Распределительные валы

Распределительный вал предназначен для своевременного от­крытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. Плотное зак­рытие клапанов обеспечивается пружинами, установленными на стержнях клапанов.

Изготавливают валы методом штамповки из стали (двигатели автомобилей ЗИЛ-433100 и КамАЗ) или отливают из чугуна (дви­гатели автомобилей «Волга» ГАЗ-31029, ВАЗ-2110, -2111, -2112, -1111,-11113, «ГАЗель»).

Валы автомобилей ВАЗ-1111 и -11113 трехопорные, а двигатель ЯМЗ-741 имеет шесть опорных шеек. Для откры­тия и закрытия клапанов имеются кулачки толкателей выпускных и впускных клапанов. Для привода топливного насоса на рас­пределительном валу установлен эксцентрик, а для привода мас­ляного насоса и прерывателя-распределителя — шестерня. На переднем конце вала на шпонке установлена шестерня привода распределительного вала. Опорные шейки распределительных ва­лов вращаются во втулках, выполняющих роль подшипников.

Втулки у различных моделей двигателей отличаются друг от друга. У автомобилей ЗИЛ-5301 они сталеалюминиевые, на двига­телях ЯМЗ-740 и -741 — бронзовые. Распределительные валы дви­гателей автомобилей «ГАЗель» своими опорными шейками опира­ются непосредственно на поверхность расточек в алюминиевом блоке цилиндров. У ЗИЛ-5301 первая втулка из алюминиевого сплава, остальные — чугунные.

От осевого перемещения распределительные валы двигателей автомобилей КамАЗ, ЗИЛ-433100, ГАЗ-3307, «Волга» ГАЗ-31029, «ГАЗель» удерживаются упорным фланцем и распорной втул­кой.

Наружный диаметр распорной втулки меньше, чем внутренний диаметр отверстия упорного фланца, поэтому фланец надевается поверх распорной втулки и двумя болтами крепится к блоку ци­линдров. Распорная втулка на 0,1 ...0,2 мм шире фланца. Благода­ря такому устройству распределительный вал может перемещаться на 0,1 ...0,2 мм.

Распределительные валы двигателей автомобилей ВАЗ-2110, -2111, -2112, -1111 и -11113 удерживаются от осевого перемеще­ния фланцем, устанавливаемым между головкой цилиндров (с кор­пусом подшипников) и корпусом вспомогательных агрегатов.

У двигателя автомобиля ЗИЛ-5301 и его модификаций распре­делительный вал удерживается от осевого перемещения передней втулкой опорной шейки (со стороны вентилятора), имеющей спе­циальный упорный бурт. Эта втулка изготовлена из алюминиевого сплава. Для повышения износостойкости рабочая поверхность ку­лачков и эксцентрика привода бензинового насоса чугунных валов отбелена до высокой твердости. Зубья шестерни привода масляно­го насоса закалены.

У стальных распределительных валов поверхности кулачков и опорных шеек упрочнены закалкой токами высокой частоты.

Опорные шейки валов могут иметь одинаковые диаметры (дви­гатель автомобиля ГАЗ-3307) или разные (двигатели автомобилей «Волга» ГАЗ-31029 и «ГАЗель» всех модификаций).

В двигателях ЗМЗ – 406 применяется на каждый цилиндр 4 клапана, и устанавливаются 2 распределительных вала. Валы взаимозаменяемы, фиксация производится с помощью 2-х стальных или пластиковых полусферических сухарей.

Толкатели

Усилия от кулачков распределительного вала к клапану или штанге передают толкатели. Они же воспринимают и боковые уси­лия, возникающие при вращении кулачков распределительного вала. Толкатели подвергаются действию переменных нагрузок, имеющих динамический характер, следовательно, должны иметь износостойкие рабочие поверхности и малую массу. Для уменьше­ния массы толкатели выполняют пустотелыми.

В двигателях с нижним расположением клапанов применяются тарельчатые толкатели со сферической опорной поверхностью. Кулачок распределительного вала касается опор­ной части толкателя сбоку от оси стержня и имеет небольшую конусность. Благодаря такому устройству толкателя и кулачка тол­катель вращается во время вращения распределительного вала, что обеспечивает равномерный износ опорной поверхности. Для регу­лировки тепловых зазоров в стержень толкателяввернут регули­ровочный болт с контргайкой.

У двигателей с верхним расположением клапанов и нижним расположением распределительных валовтолкате­ли выполнены в виде пустотелого поршня, внутрь которого входит штанга. Нижний конец штанги смазывается маслом, стекающим по штанге. В толкателе имеется отверстие, через которое выте­кающее масло смазывает направ­ляющие втулки и кулачки рас­пределительного вала. Таких от­верстий может быть два. Торец толкателя, контактирующий с кулачком, наплавлен отбелен­ным чугуном, сами толкатели стальные. Для равномерного из­носа опорная часть толкателя делается сферической, а кулачок имеет конусность, что приводит к вращению толкателя во время работы двигателя.

Рычажные подвесные толкатели применяют на двигателях дизе­лей. В приливах толкателя установлена ось ролика, на которой в игольчатом подшипнике вращается ролик. Ролик при работе дви­гателя катится по поверхности кулачка распределительного вала. У этих толкателей трение скольжения заменено на трение каче­ния, что способствует уменьшению износа толкателя и поверхно­сти кулачка вала.

