Что заставляет клапан плотно прилегать к седлу

Что заставляет клапан плотно прилегать к седлу

Клапаны газораспределительного механизма двигателя

Клапаны подвергаются воздействию высоких температур и давлений, их изготавливают из жаростойких сталей. Клапан состоит из стержня и головки с фаской А, обычно наклоненной под углом 45°. Для улучшения наполнение цилиндра воздухом или горючей смесью диаметр головки впускных клапанов больше, чем у выпускных. По этой же причине в некоторых двигателях ( СМД -62) делают уменьшенный угол наклона фаски (до 30°) к плоскости головки.

Клапаны должны плотно прилегать к седлу. Для этого их фаски взаимно притирают. Для большей жаростойкости на фасках выпускных клапанов имеется специальная наплавка.

Плавный переход от головки к стержню придает клапану большую прочность, способствует лучшему отводу теплоты и уменьшает сопротивление движению газов. Стержни клапанов точно обработаны по всей длине, а иногда еще покрыты графитом. Торец стержня закален или к нему приварен встык наконечник (Д-240 и КамАЗ-740) из специальной стали. Это уменьшает изнашивание торца под действием бойка коромысла.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

• Техническое обслуживание гидравлической навесной системы трактора
• Общее устройство тракторов
• Муфты сцепления трактора
• Система воздушного охлаждения
• Общее устройство поршневых двигателей внутреннего сгорания
• Техническое обслуживание системы питания автомобиля и трактора
• Установка топливного насоса на дизеле
• Муфта опережения впрыскивания топлива
• Топливные насосы тракторов высокого давления

На верхней части стержня выполнена кольцевая выточка под два сухаря, с помощью которых клапан удерживается в тарелке пружин. В нее снизу упираются одна (в карбюраторных автомобильных двигателях) или две (в дизелях) клапанные пружины, прижимающие тарелку клапана к седлу.

Фаски головки и седла изнашиваются дольше, если клапан поворачивается во втулке. Для этого сухари зажимаются не в тарелке пружин, а в закаленной втулке, которая опирается на тарелку узким торцом (на всех двигателях кроме Д-240 и Д-144). При такой опоре трение между деталями мало, и под действием коромысла, а также вибрации пружин, клапан, опускаясь и поднимаясь, поворачивается вместе с втулкой относительно тарелки. В дизеле СМД -18Н втулка удлинена и слегка охватывается верхним витком внутренней пружины. При возвратно-поступательяом движении клапана эта пружина поворачивает втулку, а с ней и клапан относительно тарелки. Механизм принудительного поворота выпускного клапана двигателя ЗИЛ -130 состоит из неподвижного корпуса (рис. 28, в), пяти шариков с возвратными пружинами, тарельчатой пружины, упорной шайбы и замочного кольца. Корпус надет на втулку клапана и входит в углубление головки цилиндров. Шайба и пружина установлены на ступицу корпуса с зазором.

Рис. 1. Клапанные механизмы дизелей: 1 — сухари; 2 — тарелка пружины; 3 — клапан; 4 — втулка клапана; 5 — втулка тарелки; 6 — пружина; 7 — опорная шайба; 8 — манжета уплотнения

Когда клапан закрыт и давление его пружины невелико, тарельчатая пружина выгнута наружной кромкой вверх, а внутренней кромкой опирается в заплечик неподвижного корпуса. При этом шарики отжаты пружинами в крайнее положение. Когда клапан открывается, давление его пружины возрастает. Под повышенным давлением тарельчатая пружина выпрямляется (выпуклость ее уменьшается) и опирается на шарики, как двуплечий рычаг. Поэтому, когда ее наружная кромка опускается, внутренняя отходит от заплечика корпуса. С этого момента давление клапанной пружины воспринимается только шариками, они перекатываются по наклонным канавкам и поворачивают (силой трения) тарельчатую пружину, а с ней — шайбу, пружину и клапан.

Когда клапан закрывается, сила давления его пружины уменьшается, пружина принимает первоначальную форму (выпуклую вниз), опирается в заплечик корпуса и перестает давить на шарики. Освобожденные от давления шарики возвращаются пружинами по наклонным канавкам вверх, занимая исходное положение. За один ход клапан поворачивается на небольшой угол, но за 1 мин работы двигателя успевает совершить до 30 оборотов.

В стержнях выпускных клапанов двигателей 3M3-53 и ЗИЛ -130 сверлят глухие каналы, наполняют их на 50…60% легкоплавким металлом (натрием), а затем приваривают заглушку. Во время работы двигателя натрий плавится и, взбалтываясь, отводит часть теплоты от головки к стержню и его втулке.

Стержни клапанов с небольшим зазором перемещаются в направляющих втулках, запрессованных в головку цилиндров. Эти втулки бывают чугунные, биметаллические с бронзой на рабочей поверхности или металлокерамические. Пористая поверхность последних и графитовое покрытие стержней ( СМД -62, ЯМЗ -240Б, КамАЗ-740) способствуют лучшей приработке сопрягаемых деталей. На верхней части втулок впускных клапанов ( ЯМЗ -240Б, Д-245 и автомобильные двигатели) установлены резиновые втулки, предотвращающие подсос масла в камеру сгорания через зазор между трущейся парой.

Рис. 3. Клапанные механизмы карбюраторных двигателей: а — впускного клапана: б — выпускного клапана; в — детали поворотного механизма; г — положение механизма при закрытом клапане; д— положение механизма при открытом клапане; 1 — впускной клапан; 2 — колпачок-маслоотражатель; 3 — пружина клапана; 4 — втулка тарелки; 5 — втулка клапана; 6 — заглушка; 7 — впускной клапан; 8 — легкоплавкий металл; 9 — механизм поворота клапана; 10 — замочное кольцо; 11 — упорная шайба; 12 — тарельчатая пружина; 13 — корпус; 14 — шарик; 15 — возвратная пружина

Рис. 29. Распределительные валы и сопряженные детали: 1 — распределительный вал; 2 — штанга; 3 — валик привода центробежного датчика; 4 — шайба; 5 — гайка; 6 — замочная шайба; 7 — упорный фланец; 8 — распорное кольцо; 9 — пружина валика; 10 — корпус валика привода; 11 — шестерни привода распределителя зажигания и масляного насоса; 12 — валик привода; 13 — шестерня распределительного вала; 14 — кулачок привода бензонасоса; 15 — противовес; 16 — эксцентрик; 17 — болт крепления шестерни

Клапанные пружины прижимают головку клапана к седлу. Чтобы витки одной пружины не западали между витками другой, направление навивки у них различное. В некоторых двигателях применяют пружины с различным шагом витков и ставят их так, чтобы витки с большим шагом были обращены вверх. Такие пружины меньше вибрируют.

Распределительный вал необходим для управления клапанами. На нем имеются кулачки, опорные шейки и посадочные места для крепления шестерен. Шейки и кулачки цементованы, закалены на небольшую глубину и отшлифованы. В рядных двигателях вал расположен сбоку цилиндров, а V-образных — в развале между рядами.

Валы разных двигателей отличаются размерами, расположением, числом и профилем кулачков, числом опорных шеек. На каждый цилиндр приходится два кулачка: для управления впускным и выпускным клапанами. Форма и взаимное расположение их зависят от порядка работы цилиндров и фаз газораспределения, а высота кулачка определяет продолжительность открытия клапана. При разных (по времени) фазах носок выпускных кулачков делают шире носка впускных.

На распределительном валу имеются от двух до семи опорных шеек. Они опираются на расточки в блоке или на бронзовые, стальные с баббитовой заливкой или чугунные втулки, закрепленные в нем.

В двигателях 3M3-53 и ЗИЛ -130 на распределительный вал установлена косозубая шестерня привода масляного насоса и прерывателя-распределителя зажигания, а также выполнен заодно с валом или закреплен на нем эксцентрик привода топливного насоса.

