Проф. Е. ЧУДАКОВ
Все детали клапанного механизма могут быть разбиты на три основные группы: 1. кулачковый вал с приводом, 2. толкатели и коромысла и 3. клапаны с пружинами.
Кулачковый валик. Кулачковый или распределительный валик представляет собой вал, на котором имеются кулачки, служащие для поднятия клапанов. На фиг. 29 представлен один из примеров кулачкового вала; здесь буквой A обозначены кулачки — всего 8 штук, так как кулачковый вал служит для четырехцилиндрового двигателя; буквой Б — шестерня для привода кулачкового вала, и буквами В и Г — подшипники вала.
Кулачку придается такая форма, при которой осуществляются заданные фазы распределения, а открытие и закрытие клапана производятся достаточно быстро; на фиг. 30 знаком 10 показана одна из употребительных форм кулачка (тангенциальный кулачок).
Максимальная высота под'ема клапана обычно выбирается в зависимости от его диаметра и равняется около 0,2 диаметра. В современных автомобильных двигателях кулачки всегда выполняются в одно целое с кулачковым валом; в старых же моделях они иногда делались отдельно и укреплялись на валике при помоши шпонки.
Кулачковый валик вращается обычно в трех, а иногда в четырех подшипниках, которые чаще выполняются скользящими и реже шариковыми. На фиг. 29 буквой В обозначены шейки для двух скользящих подшипников, и буквой Г — шариковый подшипник.
При нижнем валике, расположенном в картере двигателя, валик вставляется в картер сбоку со стороны привода. Для того, чтобы кулачки прошли через отверстие подшипников, шейки на кулачковом валу выполняются несколько большего размера, чем кулачки, или на шейки кулачкового вала устанавливаются свертные обоймы, как это исполнено для среднего подшипника на фиг. 29. На фиг. 31 представлен общий вид расположения кулачкового валика в картере. Здесь кулачковый вал К расположен в трех подшипниках, при чем средний образуется свертной обоймой, которая вставляется вместе с кулачковым валиком и фиксируется видимым на рисунке шурупом. Крайний подшипник Г служит для фиксации кулачкового вала против бокового движения. Для этой цели вкладыш этого подшипника прикреплен шурупами к картеру двигателя.
При верхнем расположении валика подшипники чаще выполняются свертными, с от'емными крышками, как это и представлено на фиг. 24 и 27. На фиг. 19 верхний валик не имеет раз'емных подшипников и так же, как в случае нижнего валика, вставляется со стороны привода.
Кулачковый валик выполняется из стальной кованой штанги путем механической обработки его на специальных копирных станках, обеспечивающих кулачкам получение точной формы. Рабочие поверхности кулачков, для придания им большой твердости, подвергаются цементованию и затем шлифуются. Кулачковый вал с течением времени изнашивается, главным образом, на рабочей поверхности кулачков. Для уменьшения износа надо следить, чтобы зазоры между толкателем и клапаном не получились чрезмерно большими, так как это вызывает ударную нагрузку и тем увеличивает износ как кулачка, так и толкателя.
На кулачковом валу часто располагают шестерню для привода масляного насоса; на фиг. 29 буквой Д обозначена такая винтовая шестерня.
Кулачковый валик приводится в движение при помощи шестеренчатой или цепной передачи. Цилиндрические шестерни выполняются или с прямым, или с косым зубом (фиг. 29). Чаще всего шестерни делаются стальными; за последнее время стали применять довольно часто шестерни из баккелита; они дают уменьшение шума и большую мягкость передачи, но подвержены более скорому износу.
Цепь для привода кулачкового вала всегда употребляется бесшумная; образец такой цепи дан на фиг. 15, 22, и 32.
Толкатель. Назначение толкателя уже было выяснено ранее, и на нескольких рисунках были представлены наиболее употребительные его конструкции.
На фиг. 6 в статье второй, были показаны толкатели без приспособления для регулировки зазора между толкателем и клапаном; такая форма толкателя очень мало распространена, и гораздо чаще толкатели выполняются по форме, представленной на фиг. 1 и 30 этой статьи. Наибольшее разнообразие в конструкции толкателя имеет его конец, на который непосредственно воздействует кулачок. На фиг. 33 представлены три наиболее употребительные конструкции; здесь на схеме I представлена плоская головка А, на схеме II — овальная Б, и на схеме III — в толкатель установлен ролик В; в первых двух схемах между толкателем и кулачком имеет место трение скольжения, а в схеме третьей — трение качания.
