Модульне завдання №1

1. Деталі клапанної групи газорозподільного механізму

До клапанної групи (рис. 1) відносяться: клапан 2, напрямна втулка 1 клапана, клапанна пружина 3 з опорною шайбою 4 і конічними розрізними сухариками 5.

Рис. 1.  Деталі групи клапана двигуна за різноманітного розташування клапанів

Клапан служить для закриття і відкриття впускних чи випускних каналів у блоці або головці циліндрів. Основні елементи клапана це головка і стрижень.

При виготовленні впускного клапана використовують зносостійку хромисту чи хромокремнисту сталь, при виготовленні випускного, щоб уникнути швидкого вигоряння, застосовують особливу жаростійку сталь (сильхромову або хромонікельмарганцовисту), оскільки головка клапана при роботі знаходиться у середовищі розпечених газів. Іноді всі клапани роблять зі зносостійкої і жаростійкої сталі.

Клапан виготовляють шляхом висадження з пруткової сталі. Після висадження головку і стрижень клапана піддають обробці різанням і термообробці. Торець стрижня клапана додатково гартують до високої твердості, щоб зменшити його знос при роботі. У деяких двигунах головку і стрижень випускного клапана виготовляють з різної сталі і з'єднують зварюванням.

Рис. 2. Пристрій, який підвищує довговічність випускного клапану

Головка клапана має знизу шліфовану конусну робочу поверхню - фаску (звичайно під кутом 45°), по якій клапан щільно притертий до сідла. На фаску випускних клапанів для підвищення їхньої довговічності в деяких двигунах наплавляють особливо жаростійкий сплав (вибілений чавун, стеліт). На головці клапана є поглиблення для установки інструмента, використовуваного при притиранні.

Стрижень клапана, що проходить через направляючу втулку, шліфують і іноді хромують для підвищення зносостійкості. На кінці стрижня клапана зроблена канавка для кріплення опорної шайби пружини. Різнойменні клапани мають головки різних розмірів (велика у впускного клапана) або відрізняються спеціальними мітками.

Для кращого відводу тепла від головки випускного клапана і поліпшення умов його роботи в деяких двигунах застосовують натрієве охолодження клапанів (двигуни ГАЗ і ЗІЛ). В цьому випадку клапан має порожній (висвердлений) з боку головки стрижень 1 (рис. 2). Канал закритий з боку головки привареною до неї заглушкою 3. Внутрішня порожнина стрижня частково заповнена рідким металевим натрієм 2. При русі клапана натрій, переміщаючись у середині стрижня, переносить тепло від головки до стінок стрижня, що потім передається направляючій втулці.

Сідло клапана, у яке він сідає фаскою головки, розташовано в блоці чи в головці циліндрів. Сідла випускних клапанів чи усіх клапанів, якщо головка циліндрів алюмінієва, виготовляють у виді вставних кілець з жаростійкої сталі або спеціального чавуну, що підвищує їхній термін служби. Вставні сідла наглухо (з натягом 0,07-0,12 мм) запресовують у витончення блока чи головки циліндрів.

Направляюча втулка 1 (рис. 1), через яку проходить стрижень клапана, забезпечує точну посадку його в сідло. Стрижень клапана підігнаний до направляючої втулки з великою точністю. Зазор у впускних клапанах приблизно дорівнює 0,05-0,09 мм, а у випускних - 0,08-0,12 мм.

Втулки роблять чавунними чи металокерамічними (шляхом пресування і спікання при високій температурі металевого порошку) і запресовують у блок чи головку циліндрів. Металокерамічна втулка має деяку пористість, і її перед зборкою просочують мастилом, що створює більш сприятливі умови для переміщення стрижня клапана. При установці в головку циліндрів направляючої втулки на верхньому зовнішньому кінці її звичайно ставиться стопорне кільце або є бортик, що перешкоджає мимовільному опусканню втулки вниз.

Клапанна пружина 3 (рис. 1.) утримує клапан у закритому положенні, забезпечуючи щільну посадку його на сідло, а також постійно притискає штовхальник чи коромисло до поверхні кулачка розподільного вала при підйомі й опусканні клапана, сприймаючи сили інерції.