Осевое перемещение вала ограничивается фланцем 7, привинченным к блоку (в СМД -18Н — упорным винтом). На переднем или заднем конце вала, как правило, крепят одну (иногда две) шестерню.

Распределительные шестерни бывают стальные, чугунные или текстолитовые (3M3-53). Для плавности передачи вращения и уменьшения шума применяют косозубые шестерни, а для уменьшения изнашивания сопрягаемые шестерни иногда изготавливают из разных материалов.

Шестерни коленчатого и распределительного валов рядных дизелей, а также КамАЗ-740 и ЯМЗ -240Б соединены через промежуточную шестерню, а СМД -62 и карбюраторных двигателях — непосредственно, т. е. без промежуточной шестерни.

К распределительным условно относят и шестерни привода насосов: масляного, водяного, гидросистемы. Точное взаимное расположение шестерен достигается соединением их по меткам, как показано на рисунке. Только при выполнении этого условия клапаны будут открываться и закрываться в соответствии с диаграммой фаз газораспределения.

Рис. 4. Схема расположения распределительных шестерен дизелей: 1 — шестерня коленчатого вала; 2 — привод насоса гидроусилителя рулевого управления; 3 — шестерня распределительного вала; 4 — промежуточная шестерня; 5 — привод топливного насоса; 6 — привод масляного насоса дизеля; 7 — привод насоса гидросистемы; 8 — ведомая шестерня привода насоса дизеля; 9 промежуточная шестерня привода топливного насоса; 10 — промежуточная шестерня привода масляного насоса; 11 — привод водяного насоса; 12 — промежуточная шестерня привода водяного насоса; 13 — ведомая шестерня привода топливного насоса

Передаточные детали (толкатели, штанги и коромысла) нужны для преобразования вращения кулачков распределительного вала в возвратно-поступательное движение клапанов.

Цилиндрические и грибовидные толкатели перемещаются в чугунных втулках. Трущиеся поверхности толкателей шлифуют.

Чтобы изнашивание торца и цилиндрической поверхности было равномерным, толкатель, перемещаясь вверх и вниз, одновременно поворачивается вокруг своей оси. Это достигается смещением середины кулачка относительно центра плоского толкателя или изготовлением торцевой поверхности толкателя с небольшой выпуклостью, а кулачка — с небольшим скосом.

Роликовый толкатель (А-41, ЯМЗ -240Б) — качающийся рычажный. На нем имеются ролик, вращающийся в игольчатых подшипниках, и закаленная пята, в которую упирается штанга.

Рычаг шарнирно надет на трубчатую ось.

Штанги изготавливают из трубок, в которых запрессованы стальные наконечники сферической формы, или из стального прутка, но тоже со сферическими концами. Наконечники и концы штанг закаливают и шлифуют.

Коромысло представляет собой неравноплечий рычаг, с помощью которого можно увеличить ход клапана по сравнению с подъемом штанги. Коромысло отштамповано из стали и в нем обычно имеется бронзовая втулка. На коротком плече расположен регулировочный винт 9, в который упирается штанга, а длинное плечо заканчивается закаленным полированным бойком, прилегающим к торцу клапана. Винтом с контргайкой регулируют зазор между бойком и торцом клапана.

Коромысла поворачиваются на осях, закрепленных в чугунных стойках. Оси — стальные и, как правило, трубчатые. Если канал оси используется для подачи масла к коромыслам, то в торцах имеются пробки, а в оси — радиальные отверстия, расположенные против втулок коромысел.

Стойки коромысел прикреплены к головке цилиндров. Распорные пружины, надетые на ось между коромыслами, удерживают их от продольного перемещения. Коромысла и клапанные механизмы закрыты крышками или колпаками головки цилиндров и уплотнены на ней прокладками.

Рис. 5. Передаточные детали распределительного механизма (а) и схема поворота толкателей (б): 1 — втулка; 2 — роликовый толкатель; 3 — пята; 4 — ролик; 5 — ось ролика; 6 — толкатель с выпуклым днищем; 7 — штанга; 8 — толкатель с плоским днищем; 9 — регулировочный винт; 10 — контргайка; 11 — коромысло; 12 — втулка коромысла; 13 — ось коромысел; 4 — стойка оси; 15 — распорная пружина; 16 — втулка толкателя; 17 — грибовидный толкатель с плоским днищем; 18 — кулачковый вал; 19 — толкатель с кольцевой выточкой

Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм (ГРМ) обеспечивает своевременный впуск в цилиндры свежего заряда горючей смеси и выпуск отработавших газов. Он включает в себя элементы привода, распределительную шестерню, распределительный вал, детали привода клапанов, клапана с пружинами и направляющие втулки.

Распределительный вал служит для открытия клапанов в определенной последовательности в соответствии с порядком работы двигателя. Распредвалы отливают из специального чугуна или отковывают из стали. Трущиеся поверхности распределительных валов для уменьшения износа подвергнуты закалке при помощи нагрева токами высокой частоты.

Распредвал может располагаться в картере двигателя либо в головке блока цилиндров. Существуют двигатели с двумя распредвалами в головке цилиндров (в многоклапанных ДВС). Один используется для управления впускными клапанами, второй – выпускными. Такая конструкция называется DOHC (Double Overhead Camshaft). Если распредвал один, то такой ГРМ именуется SOHC (Single OverHead Camshaft). Распредвал вращается на цилиндрических шлифованных опорных шейках.

Привод клапанов осуществляется расположенными на распределительном валу кулачками. Количество кулачков зависит от числа клапанов. В разных конструкциях двигателей может быть от двух до пяти клапанов на цилиндр (3 клапана – два впускных, один выпускной; 4 клапана – два впускных, два выпускных; 5 клапанов – три впускных, два выпускных). Форма кулачков определяет моменты открытия и закрытия клапанов, а также высоту их подъема.

Привод распределительного вала от коленчатого вала может осуществляться одним из трех способов: ременной передачей, цепной передачей, а при нижнем расположении распредвала – зубчатыми шестернями. Цепной привод отличается надежностью, но его устройство сложнее и цена выше. Ременной привод существенно проще, но ресурс зубчатого ремня ограничен, а в случае его разрыва могут наступить тяжелые последствия.

При обрыве ремня распредвал останавливается, а коленвал продолжает вращаться. Чем это грозит? В простых двухклапанных моторах, где, как правило, поршень конструктивно не достает до головки открытого клапана, ремонт ограничивается заменой ремня. В современных многоклапанных двигателях при обрыве ремня поршни ударяются о клапана, «зависшие» в открытом состоянии. В результате сгибаются стержни клапанов, а также могут разрушиться направляющие втулки клапанов. В редких случаях разрушается поршень.

Еще тяжелее при обрыве ремня приходится дизелям. Так как камера сгорания у них находится в поршнях, то в ВМТ у клапанов остается очень мало места. Поэтому при зависании открытого клапана разрушаются толкатели, распредвал и его подшипники, велика вероятность деформирования шатунов. А если обрыв ремня произойдет на высоких оборотах, возможно даже повреждение блока цилиндров.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя происходит за два оборота коленвала. За это время должны последовательно открыться впускные и выпускные клапаны каждого цилиндра. Поэтому распредвал должен вращаться в два раза медленнее коленвала, а, следовательно, шестерня распредвала всегда в два раза больше шестерни коленвала. Клапаны в цилиндрах должны открываться и закрываться в зависимости от направления движения и положения поршней в цилиндре. При такте впуска, когда поршень движется от в.м.т. к н.м.т., впускной клапан должен быть открыт, а при тактах сжатия, рабочего хода и выпуска – закрыт. Чтобы обеспечить такую зависимость, для правильной установки на шестернях ГРМ делают метки.