При выполнении толкателя по схеме I действие кулачка на толкатель не изменяется при вращении толкателя около своей оси; при выполнении же толкателя по схемам II и III, очевидно, он не должен повертываться около своей оси, иначе головка Б или ролик В станут поперек кулачка, что повлечет за собой порчу как толкателя, так и кулачка. Для того. чтобы толкатель не провертывался, головка Б и ролик В ходят в соответствующих прорезях направляющих Д, что и препятствует им провертываться. Представленный на фиг. 30 толкатель также снабжен роликом; чтобы последний не мог провернуться, на его оси укреплен ползунок 12, который и ходит в прорези направляющей толкателя 8.
Чтобы толкатель не мог провернуться вместе с направляющей, последняя жестко крепится к картеру двигателя; на фиг. 30 знаком 13 показана выемка для установки болта, фиксирующего положение направляющей, а следовательно и толкателя.
Правильный зазор между клапаном и толкателем устанавливается при помощи повертывания болта 5 (фиг. 30), ввернутого в тело толкателя. После установки правильного зазора необходимо туго завернуть контргайку 6, которая на фиг. 30 показана в отпущенном состоянии. При этом затягивании необходимо другим ключом задерживать толкатель за имеющиеся на нем грани 7, или за головку винта 5, как это показано на фиг. 34; в противном случае можно поломать толкатель.
Из фиг. 30 ясно, что при своем вращении кулачок одновременно с поднятием толкателя вверх оказывает на последний боковое давление, для того, чтобы это давление не вызвало большого трения, толкатель движется в специальной направляющей 8, которая крепится в картере. Для уменьшения трения направляющая обычно выполняется из бронзы, а стальной толкатель шлифуется.
В случае длинного толкателя, представленного на фиг. 28, штанга Г делается из стальной трубки для уменьшения ее веса при достаточной жесткости. Слабая пружинка под штангой Г введена для того, чтобы зазор был сосредоточен в одном соединении, благодаря чему уменьшается шум в этом распределении. По своим концам штанга Г заканчивается шаровыми опорами; коромысло Д в данной конструкции, равно как и в других конструкциях привода верхних клапанов, выполняется из стальной поковки и устанавливается на своей оси на скользящих и реже — на шариковых подшипниках.
Клапан. Две наиболее употребительные формы клапанов показаны на фиг. 35. Здесь А — головка клапана, и Б — его стержень; коническая поверхность в цилиндре, на которую садится клапан, называется седлом клапана.
Форма клапана I представляет собой нормальную и в настоящее время наиболее распространенную конструкцию; форма II представляет собой "тюльпанный" клапан; основное его отличие от нормального клапана заключается в более плавном переходе от головки к стержню клапана и в наличии углубления сверху головки. Благодаря более плавному переходу к стержню, "тюльпанный" клапан обеспечивает лучший отвод тепла от головки и тем самым уменьшает перегрев и коробление клапана; в этом заключается преимущество "тюльпанного" клапана, который за последнее время получает значительное распространение.
Угол конической поверхности клапана или его седла чаще всего выполняется равным 45°.
В большинстве современных автомобильных двигателей употребляются клапаны, исполненные из цельной стальной поковки. Значительно реже употребляются конструкции клапанов с головкой, исполненной из другого материала. На фиг. 36 представлена одна из довольно распространенных конструкций клапана с чугунной головкой, полученной путем отливки в соответствующей форме со вставленным в нее стержнем. Преимущество такого клапана, по сравнению с целым, заключается в более дешевой цене, так как в данном случае для стержня клапана можно употребить более дешевый материал; однако по своей прочности такой клапан значительно уступает цельному стальному клапану.
В виду значительного перегрева клапанов, особенно выпускных, для них употребляется специальная сталь, которая хорошо противостоит высокой температуре и при которой не получается коробления клапана, влекущего за собой неплотное прилегание последнего к гнезду и пропуск газа.
