Детали механизма газораспределения.

Распределительный вал служит для открытия и закры­тия клапанов газораспределительного механизма в опреде­ленной последовательности согласно с порядком работы цилиндров двигателя.

Также он осуществляет привод (в карбюраторных двигателях) топливного насоса, масляного насоса, прерывателя тока низкого напряже­ния и датчика ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала (двигатели ЗМЗ-53.11 и ЗИЛ-508.10).

Распределительный вал имеет коренные (опорные) шейки; кулачки, расположение которых на валу обусловлено числом клапанов на цилиндр и последовательностью их открытия в зависимости от порядка работы двига­теля, схемы привода, фазы газораспределения. Помимо этого на валу имеется эксцентрик для привода топливного насоса, а также крепится шестерня для привода масляного насоса и прерывателя-распределителя. На переднем конце вала имеется шейка со шпоночным пазом под зубчатое колесо (или шкив) и резьбой для ее крепления.

Для уменьшения тре­ния между шейками и опорами в отверстия запрессовывают стальные, покрытые антифрикционным слоем, или металлокерамические втулки.

Для восприятия осевых усилий от косозубых зубчатых колес при ниж­нем расположении распределительного вала используются стальные упор­ные фланцы. С одной стороны во фланец упирается ступица зубчатого ко­леса привода, а с другой — торец передней опорной шейки распредели­тельного вала. Необходимый осевой зазор при этом обеспечивается распорным кольцом, установленным между ступицей зубчатого колеса и шейкой вала. Ширина кольца на 0,1—0,2 мм больше толщины фланца.

Распределительные валы отковывают из стали с после­дующей цементацией и закаливанием токами высокой час­тоты. На некоторых двигателях валы отливают из высоко­прочного чугуна. В этих случаях поверхность кулачков и шеек вала отбеливается и затем шлифуется.

На двигателях ВАЗ-2105 и -2106 распрелительный вал помещен в корпус, который выполнен из алюминиевого спла­ва и крепится к головке цилиндров шпильками и гайками.

На двигателе ВАЗ-2108 опорные шейки распределительного вала вращаются в от­верстиях, которые наполовину находятся в алюминиевых кор­пусах подшипников: в переднем корпусе находятся первая и вторая, в заднем — третья, четвертая и пятая опоры.

Толкатели передают усилия от кулачков распределительного вала к штангам или непосредственно к клапанам и воспринимают возникающие при этом боковые усилия.

Толкатели изготовляются в виде круглых стерж­ней или стаканов (рис. 8 а), совершающих осевое возвратно-поступательное движе­ние, а также в виде рычагов (рис. 8 б), совершающих качающиеся движения вокруг своей оси.

Рис. 8. Толкатели: а — обыкновенные; б — качающиеся; 1 — штанга; 2 — грибовидный толкатель; 3 — втулка толкателя; 4 — толкатель с выпуклым днищем; 5 — кулачки распределительного вала; 6 — толкатель в виде стаканчика с плоским днищем; 7 — грибовидный толкатель с кольцевой выемкой; 8 — ось ролика;

9 — ролик; 10 — пята; 11 — втулка; 12 — рычаг.

Цилиндрические толкатели выполняются пустотелыми с плоской или сферической поверхностью днища радиусом 700—1000 мм, а кулачок рас­пределительного вала — коническим с углом при вершине конуса 6—12°. При этом кулачок смещается относительно оси толкателя в сторону осно­вания конуса на 2—3 мм, что обеспечивает проворачивание толкателя во­круг его оси (рис. 8 а), с целью предотвращения неравномерного износа его боковой направляющей поверхности при работе.

Перемещаются тол­катели в направляющих 3, выполненных в блоке цилинд­ров, либо в прикрепленных к нему специальных корпу­сах. Для предотвращения неравномерности износа их ра­бочих поверхностей толкатели все время провертываются вокруг своих осей за счет выпуклой поверхности их ниж­ней головки и скошенной поверхности кулачка распреде­лительного вала.