Привод клапанов может осуществляться разными способами. При нижнем расположении распредвала, в картере двигателя, усилие от кулачков передается через толкатели, штанги и коромысла. При верхнем расположении возможны три варианта: привод коромыслами, привод рычагами и привод толкателями.

Коромысла (другие названия – роликовый рычаг или рокер) изготавливают из стали. Коромысло устанавливают на полую ось, закрепленную в стойках на головке цилиндров. Одной стороной коромысла упираются в кулачки распредвала, а другой воздействуют на торцевую часть стержня клапана. В отверстие коромысла для уменьшения трения запрессовывают бронзовую втулку. От продольного перемещения коромысло удерживается при помощи цилиндрической пружины. Во время работы двигателя в связи с нагревом клапанов их стержни удлиняются, что может привести к неплотной посадке клапана в седло. Поэтому между стержнем клапана и носком коромысла должен быть определенный тепловой зазор.

Во втором варианте распредвал располагается над клапанами, и приводит их в действие посредством рычагов. Кулачки распределительного вала действуют на рычаги, которые, поворачиваясь на сферической головке регулировочного болта, другим концом нажимают на стержень клапана и открывают его. Регулировочный болт ввернут во втулку головки цилиндров и стопорится контргайкой. Существуют ГРМ, в которых между рычагом и клапаном устанавливается гидрокомпенсатор. Такие механизмы не требуют регулировки зазора.

И, наконец, при третьем варианте привода распределительный вал при вращении воздействует непосредственно на толкатель клапана. Существует три варианта исполнения толкателей – механические (жесткие), гидротолкатели (гидрокомпенсаторы) и роликовые толкатели. Первый тип в современных моторах практически не используется, в связи с большой шумностью работы и необходимостью частой регулировки зазора клапанов. Второй тип наиболее широко применяется, так как не требует настройки и регулировки теплового зазора, а работа отличается мягкостью и гораздо меньшим шумом. Гидрокомпенсатор состоит из цилиндра, поршня с пружиной, обратного клапана и каналов для подвода масла. Работа гидрокомпенсатора основана на свойстве несжимаемости моторного масла, которое постоянно заполняет его внутреннюю полость и перемещает поршень при появлении зазора в приводе клапана.

Роликовые толкатели чаще всего применяются в спортивных и форсированных двигателях, так как позволяют улучшить динамические характеристики автомобиля за счет снижения трения. В месте контакта с кулачком распредвала у них находится ролик. Поэтому кулачок не трется, а катится по толкателю. Вследствие этого роликовые толкатели выдерживают более высокие нагрузки и обороты, а также позволяют обеспечить более высокий подъем клапанов. Недостатки – большая стоимость и вес, а, значит, и большие нагрузки на детали ГРМ.

Клапаны служат для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов. Клапан состоит из головки и стержня. Головка клапана имеет узкую, скошенную под определенным углом, фаску. Фаска клапана должна плотно прилегать к фаске седла. Для этой цели их взаимно притирают. Головки впускных и выпускных клапанов имеют неодинаковый диаметр. Для лучшего наполнения цилиндров свежей горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают больше. Клапаны во время работы двигателя нагреваются неодинаково. Выпускные клапаны, контактирующие с отработанными газами, нагреваются больше. Поэтому их изготавливают из жароупорной стали.

Стержень клапана цилиндрической формы в верхней части имеет выточку для деталей крепления клапанной пружины. Стержень выпускного клапана – полый, с натриевым наполнением для лучшего охлаждения. Стержни клапанов помещают в направляющих втулках, изготовленных из чугуна или металлокерамики. Втулки запрессовывают в головку цилиндров.

Клапан прижимается к седлу при помощи цилиндрической стальной пружины. Кроме того, пружина не дает возможности клапану отрываться от коромысла. Пружина имеет переменный шаг витков, что необходимо для устранения ее вибрации. Другой вариант борьбы с вибрацией – установка двух пружин меньшей жесткости, имеющих противоположную навивку. Пружина одной стороной упирается в шайбу, расположенную на головке цилиндров, а другой – в упорную тарелку. Упорная тарелка удерживается на стержне клапана при помощи двух конических сухарей, внутренний буртик которых входит в выточку стержня клапана. Для уменьшения проникновения масла по стержням клапанов в камеру сгорания двигателя на стержни клапанов надеты маслоотражательные колпачки.

Фазы газораспределения

В теории открытие и закрытие клапанов должно происходить в моменты прихода поршня в мертвые точки. Однако в связи инерционностью процесса, особенно при больших оборотах коленвала, этого периода времени недостаточно для впуска свежей смеси и выпуска отработанных газов. Поэтому впускной клапан открывается до прихода поршня в в.м.т. в конце такта выпуска, т.е. с опережением в пределах 9-24 градусов поворота коленчатого вала, а закрывается в начале такта сжатия, когда коленвал пройдет положение н.м.т на 51-64 градусов. Таким образом, продолжительность открытия впускного клапана составит 240-270 градусов поворота коленчатого вала, что значительно увеличивает количество поступаемой в цилиндры горючей смеси.

Выпускной клапан открывается за 44-57 градусов до прихода поршня в н.м.т. в конце рабочего хода и закрывается после прихода поршня в в.м.т. такта выпуска на 13-27 градусов. Продолжительность открытия выпускного клапана составляет 240-260 градусов поворота коленчатого вала.

В двигателе бывают моменты (в конце такта выпуска и начале такта впуска) когда оба клапаны открыты. В это время происходит продувка цилиндров свежим зарядом горючей смеси для лучшей их очистки от продуктов сгорания. Этот период носит название перекрытие клапанов.

Моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженных в градусах поворота коленчатого вала, называются фазами газораспределения.

Основные неисправности газораспределительного механизма

Внешними признаками неисправности ГРМ являются: уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, падение мощности двигателя и металлические стуки.

Уменьшение компрессии, хлопки во впускном и выпускном трубопроводах, а также падение мощности двигателя возможно вследствие плохого прилегания клапанов к седлам. Плохое прилегание клапана к седлу происходит вследствие отложения нагара на клапанах и седлах, образования раковин на рабочих поверхностях, коробления головок клапанов, поломки клапанных пружин, заедания стержня клапана в направляющей втулке, а также отсутствия зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом).

Падение мощности двигателя и резкие металлические стуки могут происходить вследствие неполного открытия клапанов. Эта неисправность возникает из-за большого теплового зазора между стержнем клапана и коромыслом (рычагом) или отказа гидрокомпенсаторов.

К неисправностям ГРМ также относят износ шестерен распредвала и коленвала, направляющих втулок клапанов, втулок и осей коромысел, а также увеличенное осевое смещение распредвала.

Клапанный механизм

Обычно пользователи нашего сайта находят эту страницу по следующим запросам:
тюнинг двигателя , автотюнинг , ремонт ДВС , автотюнер , турбонаддув , промежуточный охладитель , система охлаждения , тестирование на динамометрическом стенде , передаточные числа трансмиссии , распределительный вал , карбюрация , впрыск топлива , система зажигания

Клапанный механизм

Основным звеном в клапанном механизме двигателей со штанговыми толкателями в приводе клапанов и некоторых двигателей с верхним расположением распредвала является гидрокомпенсатор. Основной его функцией является преобразование вращательного движения распредвала в возвратно поступательное движение. Точка соприкосновения толкателя и кулачка подвергается наибольшей нагрузке в двигателе. Данная нагрузка может составлять до 2068 мПа. Именно поэтому толкатели требуют повышенного внимания при использовании распредвала для гоночных автомобилей.

