротолкателя происходит следующим образом: при нажатии кулачком распределительного вала на торец корпуса 4 гидротолкателя шариковый клапан 8 закрывается, запирая нахо­дящееся внутри масло, которое становится рабочим телом, через которое передается усилие от кулачка 10 к стержню 12 и сухарям // клапана, обеспечивая его открытие. При этом поршень /несколь­ко вдвигается в корпус 6 компенсатора и часть масла перетекает через зазор в этой плунжерной паре в полость корпуса 4 гидротол­кателя.

Когда снимается усилие с гидротолкателя, что происходит при закрытии клапана, пружина 1 компенсатора прижимает поршень 7 и корпус гидротолкателя к цилиндрической части кулачка, выби­рая зазор. При этом шариковый клапан 8 открывается, обеспечи­вая перепуск масла в полость компенсатора. При дальнейшем по­вороте кулачка, когда корпус 4 гидротолкателя сходит с его «за­тылка» — цилиндрической части, цикл работы гидротолкателя повторяется.