§ 2. Детали клапанного .Механизма газораспределения

Клапан состоит изтарелкиР (рис. 78, а) и с т е р ж н я 5. Пере- ход от тарелки к стержню сделан плавным, что обеспечивает клапану необходимую прочность, улучшает отвод тепла от тарелки и уменьшает сопротивление движению газов.

Конусный поясок 1 (фаска) тарелки клапана предназначен для плотного закрытия седла в головке цилиндров. У большинства двига- телей фаски впускных и выпускных клапанов и их седел выполнены под углом 45°. Плотность прилегания фасок клапана и седла достига- ется шлифовкой и дополнительной притиркой их друг к другу.

Стержень клапана шлифованный. В верхней его части сделана ци- линдрическая выточка 4, в которую входит выступ 3 разрезанного на две половины конического кольца — так называемые сухари 6, крепя- щие тарелку 5 на стержне клапана. Под выточкой 4 на стержне клапа- на расположена вторая цилиндрическая выточка 2, в которую вставле- но пружинное кольцо 7. Оно предотвращает падение клапана в ци- линдр в случае его обрыва.

У клапанов некоторых двигателей на тарелке сделаны прорезь или сверления для соединения со шпинделем притирочного устройства.

Рис. 78. Клапан, пружина н детали ее крепления механизма газораспреде- ления:

5

в

а

а —двигателя СМД-14: б —двигателей А-41, А-01М; в —двигателя ГАЭ-53: 1 — фаска тарелки клапана; 2, 4— цилиндрические выточки на стержне клапана; 3 — выступ на сухаре; 5 — верхняя опорная шайба пружины клапаиа; 6 — сухари; 7 — пружин- ное кольцо; 8 —стержень клапана; 9 — тарелка клапана; 10 и 16 — наружная и внут- ренняя пружины; 11— направляющая втулка: 12 — нижняя опорная шайба пружины клапана; 13 — маслоотражательный колпачок; 14 — втулка тарелки; 15 — вставное кольцо.

В двигателях А-01М, А-41, ЯМЗ, 24Д и ГАЭ-53 пружина 10 (рис. 78, бив) клапана размещена между нижней 12 и верхней 5 опорными шайбами. Клапан соединен с шайбой 5 при помощи втулки 14 и су- харей 6. Втулка 14 опирается на верхнюю опорную шайбу 5 только

Рис. 79. Выпускной клапан в сборе механизма газораспределения двигателя ЗИЛ-130 и схема поворота клапана:

а —выпускной клапан в сборе; б — детали механизма поворота; в — начальное положение механиз- ма поворота; г — положение механизма поворота при открытии клапана; б —положение механиз- ма поворота в конце открытия клапана: / — выпускирй клапаи; 2—неподвижный корпус; 3— ша- рик; 4 — упорная шайба; 5 — замочное кольцо; 6 — пружина клапана; 7— верхняя опорная шайба пружины клапана: 8 —сухаре; S — дискорая пружина; 10— возвратная пружина; У/— полость в стержне клапана; 12 — натрий; 13слой из жаростойкого сплава; 14 — заглушка; 15 — седло клапана.

торцом, поэтому трение между ними мало, и клапан под воздействием коромысла и вибрации пружины может проворачиваться. Благодаря этому увеличивается срок службы фасок седла и клапана, стержня 8 н втулки 11.

У двигателей 24Д и ГАЭ-53 для уменьшения проникновения (про- сасывания) масла через зазор между стержнем впускного клапана и его втулкой в цилиндр на стержень клапана под опорную шайбу 5 на- дет маслоотражательный колпачок 13 из маслостойкой резины.

Во время работы двигателя температура впускных клапанов дости- гает 570—670 К, а выпускных 1070—1170 К. Более низкая температура впускных клапанов объясняется тем, что при такте впуска они охлаж- даются горючей смесью или воздухом.

Клапаны изготовляют из легированной жаростойкой стали, которая сохраняет свои механические качества при высокой температуре, хоро- шо сопротивляется коррозии и износу от трения. Для впускных клапа- нов применяют хромоникелевые и хромокремнистые стали, а для вы- пускных— высокохромистые и хромоиикельмарганцовистые.

С целью уменьшения износа на фаску выпускного клапана 1 (рис. 79, а) у двигателей ГАЭ-53 и ЗИЛ-130 наплавляют слой 13 из жаро- стойкого сплава, а торцы стержней впускных и выпускных клапанов всех двигателей закаливают.