Вопреки всеобщему мнению поверхность толкателей не плоская, они обработаны по сферическому радиусу 889-1905 мм, благодаря чему в зависимости от их диаметра, в центре их высота увеличивается на 0,07 мм. Данный сферический радиус вместе с углом сужения рабочей части кулачка 3-16 минут и смещения толкателя от середины в сторону примерно на 1,3 мм заставляет толкатель вращаться. Вращение уменьшает износ распредвала и толкателя. В действительности, если толкатель не будет вращаться, кулачок подвергнется износу после 15 минут работы. Поэтому при замене распредвала необходимо устанавливать только новые или повторно закругленные по радиусу толкатели.

Для двигателей со штанговыми толкателями существует три основных типа толкателей: жесткий плоский толкатель, стандартный плоский гидротолкатель и плоские гидротолкатели Роадса с большим значением регулировки. Некоторые могут прибавить к этому списку плоские жесткие толкатели с полусферической головкой, роликовые гидротолкатели и жесткие роликовые толкатели, однако последние подходят только для двигателей гоночных автомобилей.

Стандартные жесткие и гидравлические толкатели работают эффективно с кулачками с закругленным профилем. Однако, при модификации двигателя, расположенного к быстрому износу толкателя, будет разумным установить новые толкатели из более прочного материала. По вопросам приобретения подобных толкателей необходимо обратиться к более крупным производителям, например, компаниям TRW и Sealed Power.

Гидравлические толкатели Роадса были разработаны для использования в долговечных гидравлических распределительных валах, чтобы не допустить снижения мощности на низких оборотах. Этот эффект достигается расточкой канала по всей длине внутреннего поршня толкателя. Когда толкатель начинает подниматься к кулачку, к поршню подается масло, таким образом, на низких оборотах масло будет просачиваться через толкатель. Открытие клапана произойдет позже, таким образом, фаза открытия будет уменьшена на 10° — 15°, а подъем клапана уменьшится на 0,5 мм при работе двигателя на холостых оборотах. Таким образом, будет достигаться более эффективная работа двигателя на холостых оборотах и большая разреженность. По мере увеличения частоты оборотов двигателя, масло будет все меньше и меньше просачиваться через толкатель, поэтому, как только частота оборотов увеличится до 3000 – 3500 об/мин, указанная фаза открытия и подъем клапанов будут восстановлены.

Чтобы продлить срок службы кулачков, при замене распредвала необходимо устанавливать только новые или повторно закругленные толкатели.

После проведения тестов я пришел к выводу, что толкатели Роадса не эффективны при использовании распредвала с кулачками с закругленным профилем и короткой фазой открытия, которые можно было бы использовать для улучшения технических характеристик и экономичности. Данные толкатели были наиболее эффективными с гидравлическими распределительными валами с длительной фазой открытия примерно 240° — 250° при измерении на 1,3 мм подъема клапана. Единственным преимуществом использования гидравлического распределительного вала с такой длительной фазой открытия является лишь легкость обслуживания. Если фаза открытия превышает 225° (с отношением плеч коромысла 1,5:1), механический распредвал превосходит гидравлический по всем показателям. На холостых оборотах он работает более плавно, мощность на низких оборотах выше. К тому же механический распредвал работает тише на холостых оборотах. При этом гидравлический распредвал с толкателями Роадса может сильно греметь на холостых оборотах, особенно, если температура воздуха очень высокая или давление масла слегка снизилось.

Следующим звеном в двигателях со штанговыми толкателями в любом случае является собственно толкатель. Думаю, не стоит долго говорить о штанговом толкателе, стоит лишь отметить, что он должен быть прямым и неупругим. При замене коромысел, толкатели также необходимо заменить, так как они изнашиваются вместе с коромыслами. По той же причине во время ремонта двигателя необходимо устанавливать коромысла и толкатели на то же место. В экономичных высококачественных двигателях нет необходимости заменять толкатели деталями из углеводородного волокна или специальных сплавов хром-молибден. Заводские детали будут достаточно эффективными. Я видел двигатели, в которых высококачественные толкатели были установлены вместо заводских деталей, хотя последние были исправны.

При установке распредвала с высоким подъемом клапана, возможно, необходимо удлинить паз в коромысле, впрессованном в паз, чтобы избежать образования нагара.

Коромысла обеспечивают последовательное соединение клапанного механизма. За исключением посаженных на заклепки или впрессованных коромысел, использующихся в некоторых двигателях, практически все заводские коромысла могут использоваться в двигателях, подвергавшихся незначительным модификациям, в которых используются распредвалы с профилем кулачков V. Коромысла на впрессованной шпильке могут использоваться в большинстве двигателей V8, а также в шестицилиндровых двигателях, однако их необходимо модифицировать, чтобы избежать образования нагара, если установлен распредвал с высоким подъемом клапанов. Зазор между любым из краев паза плеча коромысла и стержнем при полностью открытом или закрытом клапане необходимо измерять при помощи провода диаметром 7,6 мм.

Многие любители тюнинга в настоящее время устанавливают дорогие коромысла со встроенным роликом для высокого подъема клапанов. Я считаю, что это бесполезная трата денег, которые можно было бы использовать более разумным способом для увеличения мощности и экономичности двигателя. Чаще всего автолюбители устанавливают коромысла для высокого подъема клапанов, так как они уверены, что более высокий подъем клапана увеличивает мощность. Хотя установка распредвала с более высоким кулачком даст такой же результат, при этом стоимость подобной модификации будет в три раза меньше. Если кулачок имел подъем 7 мм, изменение отношения плеч коромысла с 1,5:1 до 1,6:1 теоретически увеличит подъем клапана с 7 мм до 11мм. Того же результата можно достичь, используя распредвал с тем же подъемом, однако с фазой открытия, увеличенной на 4° при подъеме клапана на 1,3 мм. Основываясь на результатах тестирования, я бы порекомендовал использовать коромысла с высоким подъемом в гоночных двигателях с высокими техническими характеристиками или в стандартных двигателях с отношением плеч коромысла ниже 1,4:1. В таких двигателях, как например BL серии «А», устанавливающихся на модели Mini и Metro очень трудно добиться необходимого подъема клапанов со стандартными коромыслами с отношением плеч 1,25:1. В подобных двигателях рекомендуется установить коромысла с отношением плеч 1,5:1 или 1,4:1, а фаза открытия должна быть на 10° короче, чем при использовании стандартного заводского коромысла. Чтобы уменьшить износ направляющей клапана, происходящий вследствие изменения геометрии коромысла и увеличения подъема, необходимо использовать коромысла со встроенным роликом.

В двигателях, оснащенных распределительным валом с высоким подъемом, который поднимает клапаны примерно на 10,7 мм выше, износ направляющей клапана уменьшается, а срок службы седла клапана увеличивается при использовании коромысел со встроенным роликом. Однако в двигателях с незначительными модификациями нет необходимости устанавливать высококачественные впрессованные алюминиевые коромысла с игольчатыми роликами. В свободной продаже имеются не слишком дорогие коромысла с роликами, подходящие для использования в большинстве двигателей. Поэтому, заплатив не на много больше стоимости заводского коромысла, вы сможете уменьшить износ направляющей и седла клапана.

Некоторые двигатели имеют достаточно ненадежную опору коромысла, что может привести к проблемам управления клапанного механизма в случае модификации распредвала или использования более тяжелых клапанных пружин. Просто необходимо закрепить впрессованный стержень коромысла при помощи штифта, в противном случае он может оторваться даже при использовании заводского распредвала и клапанов. Более дорогостоящим и в то же время оправданным будет решение проблемы путем установки прикручивающихся стержней коромысла, только если используется распредвал с кулачками профиля IV и выше. Стержни необходимо обработать герметиком, чтобы избежать утечки, в случае если резьба шпильки попадет в водяную рубашку. Коромысла, посаженные на ось, могут потребовать большого количества модификаций. Легкосплавные точки крепления не надежны, поэтому рекомендуется заменить их стальными, чтобы укрепить клапанный механизм. Обычно собственно ось соответствует требованиям, однако пружины, установленные между плечами коромысла, необходимо заменить трубчатыми стальными муфтами при выполнении данной модификации обратите внимание на то, чтобы муфты были соответствующей длины, чтобы центрировать каждое коромысло над соответствующим клапаном.

