АвтоРули

Охлаждаемый выпускной клапан

Клапан должен уплотнять внутрицилиндровое пространство. Для улучшения герметичности посадочная фаска клапана выполнена с углом наклона 45,5°, т. е. немного больше, чем угол посадочной фаски седла. Этим достигается линейный контакт между фасками клапана и седла в первые часы работы двигателя.

 

Ширина посадочной фаски равна 2 мм, а ее биение относительно стержня должно быть не более 0,03 мм. Хорошая концентричность фаски седла относительно отверстия в направляющей втулке клапана позволяет отказаться от притирки клапана к седлу. На посадочную фаску выпускного клапана действуют ударные нагрузки при посадке клапана на седло и усилие предварительной затяжки клапанной пружины. Вследствие неравномерного нагрева свода камеры сгорания в зоне расположения выпускного клапана и выпускного канала может появиться искривление поверхности фаски седла клапана. При этом образуется щель между фасками седла и клапана, через которую проходят газы, что может привести к прогару. Чтобы избежать этого, фаски клапанов наплавляют специальными жаростойкими и жаропрочными сплавами. В двигателях ЗИЛ-508.10 с этой целью используется сплав ХН60ВУ. Сплав сохраняет высокие прочность и твердость при температурах, характерных для критических условий его работы и, кроме того, обладает высокой коррозионной стойкостью.

 

Исключить возможность перегрева фаски выпускного клапана можно с помощью принудительного вращения его при работе. При вращении клапана стираются отложения (продукты окисления масла) на стержне клапана и его направляющей втулке, что улучшает отвод теплоты от стержня. Кроме того, удаляются отложения оксидов свинца с посадочных фасок седла и клапана.

 

В двигателе ЗИЛ-508.10 применен механизм вращения выпускного клапана типа «ротокап», представляющий собой шариковую муфту свободного хода. В корпусе  в пяти наклонных лунках  находятся шарики, прижимаемые пружинами. Тарельчатая пружина  закрывает наклонные каналы с находящимися в них шариками, Крышка  передает силу клапанной пружины  на тарельчатую пружину, жесткость которой выбрана так, чтобы при закрытом клапане ее опорная поверхность воспринимала силу предварительной затяжки пружины  клапана без деформации.

 

При открытии клапана сила, воспринимаемая , тарельчатой пружиной , увеличивается, вследствие чего она, распрямляясь, ложится на шарики , которые перекатываются по наклонной поверхности канавки, поворачивая пружину, а вместе с ней крышку с находящейся на ней пружиной клапана. Вместе с пружиной поворачивается и связанный с ней клапан. После закрытия клапана механизм возвращается в исходное положение. При следующем открытии клапана цикл движения повторяется. За один ход клапан поворачивается на 3...50. При увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя угол поворота несколько возрастает, что связано с инерционными воздействиями и с колебаниями витков клапанной пружины.

 

Температура стержня и направляющей втулки впускного клапана при эксплуатации изменяется незначительно. Распределение температуры по длине направляющей достаточно равномерное. Максимальная разность температуры не превышает 20 "С. Температура стержня и направляющей втулки выпускного клапана существенно выше, а распределение ее по длине более неравномерное. Максимальная разность температуры направляющей втулки составляет 80 °С. Более высокий уровень температуры связан с двумя факторами: большим нагревом отработавшими газами конца втулки, обращенного в выходной патрубок, и увеличенным подводом теплоты от стержня клапана к ней в той зоне, где расположен участок, наполненный металлическим натрием.

 

Увеличение диаметрального зазора между стержнем и втулкой приводит к дополнительному повышению температуры. Одновременно возрастает количество протекающих через зазор отработавших газов, имеющих высокую температуру, что сопровождается дополнительным подводом теплоты. Соответственно повышается и температура головки клапана и его седла. При достижении предельных износов температура направляющей втулки может возрасти на 100... 160 °С, а седла клапана  на 50...60 °С. Дальнейшее увеличение зазора может привести к разрушению выпускного клапана. Первоначальный зазор между направляющей втулкой и впускным клапаном должен быть в пределах 0,075...0,085 мм, а между направляющей втулкой и стержнем выпускного клапана 0,10...0,11 мм. Зазор увеличивают изменением диаметра стебля клапана. При увеличении зазора в процессе эксплуатации свыше 0,17 мм втулку следует заменить.