У выпускных клапанов двигателей ГАЭ-53 и ЗИЛ-130 применено натриевое охлаждение. Стержни этих клапанов 1 имеют полость 11, ко- торую при изготовлении клапана заполняют на 50—60% натрием 12, а затем к тарелке приваривают заглушку 14. Натрий во время работы двигателя плавится (температура его плавления 97° С) и в жидком со- стоянии при движении клапана перемещается внутри полости 11, интен- сивно перенося тепло от тарелки клапана к его стержню и втулке.

Выпускной клапан 1 двигателя ЗИЛ-130 для повышения срока службы принудительно поворачивается во время работы двигателя спе- циальным механизмом, состоящим из неподвижного корпуса 2 (рис. 79, а и б), в котором по окружности расположены пять наклонных углуб- лений, пяти шариков 3 и их возвратных пружин 10, дисковой пружи- ны 9, упорной шайбы 4, на которую давит пружина 6 клапана, замоч- ного кольца 5. Шайба 4 и пружина 9 надеты с зазором на корпус 2, ус- тановленный в гнездо головки цилиндров. Пружина 6 клапана одним концом опирается на шайбу 7, а другим — на шайбу 4.

При закрытом клапане усилие пружину 6 (рис. 79, в) через шайбу 4 передается на ндружцую кромку дисковой пружины 9, которая с про- тивоположной стороны внутренней кромкой опирается на выступ кор- пуса 2. Когда клапан открывается (рис. 79,г), пружина 6 сжимается. В результате ее возросшего усилия дисковая пружина 9, опираясь на шарики 3, выпрямляется. Между внутренней кромкой дисковой пружи- ны 9 и выступом корпуса 2 появляется зазор. Под действием усилия пружин 6 и 9 шарики 3, преодолевая сопротивление возвратных пру- жин 10, катятся по наклонным плоскостям углублений корпуса 2 и по- ворачивают дисковую пружину 9, шайбу 4 и с ними пружину 6 и кла- пан/на некоторый угол.

Положение механизма поворота в конце открытия клапана показа- но на рисунке 79, д. При закрытии клапана усилие пружины 6 умень- шается, и дисковая пружина 9 возвращается в первоначальное положе- ние. При этом освобождаются шарики 3, и пружины 10 возвращают их в исходное положение (рис. 79, в).

Для лучшего наполнения цилиндра у двигателей Д-50, Д-240, СМД-60, ЯМЗ-240Б, СМД-14, Д-160, А-41, А-01М, Д-37Е, Д-21А1, ГАЭ-53 и ЗИЛ-130 диаметр тарелки впускного клапана сделан не- сколько большим, чем у выпускного клапана (рис. 80,а и б).

Седла впускных и выпускных клапанов у многих двигателей (Д-21А1, ЯМЗ-240Б, Д-37Е, 24Д, FA3-53, ЗИЛ-130) выполнены во вставных кольцах из жаростойкого чугуна, запрессованных в головку цилиндров. Обычно эти головки отлиты из алюминиевого сплава. У дви- гателя СМД-60 вставные кольца сделаны из специального сплава на никелевой основе. У двигателей ГАЗ-52, А-41, А-01М и ЯМЗ вставные кольца из жаростойкого чугуна предусмотрены только для выпускных клапанов, причем у двигателей ГАЗ-52 они запрессованы в блок-кар- тер. Вставные кольца увеличивают срок службы и облегчают ремонт головки цилиндров или блок-картера. Седло впускного клапана дви- гателя СМД-60 имеет козырек (ширму) для направленного входа воз- духа в цилиндр.

Направляющая втулка 14 обеспечивает строго направлен- ное движение клапана и посадку его в седло без перекоса. Она запрес- совывается в головку цилиндров или в блок-картер. Направляющие втулки изготовляют из чугуна (СМД-14, Д-160, ЗИЛ-130) или метал- локерамики (24Д, ГАЗ-53, СМД-60 и ЯМЗ), подвергнутой прессова- нию, спеканию и пропитке маслом. Металлокерамические втулки обла- дают высокими антифрикционными качествами.

Пружина 12 создает усилие, необходимое для закрытия клапана и плотной посадки его в седло. Обладая достаточной упругостью, пружи- на не допускает отрыва клапаиа и толкателя от кулачка распредели- тельного вала, сохраняя этим установленную продолжительность от- крытия клапана.