В двигателях марки «ЯМЗ» (рис. 8 б) применяют подвесные рычажные толкатели, свободно установленные на разрезной оси. На одном конце ры­чага выполнено гладкое отверстие под ось качания 8 на другом, в вилке 12 на игольчатых подшипниках, установлен ролик 9, сверху вилки запрессована стальная пята 10 со сферической поверхностью, на которую опирается штанга.

Толкатели изготовляются из стали с низким и средним содержанием углерода и из чугуна.

Штанги передают усилие от толкателей к коромыслам. Штанга упирается с од­ной стороны в углубление толкателя, а с другой — в сфери­ческую поверхность регулировочного винта коромысла.

Штанги изготовляются в виде полых цилиндрических стержней из стали с закаленными наконечниками или в виде дюралюми­ниевых трубок с запрессованными с обеих сторон сфериче­скими стальными наконечниками.

Коромысло передает усилие от штанги к клапану. Вы­полняют его в виде двуплечего рычага, посаженного на ось. Плечо коромысла со стороны клапана длиннее, чем со сто­роны штанги толкателя, что позволяет уменьшить высоту подъема штанги толкателя. В коротком плече коромысла имеется резьбовое отверстие под регули­ровочный винт и канал для подвода масла к сферической поверхности штанги и винта. На другом плече коромысла имеется сферическая поверх­ность (боек коромысла), которая опирается на стержень клапана. В сред­ней части выполнено гладкое отверстие под ось качания коромысла. Для уменьшения трения коромысла об ось в отверстие запрессовывается брон­зовая втулка. Устанавливают коромысла на полых стальных осях, которые бывают общими для всех цилиндров или изготовляются отдельно для каждого цилиндра. Оси закреп­ляются в стойках на головке цилиндров двигателя. От про­дольного перемещения коромысло удерживается при помо­щи цилиндрических пружин. От осевого смещения коромысло удерживается упорной шайбой и стопорным пружинным кольцом. Коромысла отливают из чугуна или стали методом точ­ного литья.

Клапаны предназначены для герметизации цилиндра при тактах сжатия и рабочего хода и соединения его с трубопроводами впускной или выпуск­ной системы при тактах впуска или выпуска в процессе газообмена в зависимос­ти от положения поршня в цилиндре и от порядка работы двигателя.

Клапан состоит из головки (или тарелки) и стержня. Различают клапа­ны с плоской, выпуклой и тюльпанообразной головками. Диаметр головки впус­кного клапана больше, чем выпускного, что обеспечивает более быстрое заполнение камеры сгорания цилиндра заря­дом горючей смеси.

Головки обычно имеют небольшой (около 2 мм) цилиндрический поясок и уплотнительную фаску, снятую под углом 45 и 30°. Уплотнительные фаски клапанов шли­фуют и притирают к седлам, а стержни подвергают термообработке, шли­фовке, полировке и покрывают хромом. На фаску головки клапанов иногда наплавляют жаростойкий сплав.

Стержень клапана цилиндрический и в верхней части имеет выточку для фиксации деталей крепления клапанной пружины. Торцы стержней (3—5 мм) закали­вают.

Чтобы уменьшить напряженность выпускных клапанов, возникающую вследствие высоких температур, в ряде двигателей применяют натриевое ох­лаждение. С этой целью клапан выполняют полым с утолщенным стержнем и примерно на ²/з полости заполняют металлическим натрием, температура плавления которого составляет около 97 К. В рабочем состоянии расплав­ленный натрий, перемещаясь внутри полости при возвратно-поступатель­ном движении клапана, увеличивает интенсивность отвода теплоты от горя­чей головки к более холодному стержню и далее к направляющей втулке. Выпускные клапаны также могут иметь механизм их принудительного провора­чивания при работе, что предотвращает их заедание и обгорание.

Для предотвращения попадания масла в камеру сгора­ния цилиндра по зазору между стержнем клапана и его на­правляющей втулкой ставят уплотнение из маслобензостойкой резины в виде колпачка или сальника.