 

Клапанные пружины сделаны из стали С65А диаметром 5 мм. Для повышения сопротивления усталости поверхность витков пружины подвергают наклепу путем обдувки мелкой стальной дробью. Общее число витков пружины должно быть 63/4±г/.2. рабочих витков — 43/4- Наружный диаметр пружины находится в пределах 39,5...40,0 мм. Концевые витки поджаты и прошлифованы перпендикулярно к оси пружины. Нагрузочная характеристика пружин линейная. Усилие в момент начала открытия клапана, установленного в головке цилиндров вместе с пружиной, тарелкой и сухарями, должно быть не менее 280...320 Н. При таком усилии обеспечивается нормальная работа механизма газораспределителя.  При полностью открытом клапане усилие пружины должно быть в пределах 600...680 Н.

 

Тарелка пружины клапана изготовлена из стали 20 методом выдавливания. Она облегченного типа с внутренней и наружной' коническими поверхностями и направляющим пояском для фиксации клапанной пружины. Наружный диаметр тарелки 38 мм. Внутренняя коническая поверхность калибруется для обеспечения хорошей прилегаемости сухарей клапана. Сухари клапана из стали 10 с наружной конической и внутренней цилиндрической поверхностями. Они удерживают клапан с помощью выступающего цилиндрического пояска высотой 1,5 мм и шириной 3,3 мм. Нижняя опорная поверхность пружины впускного клапана зафиксирована на стальной тарелке, установленной на поверхности головки цилиндров. Пружина выпускного клапана опирается на крышку механизма вращения.

 

Коромысло  клапана стальное. Изготовлено методом точного литья из стали 50ПП (пониженной прокаливаемости) представляет собой двуплечий рычаг, качающийся на оси. Соотношение плеч примерно 1 : 2. Большое плечо коромысла заканчивает опорная цилиндрическая поверхность радиусом 10 мм, контактирующая с торцом стержня клапана. Поэтому для уменьшения износа эту поверхность подвергают закалке с нагревом ТВЧ на глубину не менее 2 мм и шлифуют. Шероховатость цилиндрической поверхности не ниже Ra 0,65. В малое плечо через регулировочный винт упирается штанга  толкателя. Регулировочный винт стальной термообработанный с внутренней сферической поверхностью. Резьба на винте М9х1. Винт стопорится контргайкой. Головка винта со сферической поверхностью закалена до твердости не менее 52 HRG, и полирована. К сферической поверхности подводится под давлением смазочный материал через отверстие в коромысле и винте. Гайка из стали 15кп, цианированная на глубину 0,15...0,30 мм. Регулировочным винтом устанавливается зазор в клапанном механизме.

 

В центральное отверстие коромысла запрессована втулка из БрОСЦ 4 -4 -2,5. Натяг втулки при запрессовке должен быть 0,145...0,220 мм. Диаметр втулки после окончательной обработки равен 22 мм. Во втулке выполнено отверстие диаметром 4,5 мм для подвода смазочного, материала к регулировочному винту.

 

Коромысла установлены на пустотелой оси, которая фиксируется на стойках. К стойкам коромысла прижимают распорные пружины и пружинные распорные шайбы . Ось коромысла изготовлена из стальной трубы. Ее наружный диаметр равен 22_Ui21 мм, толщина стенки — 2 мм. Участки оси в зоне работы коромысел подвергнуты закалке с нагревом ТВЧ до твердости не менее 52 HRCa. Глубина закаленного слоя равна 1... 1,5мм Рабочая поверхность оси шлифованная, шероховатость поверхности не менее Ra 0,65. Внутреннюю поверхность оси дополнительно не обрабатывают. Только на концевых участках имеются расточки диаметром 15+0-07 мм и глубиной 14,5 мм, в которые запрессованы заглушки.

 

Внутреннюю полость осей коромысел используют в качестве масляного канала, из которого масло через отверстия в оси поступает к втулкам коромысла. К оси масло подводится от среднего подшипника распределительного вала по каналам в блок-картере и головке цилиндров.

 

В полость оси масло поступает через зазор между отверстием в стойке и болтом ее крепления. Стоек крепления оси четыре. Они отлиты из чугуна и обработаны. Болты крепления стоек являются одновременно и болтами крепления головки блока. На двигатель устанавливается предварительно собранная ось. Перед установкой на нее надевают коромысла, стойки, распорные пружины, концевые пружинные распорные шайбы, плоские шайбы и шплинты.

 

Точное положение оси коромысел на головке цилиндров обеспечивается с помощью центрирующих втулок, установленных в стойках.