В большинстве современных двигателей используется верхнее расположение распредвала с комбинацией коромысло-толкатель. Коромысла, посаженные на ось, не причинят много беспокойства и могут использовать с новым распредвалом после повторной шлифовки и специальной обработки, вследствие которой деталь не будет нуждаться в смазке, при условии что, что люфт между коромыслом и осью минимальный. Если люфт чрезмерный, необходимо заменить втулки или сами коромысла, в таком случае понадобятся новые оси. Коромысло-толкатель, посаженное на шар, которое используется, например, в автомобиле Ford Pinto, подвержено быстрому износу, поэтому его необходимо заменять при установке нового распредвала.

Соответствующая смазка распредвала и толкателя является одной из главных задач в двигателях с верхним расположением распредвала. Следовательно, при установке нового распредвала, а также с установленной периодичностью необходимо проверять масляные каналы, чтобы убедиться, что приток смазки к каждому кулачку соответствует норме.

Во многих двигателях с двумя распределительными валами, а также в некоторых двигателях с одним распредвалом используются перевернутые ковшеобразные толкатели, передающие движение кулачка непосредственно на клапан. Данный тип толкателя достаточно долговечен и надежен. Поэтому толкатели можно не заменять при установке нового распредвала, если только рабочая поверхность не износилась, став плоской или вогнутой.

В автомобилях Fiat с одним двумя распредвалами или VW Golf с одним распределительным валом могут возникнуть повреждения при использовании перевернутых ковшеобразных толкателей с прокладкой, регулирующей зазор клапана и установленной сверху. Так как в свободной продаже имеется лишь ограниченный ассортимент регулирующих прокладок, возможно, придется использовать регуляторы зазора в верхней части стержня клапана, чтобы поднять ковшеобразный толкатель до необходимой области регулировки, если установлен переточенный распредвал с основанием меньшего диаметра. При условии нанесения тонкого слоя смазки на регуляторы зазора, они не будут спадать, создавая трудности при сборке. Однако вследствие производственных допусков регуляторы зазор могут плотно прилегать скорее к сухарям, чем к стержню клапана. Чтобы избежать этого, измерьте углубление каждого регулятора зазора и сравните полученные значения с расстоянием, на которое стержень клапана выступает над сухарями. Любой регулятор, который находится на расстоянии менее 0,5 мм от сухаря, должен быть обработан, чтобы увеличить зазор.

Обработайте регуляторы зазора таким образом, чтобы зазор между ними и сухарями составлял не менее 0,5 мм.

Независимо от типа клапанного механизма в большинстве случаев не должно возникнуть особых трудностей, когда дело дойдет до конструкции тарелки и сухарей. Если вы считаете, что двигатель не надежен в данном отношении, необходимо использовать тарелки из стали или более прочного материала. Не устанавливайте тарелки, изготовленные из алюминия. Некоторые любители тюнинга считают, что необходимо заменять проворачиваемые тарелки фиксированными, однако это необязательно, если только не используется распредвал с кулачками профиля IV или V. Проворачиваемые тарелки устанавливаются чаще всего на выпускной клапан, чтобы он вращался. Таким образом, клапан и седло очищаются от нагара, а температура головки клапана выравнивается, уменьшая прогорание и эрозию клапана. Проворачиваемые тарелки не обязательно использовать на впускном клапане, однако на выпускных клапанах они способствуют повышения КПД и продлению срока службы клапана.

Однако не все системы проворачиваемых тарелок так уж хороши. Тип тарелок, описанный выше, в котором центральная часть тарелки крепится надежно к стержню клапана, обычно очень прочен. Однако некоторые производители изготовляют системы проворачиваемых тарелок, которые могут привести к выпадению клапана. В таком случае, сухари будут плотно прилегать к тарелке, но зазор между стержнем клапана и сухарями будет большим. Это позволит стержню клапана свободно вращаться между сухарями, очищая седло клапана. Со временем, постоянное трение между стержнем клапана и сухарями приводит к значительному износу, и соответственно выпадению клапана. Если в вашем двигателе установлены тарелки данного типа, сухари будут соре соединены в притык (зазора не будет). Необходимо расточить кромку сухарей таким образом, чтобы они плотно прилегали к стержню клапана и при этом не соприкасались друг с другом.

В экономичных и мощных двигателях срок службы пружин больше, чем в двигателях гоночных автомобилей, следовательно, очень прочные, высококачественные пружины не нужны и даже не желательны. Главное, чтобы пружина была достаточно прочной и жесткой, чтобы клапан заходил в седло, а клапанный механизм постоянно находился в контакте с кулачком распредвала даже на самых высоких оборотах двигателя.

Если сухари плотно прилегают друг к другу, стержень клапана будет свободно вращаться. Со временем это приведет к износу сухарей, выпадению клапана и повреждению днища поршня.

В двигателях автомобилей, использующихся в стандартных дорожных условиях пружины редко подвержены повреждениям. Однако необходимо помнить, что пружины не будут работать вечно, особенно при использовании современных распредвалов с высоким подъемом клапана и быстрым ускорением вращения кулачков. Поэтому при снятии и обновлении головки блока цилиндров, клапанов и седел, измерьте длину каждой разжатой пружины и проверьте полученные данные на специальном приспособлении для проверки жесткости пружин. Если усилие сжатия на 4,5 кг меньше необходимого значения, пружину необходимо заменить. Если вы заметили признаки провисания пружины, тогда все пружины необходимо заменить.

Большое количество любителей тюнинга заменяют стандартные тарелки пружинами с большей жесткостью при замене распредвала. Очень часто это не обязательно, так как большинство заводских пружин будут нормально работать с распредвалами с кулачками III профиля, а в некоторых двигателях заводские пружины необходимо будет заменить при установке гоночного распредвала. Устанавливать пружины повышенной жесткости стоит только в случае реальной необходимости, так как они значительно ускоряют износ двигателя. К тому же, при их использовании кулачки и толкатели и коромысла будут подвержены интенсивному износу. Если давление на седло также будет высоким, это приведет к быстрой эрозии седла. В двигателях с металлическими коромыслами, впрессованными на шпильке, они могут быть повреждены, в таком случае, придется использовать дорогие коромысла со встроенными игольчатыми роликами, предназначенных для гоночных автомобилей. Поэтому перед установкой нового распредвала проконсультируйтесь с производителем относительно рекомендуемой жесткости пружин. Производитель также должен сообщить вам установленное усилие на седло, а также усилие, необходимое для нормальной работы клапанного механизма. Получив всю необходимую информацию, вы сможете определить, можно ли использовать стандартные заводские пружины, или необходима замена.