Пружины изготовляют из стальной проволоки, обычно они бывают витые, цилиндрические. Они могут иметь постоянный (Д-240) или пе- ременный шаг витков (24Д, ЗИЛ-130). У пружины с переменным ша- гом уменьшается возможность возникновения опасного для ее прочно- сти резонанса.

Рис. 80. Детали механизма газораспределения:

а — двигателя Д-160; б — двигателя ЗИЛ-130; / — опорная шейка распределительного вала: 2 — толкатель; 3 — валик декомпрессионного механизма; 4 — штата декомпрессионного механизма; 5 —штанга толкателя; 6 — регулировочный наконечник штанги декомпрессионного механизма; 7 — регулиревочиый винт; 8— коромысло; 9— втулка коромысла; 10 — сухари; 11 — верхняя опорная шайба пружины клапана: 12 и 13 — наружная и внутренняя пружины клапана; 14 — направляющая втулка клапана; 15 — впускной клапан; 16 — распорная пру- жина; 17 — ось коромысел; 18 — стойка оси коромысел: 19 — выпускной клапан; 20 — дистанционное кольцо; 21 — упорная плита; 22 — ше- стерня; 23 — упорный бронзовый днск; 24 — гайка; 25 —валик привода датчика ограничителя частоты вращения; 26 — упорный фланец: 27 — распорное кольцо; 28 — эксцентрик привода штанги топливного иасоса: 29 — кулачок толкателя выпускного клапана; 30 — кулачок толкателя впускного клапана; 31 — втулка (подшипник) опорнойшейки распределительного вала; 32 — механизм поворота выпускного кла- пана; 33— шестерня привода масляного насоса и прерывателя-распределителя системы зажигания.

При сборке конец пружины с меньшим шагом навивки должен рас- полагаться у тарелки клапаиа.

В двигателях ЗМЗ-451, ГАЭ-53, Д-37Е на каждый клапан устано- влена одна пружина, а в двигателях Д-240, А-41, СМД-60, Д-160 и ЯМЗ — две пружины. Чтобы витки внутренней 13 (рис. 80, о) и наруж- ной 12 пружин не заклинивались, они навиты в разные стороны. Нали- чие двух пружин уменьшает размеры и облегчает условия их работы; вместе с тем повышается надежность: при поломке одной пружины клапан будет удерживаться другой.

У двигателя ГАЗ-52 пружина одним концом упирается в тело блок- картера 4 (см. рис. 76,6), а другим — в опорную шайбу 18, соединен- ную с концом стержня клапана сухарями 17.

Детали передачи механизма газораспределения обеспечивают пере- дачу движения от распределительного вала к клапанам. К этим дета- лям при подвесных клапанах относятся толкатель 2 (рис. 80), штанга 5, коромысло 8 с регулировочным винтом 7, ось коромысел 17 со стой- кой 18 и пружинами 16, а при боковых — толкатель 2 (см. рис. 76,6) с регулировочным болтом 8.

Толкатель служит для передачи движения от кулачка распре- делительного вала к клапану или штанге. Толкатели изготовляются из чугуна или стали. Их рабочие поверхности шлифуются и термически обрабатываются. Для уменьшения массы толкатели часто делают пусто- телыми. Толкатели перемещаются в направляющих втулках из анти- фрикционного чугуна (Д-37Е) или непосредственно в отверстиях блок- картера (например, СМД-60, Д-240, ГАЭ-53, ЗИЛ-130). Применяются толкатели следующих видов: качающиеся роликовые (рис. 81, а), гри- бообразные (рис. 81, б и г) и цилиндрические (рис. 81, в).

Рис. 81. Толкатели:

а — качающийся роликовый: б — грибообразный с плоской опорной поверхностью; в — цилинд- рический со сферической опорной поверхностью; г — грибообразный толкатель со сферической опорной поверхностью: / — рычаг; 2 — ось рычага; 3 — втулка; 4 — ролнк; 5 — игольчатый под- шипник; 6 — ось ролика; 7 — пята.

В двигателях А-41, А-01М и ЯМЗ установлены качающиеся на спе- циальной оси роликовые толкатели. В отверстие толкателя запрессо- вана бронзовая втулка 3 (рис. 81,а). Ролик 4 вращается на игольчатом подшипнике 5. С целью повышения долговечности толкателя в месте соприкосновения со штангой в него запрессована термически обработан- ная стальная пята 7 со сферической поверхностью.