 

Распорные   пружины   цилиндрические   с   постоянным   шагом витка. Изготовлены из стальной проволоки (сталь 65Г) диаметром 2,2 мм. Их внутренний диаметр равен 24+°'52мм,  число витков полное 6,5 X 0,25, рабочее 4,5. На одной оси устанавливают три распорные пружины.

 

Штанга толкателя изготовлена из стали 45 диаметром 8 мм, термообработана до твердости 265...319 HV. Верхний конец имеет диаметр 6,8 мм. На верхнем и нижнем концах штанги выполнены сферические опорные поверхности. Радиус верхней сферы равен 4,5_0Д6 мм, нижней —- 8,73_0)16 мм. Опорные поверхности подвергают закалке с нагревом ТВЧ до твердости не менее 55 HRC8. Глубина закаленного слоя равна 2 мм. Для снижения трения поверхности полируют до шероховатости поверхности не более Ra 0,32.

 

В процессе эксплуатации износ верхней и нижней сферических поверхностей незначителен и обеспечивает установленный ресурс двигателя. При нарушении нормального смазывания износ верхней сферы штанги может резко возрасти. При этом на сфере в зоне, где у регулировочного винта расположено отверстие для подвода смазочного материала, может образоваться носик, который уменьшает количество подаваемого масла, вследствие чего скорость изнашивания еще больше возрастает. Обнаружить нарушение нормального смазывания в узле трения верхняя сфера штанги— регулировочный винт можно и на слух. При недостаточном смазывании в этом узле возникает трение без смазочного материала, вследствие чего штанги начинают скрипеть, так как штанга помимо поступательного совершает еще и качательное движение относительно регулировочного винта.

 

Толкатель клапана цилиндрический,  изготовлен из  стали 20Х; представляет собой пустотелый стаканчик с наружным диаметром 25 мм и внутренним диаметром 20 мм. По наружному диаметру толкатели, как и их направляющие, разбиваются на две группы: одна с диаметром 25 мм, вторая — 22 мм. Твердость цилиндрической части толкателя не менее 35 HRC3.

 

В донышке толкателя выполнена расточка диаметром 23,6+0'28 мм и глубиной 2,2 мм, в которую наплавлен слой специального хромо-никельмолибденововольфрамового чугуна. Структура наплавки формируется особым способом охлаждения, вследствие чего кристаллы чугуна ориентированы вдоль оси толкателя. Наружная поверхность донышка выполнена в виде сферы с радиусом 750 мм. Твердость поверхности сферы не менее 61 HRC. Внутренняя поверхность донышка для упора нижнего конца штанги выполнена сферической (радиус 8,73+0-15мм). Наружная поверхность донышка фосфатирована. Смазочный материал к толкателям подводится от продольных масляных каналов блок-картера. Для смазывания нижней опоры штанги в толкателе образована масляная ванна, в которую стекает смазочный материал, вытекающий из верхней опоры штанги, Уровень масла в этой ванне поддерживается за счет слива его избытка через два отверстия диаметром 7 мм в нижней части толкателя.

 

Донышко толкателя равномерно изнашивается из-за вращения. Вращение создается смещением точки контакта кулачка и донышка относительно оси толкателя. Это достигается некоторым наклоном (примерно на 10') профиля кулачка, а также смещением оси толкателя относительно сферической поверхности профиля кулачка на 1,5...2,5 мм вдоль оси распределительного вала. Если по каким-либо причинам толкатель не вращается, на поверхности наплавки появляются риски, неравномерная выработка, следы заедания. В этом случае нужно выяснить и устранить причину, приведшую к прекращению вращения толкателя. Причинами могут быть большой диаметральный зазор между толкателем и направляющей, осевое смещение распределительного вала, большое смещение центра наружной или внутренней сферических поверхностей относительно оси толкателя, повышенное трение в сферических опорах штанг, а также другие причины.

Долговечность толкателей в условиях эксплуатации высокая.

Износ толкателей по наружному диаметру и направляющих по внутреннему диаметру за 300...400 тыс., км пробега предельно допустимого значения не достигает. Наблюдаемый в отдельных случаях повышенный износ в этом соединении вызван нарушением периодичности очистки масляного фильтра двигателя. Сферические поверхности (наружная и внутренняя) тоже практически не изнашиваются при поддержании установленных тепловых зазоров в клапанах. Повышенный износ этих поверхностей, а также кулачков распределительного вала, верхнего конца штанги и сферы регулировочного винта, носика коромысла вызывает обычно длительная эксплуатация с малыми тепловыми зазорами между коромыслом и клапаном.

 

05.10.2009. 14:34