В настоящее время при производстве двигателей легко­вых автомобилей все чаще применяют четырехклапанную конструкцию, когда в каждом цилиндре установлены два впускных и два выпускных клапана. Совместно с располо­жением свечи зажигания по центру камеры сгорания это улучшает наполнение цилиндров свежим зарядом горючей смеси, сокращает время сгорания рабочей смеси и улучшает топливную экономичность двигателя.

Впускные клапаны изготовляют из хромистой стали; выпускные клапаны или их головки — из жаростойкой ста­ли.

Стержни клапанов перемещаются по чугунным или металлокерамическим направляющим втулкам, запрес­сованным в головку цилиндров двигателя.

На двигателях ВАЗ-2105 и -2106 впускные и выпускные клапа­ны расположены наклонно в один ряд. Впускной клапан це­ликом изготовлен из хромоникельмолибденовой стали, а у выпускного клапана тарелка изготавливается из жаропрочной хромоникельмарганцовистой стали, причем на рабочую повер­хность (фаску) тарелки наплавлен жаростойкий сплав.

Направляющие втулки обеспечивают строго перпендикулярное относи­тельно седла перемещение клапанов. Материалом для изготовления направ­ляющих втулок служат в основном перлитный чугун и металлокерамика, представляющая собой смесь из порошков железа, меди и графита, которые подвергаются прессованию, спеканию в печи и пропитыванию маслом. От возможного просачивания в цилиндры масла, стекающего по стержням впускных клапанов, последние снабжаются самоподжимными манжетами.

На двигателе ВАЗ-2108 в отверстиях направляющих втулок клапанов имеются спи­ральные канавки, обеспечивающие их смазку, которые у втулок выпускных клапанов сделаны по всей длине, а у впускных — до половины длины отверстия.

Наиболее важным сопряжением, определяющим долго­вечность механизма газораспределения, является сопряжение седло—кла­пан, так как оно подвержено ударным нагрузкам при посадке клапана и значительным термическим перегрузкам. Седла клапанов запрессованы в головку или блок ци­линдров. Седло клапана, с которым сопри­касается уплотнительная фаска клапана, обрабатывают инструментом с уг­лами заточки 15, 45 и 75° таким образом, чтобы уплотнительный поясок седла имел угол 45° и ширину около 2 мм. По своим размерам поясок дол­жен подходить ближе к меньшему основанию конусной фаски клапана. Фаска клапана имеет меньший угол и соприкасается с седлом только узким пояском у своего большого основания, что обеспечивает хорошее уплотне­ние клапанного отверстия. Вставные седла изготовляются в виде отдельных колец из жаропрочного чугуна, легированной стали или металлокерамики.

Клапан к седлу прижимается одной или двумя клапан­ными пружинами (в последнем случае пружины должны иметь различное направление витков с целью гашения коле­баний).

Клапанные пружины обеспечивают плотное прилегание клапанов к сед­лам и своевременное их закрытие после завершения действия кулачков рас­пределительного вала. Характеристику (жесткость) клапанных пружин под­бирают из условий сохранения кинематической связи между деталями меха­низма газораспределения. Клапанные пружины изготовляются из стальной проволоки диаметром 4—6 мм, легированной марганцем и хромом.

Пружины нижнеклапанных механизмов обычно имеют 8—10 витков, верхнеклапанных механизмов — 6—8 витков. Два крайних витка являются опорными. Их размещают вплотную к соседним виткам и прошлифовывают, создавая сплошную кольцевую поверхность, перпендикулярную оси пружины. Нижним концом пружина опирается на головку блока цилиндров через специальную опорную тарелку, а верхним концом соединяется двумя сухарями с клапаном через верхнюю тарелку. Для этой цели сухари на внут­ренней поверхности имеют выступы, которые входят в проточку клапана, а гладкая наружная поверхность сухарей выполнена в виде усеченного конуса.

Два сухаря установленные на клапан, образуют опорную коническую поверхность, которая сопрягается с опорной поверхностью проточки в верхней тарелке, и это соединение удерживается в замкнутом состоянии за счет предварительного сжатия пружины. Чтобы устранить возможность возникновения опасного для прочности пружин резонанса, на клапаны ставят по две пружины с навивкой витков в противоположные стороны или делают пружины с переменным шагом навивки.