Например, производитель распредвала установил, что усилие на седло должно составлять 31,7 кг, а давление при полном подъеме – 81,6 кг. Обратившись к руководству по ремонту вашего автомобиля, вы выяснили, что стандартные пружины рассчитаны на усилие 29,4 кг при длине в сжатом состоянии 38 мм, и 61 кг при длине в сжатом состоянии 32 мм. Это может показаться не таким уж важным, так как, измерив их, вы знаете, что установленная длина клапанных пружин (длина при частичном сжатии пружины, если клапан посажен в седло) составляет 37 мм. Так как теоретически подъем клапана составляет 11 мм, то длина пружины в сжатом состоянии будет составлять 27 мм. Учтите, что в данном примере клапанный зазор составляет 0,5 мм, поэтому реальный подъем клапана будет составлять 10,5 мм, если распредвал и коромысла не наклоняются, а отношение плеч коромысла стандартное, хотя во многих случаях это не так. Например, указанное значение 1,5:1 может в действительности составлять 1,45:1. Мы можем рассчитать из спецификаций, что заводские пружины имеют жесткость 5 Н/м, так как при сжатии пружины с 38 мм до 32 мм усилие увеличилось 29,4 кг до 61 кг. Следовательно, при сжатии пружины на 6 мм усилие увеличилось на 31,6 кг, тогда получим следующее: 31,6 :6= 5 Н/м. Определив степень сжатия пружины, можно легко рассчитать усилие на седло при 37 мм и общее усилие на 27 мм. Если при 38 мм усилие будет составлять 29 кг, то при 38 мм – 33 кг (29+ (5×0,7)=33 кг), а при 27 мм оно будет составлять 86 кг (29+ (5×11,3)=86). Однако я все-таки рекомендую измерить жесткость пружины при помощи специального приспособления.

Даже убедившись, что усилие на пружину достаточное нельзя утверждать, что заводские пружины подходят, так как клапанные пружины могут застревать, если зазор между спиралями недостаточный. Обязательно необходимо определить рабочий зазор между спиралями. В зависимости от того, кто был производителем пружин, данное значение может варьироваться от 0,1 до 0,5 мм. В большинстве случаев зазор будет составлять 0,25 мм. Возможно, простейшим способом проверки минимальной длины пружины в сжатом состоянии является следующее: поместите плоские щупы подходящей толщины между спиралями пружины, затем сожмите пружину до упора и измерить длину. Чтобы пружины работали нормально, данное значение не должно превышать значение длины клапанной пружины на максимальном подъеме, которое можно рассчитать, измерив длину каждой пружины, если клапан посажен в седло, а затем необходимо вычесть подъем клапана из меньшего значения длины. Предположим, что длина варьируется от 36 мм до 37 мм, а подъем клапана составляет 10,5 мм (теоретический подъем клапана 11 мм минус зазор клапана 0,5 мм). Минимальная длина пружины в сжатом состоянии составляет 26 мм (36 – 10=26), следовательно, для нормальной работы клапанные пружины должны быть короче 26 мм, чтобы избежать сплетения спиралей пружин и повреждения кулачка.

При использовании современных распредвалов с высоким подъемом клапанов клапанный механизм может склепаться вследствие того, что нижняя часть тарелок будет ударяться о верхнюю часть направляющих клапана. Легче всего это проверить, сняв головку блока цилиндров и клапанные пружины. Прежде всего, установите штангенциркуль или калибр при длине пружины на полном подъеме. Затем установите тарелку и сухари для каждого клапана, надежно закрепив их. Затем переместите каждый клапан в максимальную точку подъемка и убедитесь, что между тарелкой и направляющей клапана существует зазор как минимум в 1,5 мм. Если зазор меньше, можно расточить тарелку, но не более чем на 1 мм. Если необходимо снять больше металла, придется обработать направляющие клапана.

Затем необходимо правильно отрегулировать зазор клапана. Шлифовщик распредвала может сообщить вам точные данные для впускного и выпускного клапанов. Если вам сообщат данные зазора на холодном двигателе, значит, двигатель не запускался в течение последних 5 часов. Данные на прогретом двигателе измеряются, если двигатель прогрет до нормальной рабочей температуры. Очень важно поддерживать соответствующий зазор клапана, в таком случае он будет должным образом посажен и передаст тепло седлу.

Распредвал с высоким подъемом клапанов может привести к тому, что тарелка будет соприкасаться с направляющей клапана в точке максимального подъема. Поэтому перед сборкой головки блока цилиндров необходимо убедиться, что зазор между тарелкой и направляющей клапана составляет не менее 1,5 мм в точке максимального подъема клапана.

Отрегулировать зазор клапана очень просто, однако это может занять некоторое время. Прежде всего, необходимо отметить, что вам не удастся сделать это, если контактная поверхность коромысла или вершина стержня клапана сильно изношены. В таком случае, пластина плоского щупа будет слишком широкой или слишком плотной, чтобы зайти в отверстие, следовательно, зазор будет неверным. При измерении зазора необходимо устанавливать пластину как можно ближе к центру окружности кулачка. Это совсем нетрудно, в случае двигателей с верхним расположением распредвала, когда толкатель расположен на окружности основания. Трудности могут возникнуть с двигателями с верхним расположением распредвала, если используется шарнирный тип контакта со стержнем клапана, так как шарнир будет свободно вращаться, что приведет к неточной регулировке клапанного зазора. В таких случаях я рекомендую регулировать зазор клапана, установив плоский щуп между кулачком и коромыслом. В данной ситуации зазор необходимо будет уменьшить, приняв во внимание отношение плеч коромысла. Поэтому, если зазор клапана должен составлять 0,3 мм, а отношение плеч коромысла равно 1,45:1, в таком случае при измерении зазора на кулачке необходимо получить следующее значение: 0,3:0,45=0,2.

В двигателях с нижним расположением распредвала придется приложить несколько больше усилий, так как вы не сможете увидеть, когда именно толкатели будут находиться на окружности основания кулачка. Зная, что впускной и выпускной клапан закрыты в верхней мертвой точке такта сжатия, можно понять, что в этот момент толкатели будут находиться в окружности основания кулачка. Начиная с поршня № 1 в верхней мертвой точке такта сжатия, отрегулируйте зазор клапанов. Затем проверните коленчатый вал, чтобы каждый поршень поднялся до верхней мертвой точки в порядке зажигания, и отрегулируйте клапанные зазоры. Чтобы упростить задачу, сделайте пометки на шкиве коленчатого вала для верхней мертвой точки каждого цилиндра. В 4 цилиндровых двигателях отметки необходимо ставить каждые 180° от цилиндра № 1, в 6 цилиндровых двигателях отметки необходимо ставить каждые 120° от цилиндра № 1, а в 8 цилиндровых двигателях отметки необходимо ставить каждые 90° от цилиндра № 1.

Регулировка клапанного механизма в двигателях, оснащенных гидротолкателями, слегка отличается. Большинство производителей рекомендует выполнять регулировку при работающем двигателе, разогретом до необходимой температуры. Предлагается ослаблять крепление каждого коромысла, пока не будет слышен характерный «щелкающий» звук, после этого необходимо повернуть регулятор на пол оборота, а затем на полный оборот. Чтобы увеличить обороты, при которых гидротолкатели будут приподниматься, регулятор необходимо повернуть лишь на одну четверть оборота. Альтернативным способом является ослабление крепления каждого коромысла при выключенном двигателе. Затем необходимо запустить двигатель и дать ему поработать несколько секунд, чтобы гидротолкатели наполнились маслом. После этого выключив двигатель, когда гидротолкатели будут находиться на окружности основания кулачка, поверните штанговый толкатель пальцами, одновременно затягивая крепление коромысла. Как только вы почувствуете сопротивление, поворачивая штанговый толкатель, отметьте положение регулировочного гаечного ключа и затяните регулирующую гайку коромысла на четверть оборота.

