Клапанный механизм

В газораспределительном меха­низме с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительного вала клапаны имеют привод через передаточные детали (толкатели, штанги и коро­мысла).

Клапаны служат для открытия и закрытия впускных и выпускных каналов, сое­диняющих цилиндры с газопровода­ми системы питания. Клапан (рис. 4.14,а) состоит из плоской головки 16 и стержня 9, соединенных между со­бой плавным переходом. Диаметр головки впускного клапана делают значительно больше, чем диаметр выпускного, с целью лучше­го наполнения цилиндров горючей смесью.

Клапаны подвержены влиянию высоких температур, поэтому их изго­товляют из высококачественных ста­лей. Впускные клапаны делают из хромистой стали, выпускные - из жаростойкой, потому что последние соприкасаются с горячими отрабо­тавшими газами и нагреваются до температуры 600 - 800 °С. Установка в го­ловке цилиндров седел клапанов 15 - специальных вста­вок из жаропрочного чугуна - вызвано высокой температурой нагрева клапанов. При­менение вставных седел повышает срок службы головки цилиндров и клапанов.

Рабочие по­верхности клапанов делают коническими под углами 45 или 30°, способствует плотному прилеганию головок клапанов к их седлам.

Стержни 9 клапанов, имеющие ци­линдрическую форму, перемеща­ются в чугунных или металлокерамических втулках 8, запрессованных в головку блока. На конце стержня проточены цилиндрические канавки под выступы конических сухариков 10. Сухарики прижимаются пружиной 2 к кони­ческой поверхности тарелки 1.

Для повышения работоспособности газо­распределительного механизма в двигателях ЯМЗ, КамАЗ и авто­мобилей семейства «Москвич» кла­пана прижимаются к седлам не одной, а двумя пружинами. Чтобы при по­ломке одной из пружин ее витки не попадали между витками другой и не нарушалась безотказная работа кла­панного механизма направление витков пружин делается различным,.

Рис.4.14. Выпускной клапан двигателя автомобиля ЗИЛ-130 с механизмом вращения: а – выпускной клапан, установленный на головке цилиндров; б,в – соответственно начальное и конечное рабочие положения механизма вращения клапана

 

Для устранения возмож­ной утечки масла в цилинд­ры через зазор между втулкой и стержнем клапана при такте впус­ка на впускных клапанах под опор­ные шайбы или в верхней части направляющих втулок устанавливают резиновые манжеты или колпачки 11 (см. рис. 4.5), которые при открытии клапанов плотно прижимаются к его стержню и к направляющей втулке.

Для лучшего отвода тепла от выпускных клапанов в двигателях ЗИЛ-130 и ЗМЗ-53-11 полость кла­пана делают полой и заполняют на 3/4 объема металли­ческим натрием 13 (см. рис. 4.14,а). Нат­рий имеет высокую теплопроводность и плавится при температуре 98 °С. Расплав­ленный натрий во время работы двигателя омывает внутреннюю полость клапана, при этом теплота от его головки передается к стержню и через направляющую втулку и го­ловку цилиндров отводится к охлаж­дающей жидкости.

Клапанный привод двигателей ЗМЗ (см. рис. 4.5) состоит из сухариков 11 и тарелки 9, конической втулки 10, плотно охватывающей сухарики и соприкасающейся с та­релкой 9 узким кольцевым пояском. Такое расположение уменьшает тре­ние в соединении, и клапан может проворачиваться под дейст­вием усилия, передаваемого через коромысло. Это способствует снятию нагара с головки и седла клапана.

Этой же цели служит механизм принудительного вращения, которым снабжены выпускные клапаны V-образных карбюраторных двигателей ЗИЛ. Механизм принудительного вращения содержит корпус 6 (см. рис. 4.14,а), расположенный в углублении голов­ки цилиндра 14 на направляющей втулке 8, закрепленной замочным кольцом 7, пять шариков 5, уста­новленных вместе с возвратными пружинами 12 в наклонных пазах корпуса, опорную шайбу 4 и коничес­кую дисковую пружину 11. Пружина 11 и шайба 4 свободно надеты на выступ корпуса и закреплены на нем замочным кольцом 3.

Если уси­лие пружины 2 невелико при закрытом клапане (рис. 4.14,б), дисковая пружина 11 выгнута на­ружным краем вверх, а внутренним упирается в заплечики корпуса 6. При этом шарики 5 в конических пазах корпуса отжаты пружинами 12 в крайнее положение.

Усилие пружины 2 возраста­ет когда клапан начинает откры­ваться, в результате чего дисковая пру­жина 11 (см. рис. 4.14,б,в) выпрям­ляется и передает усилие пружины 2 на шарики 5, которые, перекатываясь по наклонным пазам корпуса, пово­рачивают дисковую пружину 11, опорную шайбу 4, клапанную пружи­ну 2 и сам клапан относительно его первоначального положения.

Усилие клапанной пружины 2 уменьшается во время закрытия клапана, при этом дисковая пружина 11 про­гибается до своего исходного поло­жения и освобождает шарики 5, ко­торые под действием пружин 12 воз­вращаются в первоначальное поло­жение, подготавливая механизм враще­ния к новому циклу поворота клапа­на. При частоте вращения коленчато­го вала около 3000 об/мин частота вращения выпускного клапана дости­гает 30 об/мин.

Плотное приле­гание головки клапана к седлу обеспечивается тепловым зазором между стержнем клапана и носком (винтом) коромысла или болтом толкателя. Из-за нагрева клапанов, изнашивания и нару­шений регулировок тепловые зазоры в клапанах меняются. Если зазор в клапанах увеличен, то они открываются не полностью, в результате чего ухудшается наполнение цилиндров горючей смесью и очистка их от продуктов сгорания, а также повы­шаются ударные нагрузки на детали клапанного механизма.

