Конструкция
Клапан состоит из головки и стержня, на конце которого имеются кольцевые проточки. Клапанный узел состоит из самого клапана 1 (рис. 4.6), вставленного в направляющую втулку 2, стопорного кольца 3, маслоотражательного колпачка 4, опорной шайбы пружины 5, внутренней пружины 6, наружной пружины 7, тарелки пружин 8, двух сухарей 9, толкателя 11 и регулировочной шайбы 10. 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°C, а впускных — до 400°C. 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-2110, -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.
Рис. 4.6. 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 1 высверлен канал, частично заполненный натрием 11. При нагреве натрий плавится и, испаряясь, отбирает теплоту у головки клапана и передает его через направляющую втулку 12 стенкам головки блока цилиндров 16 (рис. 4.7).
Рис. 4.7. 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; 1 - 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; 11 - натриевый наполнитель; 12 - направляющая втулка; 13 - седло клапана; 14 - жаростойкая наплавка; 15 - заглушка; 16 - головка блока
Направляющие втулки 12 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.
[Материал опубликован ранее на: AutoInstruction]
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 7 (см. рис. 4.5), 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 кадмированию. 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 сошлифовывают. Нижним концом пружина упирается в опорную шайбу 4 (см. рис. 4.7), расположенную на головке цилиндров или на дисковой пружине 9, другой конец упирается в тарелку пружины 7. Упорная тарелка пружины удерживается на стержне клапана при помощи двух сухарей 8, внутренний бортик которых входит в кольцевую проточку стержня клапана.