Почти во всех конструкциях автомобильного двигателя клапаны движутся не в теле цилиндра, а в специальной направляющей, которая вставлена в тело цилиндра; на фиг. 1 эта направляющая обозначена знаком 9. Направляющая выполняется или из бронзы, или из плотного чугуна, и устанавливается в цилиндре обычно при помощи тугой посадки, без каких-либо специальных креплений.
В случае привода клапана, представленного на фиг. 26, между клапаном и направляющей имеется значительное усилие, появляющееся от действия кулачка.
Для облегчения работы клапана и направляющей в этом случае стержень клапана выполняется значительно толще, чем при нормальной конструкции (фиг. 35).
Для плотной посадки на гнездо и для того, чтобы клапан не отставал от кулачка во время своего опускания и тем не создавал бы ударной нагрузкн на гнездо, клапан снабжается сильной пружиной. В большинстве конструкций для этой цели служит простая цилиндрическая пружина, как это показано на фиг. 1 и других. Пружина одним своим концом опирается на цилиндр, а другим — на стержень клапана, для чего последний на своем конце имеет специальное приспособление. На фиг. 37 показаны две наиболее употребительные конструкции конца клапана; шайба А служит для опоры пружины, эта шайба по схеме I удерживается при помощи чеки Б, а по схеме II — при помощи раз'емного сухаря В.
Для сокращения длины пружины, а тем самым для сокращения длины клапана и общих размеров двигателя иногда применяют неординарную цилиндрическую пружину, как это было показано выше, а двойную, при этом одна пружина имеет меньший диаметр и входит внутрь другой.
Для выемки клапана из цилиндра необходимо предварительно снять с него пружину; для этой цели надо при помощи какого-либо рычага сжать пружину и сдвинуть шайбу А вдоль клапана настолько, чтобы можно было вынуть замок — чеку Б, или сухарь В. На фиг. 38 показан один из приемов для снятия пружины; здесь рычаг, имеющий на конце вилку для охвата клапана, опирается на крючок и скобу выпускной трубы. Другой прием показан на фиг. 39. При отсутствии таких приспособлений можно сжать пружину при помощи ключа, опирая его на какую-либо подставку. При снятии пружины иногда наблюдается, что вместе с пружинной шайбой поднимается и сам клапан; таким образом, не получается возможности освободить замок. При с'емной крышке цилиндра этого легко избежать, надавливая на открытый клапан, в случае же целого цилиндра надо под клапанную пробку подложить подкладку, препятствующую клапану подниматься. Снятие пружины клапана надо производить при закрытом клапане, что уменьшает силу, требующуюся для сжатия пружины.
После механической обработки клапан всегда притирается по своему гнезду для получения наиболее плотного прилегания. Хорошо притертый клапан имеет на поверхности своего седла ровную матовую поверхность; такую же поверхность должно иметь и гнездо клапана в цилиндре. Седло клапана наиболее часто подвергается дефектам при работе двигателя, особенно в случае применения недостаточно хорошего топлива; седло клапана при этом получает на своей поверхности или нагар, или выработку, что уменьшает плотность прилегания клапана и вызывает утечку газа и перегрев клапана. Недостаточная плотность клапана определяется при помощи провертывання двигателя от руки; отсутствие достаточного сжатия в цилиндрах служит доказательством того, что клапан или поршневые кольца загорели. В том случае, когда пропускает клапан, обычно слышен легкий шум во всасывающем или выхлопном трубопроводе.
Для исправления дефекта необходимо клапан вынуть и притереть; притирка производится при помощи наждачного порошка с маслом. На фиг. 40 показано приспособление, облегчающее притирку клапана; здесь коловорот имеет на своем конце головку с двумя выступами или с отверткой — в соответствии с головкой клапана, которая схематически показана на том же рисунке. Под клапан подложена пружина для того, чтобы, притирая клапан, можно было легче менять его положение на гнезде.
После нескольких притирок клапана последний может значительно углубиться в гнезде, как это схематически показано на фиг. 41. При этом, очевидно, что при том же под'еме клапана сечение для прохода воздуха уменьшится, и двигатель не даст своей полной мощности. Для уничтожения этого недостатка необходимо снять часть тела цилиндра около гнезда клапана. Точно так же после нескольких притирок поверхность седла клапана часто приобретает неровную ступенчатую форму; такой клапан следует поставить на станок для проточки седла и придания ему правильной конической формы.