Нижняя часть грибообразного толкателя выполняется в виде та- релки, которая имеет плоскую (Д-37Е, СМД-60, Д-160) или сферичес- кую (ГАЗ-52) опорную поверхность. У цилиндрического толкателя (ЗИЛ-130 и ГАЭ-53) опорная поверхность тоже сферическая.

Для более равномерного износа опорной и направляющей (цилин- дрической) поверхностей толкатель одновременно с прямолинейным движением совершает вращательное — вокруг своей оси. Вращательное движение толкателя при его плоской опорной поверхности достигается смещением оси толкателя относительно оси кулачка распределительно- го вала на 1,5 мм (рис. 81, б), а при сферической опорной поверхно- сти—применением кулачков распределительного вала, имеющих не- большую конусность (рис. 81, в и г).

На рабочую поверхность цилиндрических стальных толкателей дви- гателей 24Д, ГАЭ-53 и ЗИЛ-130, соприкасающуюся с кулачком распре- делительного вала, наплавляют отбеленный чугун. У ЗИЛ-114 цилин- дрические толкатели имеют гидравлическое устройство, автоматически обеспечивающее работу без зазора в клапанном механизме.

Штанга 5 (рис. 80) представляет собой цельный стальной (СМД-60 и ЗИЛ-130), цельный из алюминиевого сплава (Д-37Е, 24Д и ГАЭ-53) или пустотелый стальной (А-41, А-01М и ЯМЗ) стержень. Штан- ги из алюминиевого сплава и пустотелые стальные на концах имеют стальные шлифованные, термически обработанные наконечники. Ниж- ний наконечник штанги — шаровой. Он опирается на сферическую по- верхность выемки толкателя. Верхний наконечник штанги имеет углубление со сферической поверхностью, на которую опирается головка регулировочного винта 7.

Коромысло 8 — это стальной двуплечий рычаг с плечами раз- личной длины. На коротком плече сделано разьбовое отверстие. В это отверстие ввертывается винт 7, с помощью которого регулируется за- зор между утолщением (бойком) на конце длинного плеча коромысла и стержнем клапана. Рабочая поверхность бойка шлифуется и терми- чески обрабатывается. В средней части коромысла имеется отверстие с запрессованной втулкой 9. Это отверстие необходимо для того, что- бы установить коромысло на оси.

Стальные оси 17, на которых размещены коромысла, закреп- лены в стойках 18, установленных на верхней плоскости головки ци- линдров. Стойки крепятся к головке цилиндров шпильками. Продоль- ное перемещение по валику коромысел предотвращается распорными пружинами 16.

Оси коромысел обычно пустотелые, их внутренняя полость исполь- зуется как канал для подвода масла, смазывающего втулки коромысел и трущиеся поверхности наконечников штанг, головок регулировочных винтов и направляющих втулок. Чтобы масло не вытекало из осей коромысел, наружные концы их закрыты заглушками, а внутренние соединены трубкой, снабженной уплотнительным устройством.

Для предохранения от повреждений и загрязнения детали меха- низма газораспределения, размещенные на головке цилиндров, закры- ты стальными или алюминиевыми колпаками. Между нижней плоско- стью колпака и головкой цилиндров, а также между верхней плоско- стью колпака и его крышкой установлены специальные прокладки.

Распределительный вал при помощи кулачков 29 и 30, располо- женных на нем, управляет движением клапанов. Каждый кулачок воз-

Осевые перемещения распределительного вала во втулках ограни- чиваются в пределах 0,08—0,25 мм. В двигателях СМД-14 осевые пе- ремещения распределительного вала 2 (рис. 83, а) ограничиваются с одной стороны втулкой 1, в которую упирается бурт 3 на передней шей- ке распределительного вала, а с другой стороны — винтом 7, в который упирается подпятник 6, запрессованный в торец вала. Винт 7 ввернут в переднюю крышку 9 картера шестерен и стопорится контргайкой 8. Сферическая поверхность упорного винта 7 и торец подпятника 6 за- калены и прошлифованы. Между ними устанавливается зазор 0,5 мм.

В двигателях ЗИЛ-130, ГАЗ-53 и ГАЗ-52 для ограничения переме- щения распределительного вала служит упорная стальная шайба 12 (рис. 83,6), прикрепленная болтами 13 к передней стенке блок-картера 16. Эта шайба помещена между торцом опорной шейки 15 распредели- тельного вала и торцом ступицы 17 распределительной шестерни. Тол- щина шайбы 12 меньше толщины распорного кольца 14. Разница в тол- щине этих двух деталей обеспечивает необходимый зазор.