При верхнем расположении клапанов и распределительного вала (двигатели автомобилей ВАЗ-2110, -2111, -1111 и -11113) толкате­лиимеют форму стакана, в перевернутом виде надетого на кла­пан. В наружном днище толкателя выполнено кольце­вое углубление для укладки ре­гулировочных шайб, подбором толщины которых регулируется тепловой зазормежду толкателем и кулачком распределительно­го вала.

На двигателях ЗМЗ-4061 и -4063 автомобилей «ГАЗель» и на двигателях автомобилей ВАЗ-2112 применены гидротолкатели. Эти двигатели имеют распределительные валы для впускных и выпуск­ных клапанов. Каждый цилиндр имеет по два впускных и два вы­пускных клапана. Над каждым клапаном располагаются гидротол­катели. Гидротолкатели стальные, выполнены в виде цилиндри­ческого стакана с плунжерной парой и шариковым обратным кла­паном. На наружной поверхности стакана имеются кольцевая ка­навка и отверстие для подвода масла внутрь толкателя из магист­рали головки блока цилиндров. Наружная поверхность и торец толкателя нитроцементированы. Толкатели устанавливаются в от­верстиях головки блока цилиндров. Гидравлические толкатели ис­ключают необходимость регулировки зазора между толкателями и клапанами.

а—тарельчатый со сферической опорной поверх­ностью; б—цилиндрический (поршневой); в—рычажно-роликовый;1 — распределительный вал; 2—кулачок; 3—толкатель; 4— регулировочный болт; 5— контргайка; 6—штанга; 7—отверстие для слива масла; 8—пята; 9—ролик; 10—игольчатый под­шипник; 11 — ось ролика; 12—втулка; 13—вилка толкателя.

Механизм привода клапа­нов при верхнем расположении кла­панов и распределительного вала:

1— головка цилиндров; 2 — клапан; 3 — толкатель; 4 — корпус подшипников распределительного вала; 5 — распре­делительный вал; 6 — регулировочная шайба; 7 — маслоотражательный кол­пачок; А — зазор между кулачком и ре­гулировочной шайбой

1-корпус, 2-гидрокомпенсатор, 3-плунжер, 4-клапан гидрокомпенсатора, 5-пружина гидрокомпенсатора.

Во время работы двигателя масло под давлением из системы смазки поступает в корпус, отжимает клапан и заполняет гидрокомпенсатор и плунжер.

Когда двигатель не работает давления масла нет.

Плунжер может отойти от стержня клапана. Пружина компенсатора расправится, компенсатор прижмет к низу корпуса, а плунжер к стержню клапана, следовательно зазора нет. Тепловой зазор устанавливается между плунжером и днищем корпуса – автоматически. Первый раз применился в ЗМЗ-406.

Штанга

Передает усилие от толкате­ля к коромыслу. Она должна обладать достаточной устойчивостью на продоль­ный изгиб, иметь возможно меньшую массу и высокую износостойкость рабо­чих поверхностей. Штанги изготавливают из прутка алюминиевого сплава (двига­тели автомобилей ГАЗ-53-12, ГАЗ-24-10 «Волга»), стального прутка с закаленными и обработанными рабочими поверхностями (двигатели автомобилей ЗИЛ-431410) или стальной трубки (двигатели автомоби­лей МАЗ-5335, КамАЗ-5320 и др.). На концы штанг из алюминиевого сплава и стальной трубки напрессованы сталь­ные, термически обработанные наконеч­ники для шарнирного соединения с коро­мыслом и толкателем.

Применение штанг из алюминиевого сплава для двигателей с алюминиевым блоком вызвано необходимостью сохране­ния постоянства теплового зазора в приводе клапанов — при нагревании блока и штанги линейное расширение их будет одинаковым и зазор неизменным.

Коромысло

Служит для передачи усилия от штанги к стержню клапана. Оно должно обладать достаточ­ной жесткостью и минимальным моментом инерции.

Конструктивно коромысло представляет собой неравноплечий рычаг, качающийся на неподвижной оси. С целью уменьше­ния высоты подъема кулачка и, следова­тельно, снижения инерционной нагрузки в приводе плечи коромысла выполняют неравными. Чаще применяют передаточное отношение коромысла 1:1,5.

В один конец коромысла, обращенный к штанге, ввертывается регулировочный винт с фиксирующей его контргайкой. В зависимости от типа наконечника штанги головка болта выполняется с наружной (двигатели автомобиля МАЗ--5335) или внутренний (двигатели авто­мобилей ГАЗ-3307, ЗИЛ-431410) сферой. Для повышения износостойкости поверх­ность сферической части головки болта термически обрабатывают и шлифуют. На поверхности болта выполняется коль­цевая проточка, а в теле высверливаются осевой и радиальный каналы для подвода масла к трущимся поверхностям штанги и болта от оси коромысла.

На другом конце коромысла имеется сферическая поверхность, которая опи­рается на стержень клапана. Эту поверх­ность (боек коромысла) термически обра­батывают и шлифуют.

В отверстие ступицы коромысла запрес­сована бронзовая втулка с кольцевой канавкой внутри для распределения масла и подачи его к регулировочному болту (двигатели автомобилей ГАЗ-3307, ЗИЛ-431410 и др.). Ось коромысел крепится к стойкам на головке блока. От продоль­ного смещения по оси коромысла удер­живаются распорными пружинами, при­жимающими их к стойкам и стопорным кольцам. На двигателях КамАЗ-740.10 и ЯМЗ по конструктивным соображе­ниям оси запрессованы в стойки индивидуально для каждого коромысла. От осевого смещения коромыс­ло удерживается упорной шайбой и стопорным пружинным кольцом.

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.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