Чтобы избежать утеч­ки газов, образования нагара и обгорания рабочих поверхностей седла и клапана, кла­паны должны плотно прилегать к сед­лу. В противном случае при такте сжатия рабочая смесь может попадать в выпускной газопровод, а в такте расширения газы, имеющие вы­сокую температуру, могут проры­ваться во впускной газопровод, в результате чего в этих газопроводах возможны хлопки или вспышки.

Для плотного прилегания головки клапана к седлу тепловой зазор устанавливают между рычагом 8 (см. рис. 4.6,б) привода клапана 6 и кулачком 5 при верхнем расположении распределительного вала (у двигателей ВАЗ-2105, -2107) или между носком коро­мысла 1 (см. рис. 4.5) и торцом стержня клапана 14 при нижнем расположении распределительного вала (у двигателей ЗИЛ-130, КамАЗ-740, ЗМЗ-53-11 и др.).

В двигателях автомобилей ВАЗ (с приводом на задние колеса) теп­ловой зазор должен находиться в пределах 0,15 мм как для впускных, так и для выпускных клапанов. Указанный зазор устанавливают между рычагом 8 и кулачком 5 на двигателе в холодном состоянии, от­пуская контргайку 2 и вращая ре­гулировочный болт 1.

В двигателях переднеприводных автомобилей ВАЗ зазор h между кулачками распределительного вала и регулировочными шайбами должен быть (0,2±0,05) мм для впускных клапанов и (0,35±0,05) мм для выпускных (см. рис. 4.7). Толщина регулировоч­ных шайб меняется от 3 до 4,25 мм с интервалом через каждые 0,05 мм. Толщина шайбы маркируется на ее поверхности.

При верхнем располо­жении распределительного вала у двигателей автомобилей семей­ства «Москвич» (с приводом на зад­ние колеса) теп­ловой зазор устанавливают между наконечником 3, регулировочного болта 1 и торцом стержня клапа­на 6 (зазор h см. на рис. 4.6,а).

В непрогретых двигателях ЗИЛ-130, ЯМЗ-238 и ЗМЗ-53-11 зазор впускных и выпускных клапанов должен быть 0,25 - 0,30 мм, на дизе­лях КамАЗ зазор у впускных кла­панов составляет 0,25 - 0,30 мм, а у выпускных - 0,35 - 0,40 мм.

Регулировочный винт 1 с контргай­кой 2, ввернутый в коромысло 3 служит для регулировки зазора в клапанах (рис. 4.15).

Рис.4.15. Проверка и регулировка теплового зазора

 

Толкатели служат для передачи усилия от распредели­тельного вала через штанги к коро­мыслам. Они изготавливаются из стали или чугуна. Толкатели бывают цилиндрическими или рычажно-роликовыми (рис. 4.20). В дизелях ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 используются рычажно-роликовые толкатели качающего­ся типа (рис. 4.20,а), установленные на оси 6 над распределительным валом. Ролик 5 толкателя 4 опира­ется на кулачок распределительного вала. При перекатывании ролика по кулач­ку трение скольжения заменяется трением качения, так как ось ролика вращается на игольчатых подшипниках. Сверху на толка­тель опирается штанга 3.

В двигателях ЗИЛ-130, ЗМЗ-53-11 и КамАЗ-740 применяют цилиндрические толкатели 11 (рис. 4.20,6), установленные в специальных отверстиях – направляющих, причем у дизеля КамАЗ-740 направляющие съемные. Внутренняя полость толкателя имеет сферическую поверхность 8 под штангу и отверстие 9 для слива масла. Торцовую поверхность 10 стальных толкателей в месте сопри­косновения с кулачком для повышения работоспо­собности наплавляют специальным износостойким чугуном.

Штанги служат для передачи усилия от толкателей к коромыслам. Они бывают из дюра­люминиевого стержня (двигатели ЗМЗ-53-11 и ЗМЗ-24-04) со сталь­ными сферическими наконечниками или из стально­го прутка с закаленными концами (двигатели ЗИЛ-130).

В дизелях ЯМЗ и КамАЗ штанги 3 (см. рис. 4.20,б) делают из стальной трубки. Штанги с одной стороны упираются в сферические поверхности регулировочных винтов 2 (см. рис. 4.20,а), ввернутых в коромысла 1, а с другой - в толкате­ли. На концах штанг напрессо­вывают стальные сферические на­конечники 7.

 

Рис.4.20. Детали привода клапанов дизелей: а – ЯМЗ; б - КамАЗ

 

Коромысло служит для передачи усилия от штанги к клапану. Коро­мысло представляет собой нерав­ноплечий рычаг, изготовленный из стали или чугуна. Для уменьшает хода толкателя и штанги и снижения сил инерции, возникающих при их движении плечо а коромыс­ла изготовляют примерно в 1,5 раза больше пле­ча b. Наличие длинного плеча ко­ромысла способствует также повыше­нию долговечности деталей привода клапанов. Коромысла карбюраторных двига­телей находятся на общей полой оси, в конце которой запрессованы заглушки. Такое расположение позволя­ет подводить масло к бронзовым втулкам коромысел и к сферическим наконечникам регулировочных бол­тов. Оси в сборе с коромыслами устанавливают с помощью стоек на каждой головке цилиндра. На дизелях оси коромысел выполнены за одно целое со стойками, и каждое коромысло качается на своей оси.