Привод распределительного вала большинства автотракторных двигателей шестеренчатый, а у двигателей 412 и ВАЗ-2101 — цепная передача.

Распределительные шестерни передают вращение от коленчатого вала к распределительному. Они располагаются в передней части дви- гателя, в специальном картере, который закрывается крышкой, или в задней части двигателя (СМД-60, ЯМЗ-240 и его модификации).

У двигателей 24Д (рис. 84), ГАЗ-52 и ЗИЛ-130 шестерни коленча- того и распределительного валов входят непосредственно в зацепление. А у двигателей Д-37Е, СМД-14 (см. рис. 76,а), Д-240, А-41 и А-01М шестерня коленчатого вала соединяется с шестерней распределитель- ного вала через промежуточную шестерню.

Для лучшей плавности хода и уменьшения шума распределитель- ные шестерни делают с косыми зубьями.

В качестве материала распределительных шестерен применяют сталь, чугун и пластмассу. Так, в двигателях 24Д, ГАЗ-52, ГАЭ-53 ведо- мая шестерня на распределительном валу — текстолитовая (пластмас- совая). В других двигателях распредели- тельные шестерни сделаны из металла.

Применение разных материалов для ве- дущей и ведомой распределительных ше- стерен способствует уменьшению шума при их работе.

Распределительные шестерни (кроме промежуточных) крепятся на своих валах шпонками или болтами в строго опреде- ленных положениях. Соединение зубьев шестерен при сборке двигателя осущест- вляется по меткам, имеющимся на ше- стернях (см. рис. 76, в и 84), а иногда и на картере шестерен. Такая установка шестерен обеспечивает согласованное вращение коленчатого и распределитель- ного валов и валов привода топливного насоса (у дизеля). Обозначение меток и их взаимное расположение у различных двигателей неодинаковы.

Рис. 84. Расположение шестерен распределения двигателя 24Д:

1—шестерня коленчатого вала: 2 — шестерня распределительного вала.

Промежуточные шестерни двигателей СМД-14 и Д-240 вращаются на непо- движных стальных осях (пальцах), кото- рые запрессованы в переднюю стенку блок-картера.

В механизмах газораспределения двигателей ВАЗ-2101 и 412 рас- пределительный вал 4 (рис. 85, а) размещен на головке цилиндров 9, и его кулачки действуют на коромысла 3 w 6, которые открывают кла- паны 10. В этих механизмах нет толкателей и штанг, проще отливка блок-картера и меньше шум при работе.

У двигателя412 от звездочки 10 (рис.85,ей б) вращение переда- ется звездочке 14 распределительного вала двухрядной роликовой це- пью 11. Для натяжения цепи привод имеет специальное устройство, со- стоящее из зубчатого ролика 9, расположенного на одном плече дву- плечего рычага 7. Другое плечо этого рычага упирается в пробку !.

Рис. 85 Механизм газораспределения двигателя 412 и привод его распределительного вала:

о — механизм газораспределения: / — наконечник клапана; 2 — ось коромысел выпускных клапанов; 3, 6 — коромысла; 4— распределительный вал; 5 — ось коромысел впускных клапаиов: 7 — контргай- ка; 8— регулировочный вннт; 9 — головка цилиндров; 10 — клапаны; б — натяжное устройство; в—цепной привод распределительного вала: / — направляющая пробка; 2 — плунжер: 3 — верхняя крышка распределительных звездочек; 4— пружина; 5 — пробка; 6 — сухарь; 7 —рычаг натяжного ролика; 8 — болт; 9 — натяжной ролик; 10 — звездочка коленчатого вала; 11 — цепь; 12 — успокои- тель: 13—ось рычага; 14 — звездочка распределительного вала.

7 А. М. Гуревич, Е. М. Сорокин 97

Рычаг 7 свободно сидит на оси 13, запрессованной в головку цилинд- ров. Под действием пружины 4 плунжер 2 через рычаг 7 прижимает ролик 9 к ведомой ветви цепи 11. Плунжер 2 имеет продольный паз, в который входит сухарь 6, фиксирующий положение плунжера. Сухарь закрепляется болтом 8. Для уменьшения вибрации ведущей ветви це- пи 11 предусмотрен пластмассовый успокоитель 12.