Пружини виготовляють шляхом холодної завивки зі спеціального сталевого термічно обробленого дроту. Після виготовлення для підвищення терміну служби пружини піддають дробиструйній обробці. Пружину надягають на виступаючий із втулки кінець стрижня клапана і закріплюють на ньому в стиснутому стані за допомогою опорної шайби 4 з конічними розрізними сухарями 5, що входять у витончення на стрижні клапана і затискуються на клапані конусною частиною опорної шайби.

Шайбу і сухарі виготовляють зі сталі і ціанують. Під пружину на головку блока ставлять сталеву ціановану шайбу. Пружини утримують клапан у закритому положенні з зусиллям близько 20-25 Н.

Часто застосовуються пружини з перемінним кроком витків (на одному з кінців її крок менше, ніж на іншому), що усуває можливість появи резонансних вібрацій пружини та її поломки.

Резонансний режим роботи пружини може виникнути при збігу частоти її власних коливань з частотою впливу зовнішньої сили. У випадку виникнення посилених коливань витки пружини, що мають малий крок, стикаються, і твердість пружини зростає, в результаті чого частота її власних коливань змінюється, і вони гасяться.

При верхнім розташуванні клапанів на них звичайно ставлять по дві пружини, щоб клапан не провалився в циліндр при поломці однієї з пружин. Напрямок завивки і крок витків пружин роблять різними, що також запобігає появі резонансних коливань пружин.

Для обмеження кількості масла, що надходить у направляючу втулку, та для усунення підсмоктування масла в циліндр, через зазори втулки, на верхні впускні клапани, під опорну шайбу, ставлять захисні металеві чи гумові ковпачки 6. З цією же метою на внутрішній поверхні втулки роблять спеціальну нарізку.

Щоб підвищити довговічність випускних клапанів, застосовують спеціальні пристрої, що забезпечують провертання клапана під час роботи двигуна. При цьому виключається можливість утворення на фасці клапана нагару, що є причиною нещільного закриття клапана, яке веде до швидкого вигоряння його фаски під дією розпечених газів, що прориваються через зазор.

Тому в деяких конструкціях верхніх клапанів між опорною шайбою 4 (рис. 1,б) пружини і конічних сухарів 5 ставлять проміжну сталеву втулку 7, що стикається із шайбою вузькою кільцевою поверхнею, ретельно обробленою і загартованою до високої твердості. Внаслідок малого тертя в з'єднанні, куди попадає масло, клапан може провертатися під впливом зусилля, переданого через коромисло, та вібрацій, що виникають у вузлі клапан-пружини.

Для примусового провертання випускного клапана при кожнім його відкритті (ЗІЛ) застосовують спеціальний механізм 4 (рис. 2,а і б). Він складається з нерухомого корпуса 1, у похилих каналах якого розташовані п'ять кульок 8 з поворотними пружинами 10, дискової пружини 7 і опорної шайби 6 із замковим кільцем 5. Механізм установлений на направляючій втулці клапана в поглибленні головки, а клапанна пружина упирається в опорну шайбу.

Коли клапан закритий і тиск клапанної пружини невеликий, дискова пружина 7 вигнута зовнішнім краєм догори, а внутрішнім краєм спирається в виступ корпуса 9. При цьому кульки 8 пружиною 10 віджаті в канавках у крайнє положення (схема І).

При відкритті клапана тиск клапанної пружини зростає і передається через опорну шайбу 6 дисковій пружині 7, що випрямляється (схема ІІ). При цьому внутрішній край пружини відходить від виступу корпуса 9, і пружина 7, спираючись на кульки 5, передає на них весь тиск, внаслідок чого кульки переміщаються в поглиблення канавок корпуса (схема ІІІ), викликаючи поворот дискової пружини 7 і разом з нею опорної шайби 6, клапанної пружини і клапана.

Коли клапан закривається, тиск на дискову пружину 7 зменшується, і вона, вигинаючи, знову упирається внутрішнім краєм на виступ корпуса 9, звільняючи кульки 8, які під дією пружин 10 переміщаються у вихідне положення. Таким чином, при кожнім відкритті клапана він примусово повертається на деякий кут.