К сожалению, чтобы снизить затраты, большинство производителей автомобилей делают гидравлические толкатели нерегулируемыми. Следовательно, при обработке головки блока цилиндров или установке распредвала с диаметром меньшей окружности, необходимо будет выполнить некоторые действия, чтобы достичь необходимого зазора клапана. Самым простым, однако, более дорогостоящим способом будет подъем или опускание плеч коромысла, выставив с помощью прокладки станину коромысла, или обработав ее. Сначала, чтобы определить, какие именно модификации необходимо выполнить, проверните коленчатый вал таким образом, чтобы поршень № 1 находился в верхней мертвой точке во время такта сжатия. Затем установите два штанговых толкателя и коромысла для этого цилиндра и затяните шпильки станины. Если между двумя коромыслами и клапанами есть зазор, затяните шпильки станины до упора и измерьте и запишите зазор. Повторите данное действие для каждого из цилиндров, измерив и записав все данные. После этого, разделите каждое полученное значение зазора на отношение плеч коромысла, затем прибавьте к полученному значению, затем прибавьте 1 мм и 1,3 мм, разделенные на отношение плеч коромысла для каждого коромысла. Это может показаться сложным, поэтому предлагаю рассмотреть пример.

Отношение плеч коромысла в двигателе составляет 1,5:1. зазор во впускном клапане цилиндра №1 составляет 0,8 мм, а в выпускном – 0,5 мм. После деления каждого значения на отношение плеч коромысла мы получим соответственно значения 0,5 и 0,35. Прибавление 1 мм и 1,3 мм, разделенные на отношение плеч коромысла, увеличит значение на 0,7 и 0,8 мм. Следовательно, значение для впускного клапана изменится с 1,2 мм до 1,4 мм, а значение для выпускного клапана – с 1 мм до 1,2 мм. Данные значения представляют собой область станины, которая должна быть сточена, чтобы обеспечить предварительное натяжение в 0,7 мм- 0,8 мм.

Необходимо обеспечить предварительное натяжения гидротолкателей, в противном случае коромысла и клапаны будут «трещать». Нормальное предварительное натяжение составляет 1 мм- 1,5 мм.

С другой стороны, вполне возможно, что при затягивании шпилек станины от руки между головкой блока цилиндров и станиной появится зазор. В таком случае, необходимо измерить и записать зазор для каждой станины. Затем, нужно умножить каждое значение на отношение плеч коромысла. Если полученные результаты находятся в пределах 1 мм – 1,5 мм, тогда станину можно затягивать до упора, так как предварительная нагрузка на толкатели будет обеспечена. Однако если полученные значения будут меньше, потребуется выставить станину при помощи прокладки. Рассмотрим это на примере двигателя с отношением плеч коромысла 1,5:1. зазор впускного клапана цилиндра № 1 составляет 0,4 мм, а для выпускного клапана 0,5 мм. Зазор, необходимый для соответствующего предварительного натяжения – это 1 мм — 1,5 мм разделенные на отношение плеч коромысла ,следовательно на 0,7- 0,8 мм. Поэтому толщина прокладки должна составлять от 0,3 до 0,5 мм и от 0,2 до 0,3 мм соответственно.

Газораспределительный механизм (ГРМ)

Механизм газораспределения служит для осуществления своевременного впуска в цилиндр горючей смеси (например, бензина и воздуха) и выпуска отработавших газов. В головке блока цилиндров помещаются минимум два клапана – впускной и выпускной. Клапаны приводятся в движение деталями механизма газораспределения. Через впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь или воздух; через выпускной клапан выходят отработавшие газы в атмосферный воздух через систему выпуска.

Комментарии пользователей (1)

4.5.2 Устройство и принцип действия механизма газораспределения

В бензиновых и дизельных двигателях применяется механизм газораспределения клапанного типа, сейчас уже, в основном, с верхним расположением клапанов. Это значит, что клапаны находятся сверху, в головке блока цилиндров, как показано на рисунке 4.8.

Так, при верхнем расположении клапаны с пружинами и деталями их крепления установлены в направляющих втулках в головке блока цилиндров, в которой также отлиты впускные и выпускные каналы.

Рисунок 4.8 Головка блока цилиндров с газораспределительным механизмом.

Усилие от кулачков распределительного вала, расположенного здесь же – в головке блока, к клапанам передается с помощью толкателей и/или коромысел. Коромысла установлены шарнирно на оси, закрепленной на головке блока. Клапаны на головке закрыты крышкой.

Комментарии пользователей (1)

4.5.3 Тепловой зазор

Между стержнем клапана, толкателем или концом коромысла газораспределительного механизма должен быть зазор (так называемый тепловой зазор), который необходим для компенсации удлинения стержня клапана при его нагревании без нарушения плотности посадки клапана в гнезде. Другими словами, если бы не было зазора, грубо говоря, между кулачком распредвала и клапаном, то от нагрева до высокой температуры, клапан увеличился бы в длину и перестал бы плотно прилегать к седлу в головке блока цилиндров.

Величина зазора для двигателей разных марок устанавливается для впускных клапанов в холодном состоянии в пределах 0,15—0,30 мм, а для выпускных клапанов, подвергающихся большему нагреву, — в пределах 0,20—0,40 мм. Однако же, у некоторых производителей зазор может быть таков, что не попадет в указанные диапазоны.

Для регулировки величины этого зазора в механизме предусмотрены регулировочные устройства. Хотя слово «устройство» слишком громкое для регулировочного болта и стопорной гайки (Рисунок 4.9) или шайб различной толщины (Рисунок 4.10).

Рисунок 4.9 Регулировка теплового зазора с помощью болта.

Рисунок 4.10 Регулировка теплового зазора с помощью шайб
(А – головка блока цилиндров без распределительного вала;
Б – головка блока цилиндров с распределительным валом).

Сейчас очень распространена конструкция с гидравлическими компенсаторами, которые под давлением масла подводят коромысло или толкатель к кулачку распределительного вала, убирая тем самым негативное последствие теплового зазора, а именно — удар кулачка о толкатель во время работы. Но стоит упомянуть, что установка гидрокомпенсаторов удорожает конструкцию головки блока цилиндров и повышает свои требования к качеству используемого моторного масла и к частоте его замены, поскольку масляные каналы компенсатора могут забиваться продуктами износа.

Примечание
Более подробно о гидрокомпенсаторах приведено ниже.

Комментарии пользователей (0)

4.5.4 Предварительно о распределительном вале

Примечание
Почему предварительно? Потому что для целостности восприятия данного раздела о распределительном вале необходимо сказать несколько слов, а более подробное описание данной детали будет дано ниже.

Правильность чередования различных тактов в цилиндрах двигателя достигается соответствующим расположением кулачков на распределительном валу, а также правильностью установки зацепления распределительных шестерен/шкивов с приводной шестерней/шкивом коленчатого вала.

В четырехтактном двигателе рабочий цикл во всех цилиндрах завершается за два оборота коленчатого вала. За это время в каждом цилиндре должны по одному разу открыться и закрыться впускной и выпускной клапаны, что происходит за каждый оборот распределительного вала. Таким образом, распределительный вал должен вращаться в два раза медленнее коленчатого вала. Для этого шестерня распределительного вала имеет вдвое большее число зубьев, чем шестерня коленчатого вала, либо же шкив по диаметру должен быть в два раза больше шкива коленчатого вала.

Комментарии пользователей (0)

4.5.5 Фазы газораспределения четырехтактного двигателя

Для лучшего наполнения цилиндров свежим зарядом и наиболее полной очистки их от отработавших газов моменты открытия и закрытия клапанов в четырехтактных двигателях не совпадают с положениями поршней в ВМТ и НМТ, а происходят с определенным опережением или запаздыванием. Иначе говоря, впускной клапан может закрываться после того, как поршень пройдет НМТ, а выпускной — закрываться после ВМТ.

Моменты открытия и закрытия клапанов, выраженные в градусах, соответствующих величинам углов поворотов кривошипа коленчатого вала относительно мертвых точек, называются фазами газораспределения. Фазы газораспределения могут быть нанесены на круговую диаграмму, называемую диаграммой газораспределения, как показано на рисунке 4.11.

Пожалуй, будет проще показать это на примере. Так, если говорят, что клапан открывается за 5 градусов до ВМТ, значит клапан начал открываться в то время, когда кривошип коленчатого вала, к которому присоединен шатун поршня, находился за 5 градусов до верхней мертвой точки.

Рисунок 4.11 Диаграмма газораспределения четырехтактного двигателя.

Комментарии пользователей (0)

4.5.5.a Впускной клапан

Впускной клапан начинает открываться немного раньше, чем поршень придет в ВМТ. При этом к началу хода поршня вниз при такте впуска клапан уже немного откроется. Опережение открытия впускного клапана для двигателей разных моделей колеблется в разных диапазонах. Зачастую закрытие впускного клапана происходит с определенным запаздыванием, когда поршень перейдет НМТ и начнет двигаться вверх. При этом некоторое время после перехода НМТ, несмотря на начавшееся незначительное движение поршня вверх, заполнение цилиндра зарядом будет продолжаться вследствие некоторого разрежения, еще имеющегося в цилиндре, а также вследствие инерции заряда, движущегося во впускном трубопроводе.

Примечание
Однако стоит отметить, что существует как минимум два цикла, именуемых циклами Миллера и Аткинсона, при которых впускной клапан закрывается не так, как на обычных ДВС.

Таким образом, время открытия впускного клапана больше времени, в течение которого происходит полуоборот вала; продолжительность впуска при этом увеличивается, и цилиндр более полно заполняется свежим зарядом.

Комментарии пользователей (0)

4.5.5.b Выпускной клапан

Выпускной клапан открывается раньше прихода поршня в НМТ.

При этом газы, находясь в цилиндре под большим давлением, быстро начинают выходить наружу, несмотря на то, что поршень еще движется вниз. Затем поршень, пройдя НМТ и двигаясь к ВМТ, будет выталкивать оставшиеся в цилиндре газы. Выпускной клапан закрывается тогда, когда поршень перейдет ВМТ. Несмотря на то, что поршень начнет уже немного опускаться вниз, газы будут продолжать выходить из цилиндра по инерции и вследствие отсасывающего действия потока газов, движущихся в выпускном трубопроводе. Таким образом, время открытия выпускного клапана больше времени, в течение которого происходит полуоборот вала, и цилиндр лучше очищается от отработавших газов.

Примечание
Угол поворота кривошипа, соответствующий положению, при котором впускной и выпускной клапаны одновременно открыты, называется углом перекрытия клапанов. Вследствие незначительности этого угла и ничтожной величины зазора между клапанами и гнездами, возможность утечки горючей смеси исключена. Перекрытие клапанов необходимо для дополнительной продувки цилиндра с целью лучшей наполняемости свежим зарядом.

Некоторое уменьшение давления газов на поршень, происходящее при рабочем ходе вследствие раннего открытия выпускного клапана, и потеря части работы газов при этом восполняются тем, что поршень, движущийся при такте выпуска вверх, не испытывает большого сопротивления от газов, оставшихся в небольшом количестве в цилиндре.

Комментарии пользователей (0)

4.5.6 Изменение фаз газораспределения

С развитием технологий перед конструкторами и инженерами открылись серьезные перспективы в повышении эффективности работы двигателя – увеличение мощности с одновременным снижением расхода топлива стало новым трендом в автомобильной промышленности. Для того, чтобы оптимизировать работу двигателя внутреннего сгорания, необходимо подстраивать фазы газораспределения под все режимы нагрузки – от холостого хода до полной нагрузки.

Комментарии пользователей (0)

4.5.6.a Обороты холостого хода

Примечание
Обороты холостого хода — это минимальные обороты, при которых двигатель может работать устойчиво без нагрузки. Вы запустили двигатель, при этом никакого движения и воздействия на педаль газа не происходит.

Комментарии пользователей (0)

4.5.6.b Опережение зажигания

А как изменять фазы газораспределения? — Проворачивать распределительный вал относительно коленчатого вала, изменяя тем самым моменты открытия клапанов. Прибавим к этому управление опережением зажигания* и это даст возможность управлять началом и концом тактов двигателя и позволило настолько оптимизировать работу ДВС, что показатели мощности и расхода топлива улучшились многократно.

Примечание
* Опережение зажигания. Для того чтобы топливовоздушная смесь успела сгореть, пока поршень движется от верхней мертвой точки к нижней, ее необходимо поджигать немного раньше. Основным показателем является угол опережения зажигания, который говорит нам о том, за сколько градусов до ВМТ на такте сжатия возникнет пробой между электродами свечи. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель угол опережения зажигания должен изменяться, что реализуется с помощью распределителя зажигания или электронного блока управления двигателя (подробнее об этом рассмотрено в главе «Электрооборудование и электросистемы», раздел «Система зажигания»).

Комментарии пользователей (0)

4.5.6.c Суть системы

Суть системы проста. На распределительный вал (или валы) устанавливается специальный механизм, на внешней части которого есть звездочка для приводной цепи от коленчатого вала. Механизм этот устанавливается так, что может проворачивать распределительный вал в сторону опережения или запаздывания, в зависимости от режима работы двигателя.

Если говорить более подробно, то работа механизма изменения фаз газораспределения (фазовращателя) происходит, как описано ниже.

Коленчатый вал через приводную цепь вращает фазовращатель, который установлен на распределительном валу. В момент, когда необходимо сместить время открытия клапанов в сторону запаздывания или опережения, фазовращатель проворачивает распредвал в соответствующую сторону.

Рисунок 4.12 Внешний вид фазовращателя.

Фазовращатели, в основном, устанавливают на впускной распределительный вал (вал, который открывает только впускные клапаны), но сейчас все чаще данные механизмы монтируют на оба распредвала – впускной и выпускной.

Комментарии пользователей (0)

4.5.7 Изменяемая высота клапана

В современных бензиновых двигателях количество топливной смеси регулируется с помощью дроссельной заслонки – заслонка открывается, поступает больше воздуха, в соответствии с этим впрыскивается больше топлива. Воздух, необходимый для приготовления топливовоздушной смеси, пока доберется до цилиндра, преодолеет несколько весьма неприятных препятствий: воздушный фильтр, дроссельную заслонку, клапаны, а это все потери, которые напрямую влияют на мощность ДВС. Попробуйте сами подышать в противогазе не с угольным а с бумажным фильтром… Вот так и двигателю «тяжело дышать». Одно из препятствий на пути воздуха, от которого мечтали избавиться конструкторы, это дроссельная заслонка. Однако как регулировать количество впускаемого воздуха? Решение снова было связано с клапанами. Пришли к тому, что необходимо регулировать высоту клапана. Были системы со ступенчатым регулированием высоты клапана, а именно: клапан открывался только на три разные высоты. Затем придумали систему бесступенчатого открытия клапанов с диапазоном открытия от 1 мм до 10 мм. Это позволило избавиться от дроссельной заслонки – двигателю стало легче «дышать». Однако избавление от дроссельной заслонки изменением высоты открытия клапанов не является самоцелью. Контроль над работой клапанов позволяет еще больше отточить работу четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.

Комментарии пользователей (0)

4.5.8 Детали клапанной группы

К клапанной группе относятся клапан, направляющая втулка клапана, клапанная пружина с опорной шайбой и деталями крепления (они же — «сухари»). Все описанное приведено на рисунке 4.14.

Комментарии пользователей (0)

4.5.8.a Клапан

Клапан служит для закрытия и открытия впускных или выпускных каналов в головке блока цилиндров. Основными элементами клапана являются тарелка и стержень.

Рисунок 4.13 Клапан.

Комментарии пользователей (0)

4.5.8.b Тарелка клапана

Тарелка клапана имеет шлифованную конусную рабочую поверхность — фаску (обычно под углом 45°), которой клапан плотно притерт к седлу.

Комментарии пользователей (0)