Направляючі втулки клапанів. Втулка напрямної клапана

Направляючі втулки клапанів, які вони мають бути, проміжки їх установки і інше. Вітаю усіх любителів самостійного ремонту двигуна, свого мотоцикла або автомобіля. У цій статті ми поговоримо про досить дрібних, але важливих деталях будь-якого двигуна — направляючих втулках клапанів. Не дивлячись на свій скромний розмір, втулка напрямної клапана деталь дуже важлива, і рано чи пізно їй починає цікавитися кожен досвідчений водій, навіть той, який віддає свій мотор на ремонт в автосервіс.

Направляючі втулки будь-якого двигуна, забезпечують точний напрям зворотно-поступальному руху клапанів, для їх відкриття і закриття в потрібний момент, і від стану пари, що треться, втулка-клапан, безпосередньо залежить витрата моторного мастила, а так само щільне і точне прилягання тарілки клапана до свого сідла. До того ж, втулка напрямної — це деталь, по якій здійснюється відведення тепла від стержня клапана до голівки двигуна. Так само тепло до голівки двигуна відводиться і через тарілку клапана і сідло (коли клапан знаходиться в закритому стані).

Поява свого часу сивів і направляючих втулок клапанів, послужило поштовхом для заміни чавунних голівок двигуна, що вічно перегріваються, більше просунутими алюмінієвими голівками, які краще відводять тепло і швидше остигають.

Адже в часи, коли голівки були чавунними, направляючих втулок і сідел клапанів не було, тобто ці деталі складали з чавунним тілом голівки одне ціле. І при зносі направляючих отворів, по яких ковзали стержні клапанів, а так само при зносі (чи прогарі) м?ста прилягання тарілки клапана, чавунну голівку доводилося міняти на нову.

Але з іншого боку, кожне конструктивне рішення голівки двигуна, може виходити з багатьох причин. Адже процеси відведення тепла від клапана в монолітну деталь і через запресовану деталь (втулку або сідло) відчутно відрізняються. І якщо втулка запресована в тіло голівки, то середня температура випускного клапана більшості бензинових двигунів близько 400 градусів, а максимальна температура може досягати більше 800 градусів.

У монолітній же конструкції голівки, коли втулки не запресовані в голівку, а просто просвердлені направляючі отвори в тілі голівки, середня температура випускного клапана менша — приблизно 300 — 315 градусів, а максимальна температура досягає не більше 700 — 720 градусів.

Але все таки, незважаючи на меншу температуру монолітних голівок, від них поступово відмовилися із-за їх не ремонтопридатності (хоча і їх можна відремонтувати — розточити і завтулить, але температура нагріву клапанів, відновленої таким чином чавунної голівки, буде набагато більше ніж у алюмінієвої).

Я думаю, що відмовилися від чавунних монолітних голівок все-таки із-за їх ваги, і із-за їх меншого тепловідводу, в порівнянні з алюмінієм. Згадайте хоч би те, як гріються чавунні циліндри старих двигунів, і як гріються сучасні алюмінієві циліндри (чи блоки циліндрів). Природно, сучасніший мотор з алюмінієвими циліндрами гріється менше.

Матеріал, для виготовлення направляючих втулок клапанів.

Раніше втулки гострили з чавуну (та і зараз на деяких моторах теж, і нижче стане зрозуміло чому), але трохи пізніше використали і металокераміку (змішування в точній пропорції порошку міді, графіту і заліза і потім просочення олією цієї суміші і далі спрессовка і спікання при певній температурі).

Металокерамічні направляючі втулки можна зустріти і зараз, наприклад на 412-х Москвичах, або «газонах» — ГАЗ 66. Але мінус таких втулок — це те, що їх не зробиш самостійно (на токарному верстаті), оскільки потрібно спеціальне устаткування. Чавунні ж втулки або втулки з латуні або бронзи, можна виточити на звичайному токарному верстаті для будь-кого, навіть рідкісного автомобіля або мотоцикла.

Для сучасніших форсованих моторів, у тому числі і з надувом, втулки почали гострити з алюмінієвої бронзи. Цей сплав здатний забезпечити більше краще відведення тепла від стержня клапана. До того ж цей сплав дуже повільно зношується від тертя, навіть в умовах недостатнього мастила пари (клапан-втулка), що треться. Ця важлива якість особливо корисно для форсованих моторів з надувом, де умови мастила стержня клапана і втулки дуже погані, оскільки температура тут дуже висока (будь-яка олія майже втрачає свої змащуючі властивості).

А на стержнях випускних клапанів умови ще гірше, оскільки вони сильніше гріються. Але на впускному клапані умови мастила теж погані, оскільки олія видувається із зони тертя стержня клапана, потоком повітря у впускному колекторі, який знаходиться під надмірним тиском від надува.

Зараз, на деяких іномарках, наприклад Вольво, Ауди, можна зустріти направляючі втулки з латуні. Але краще звичайно гострити втулки з бронзи, оскільки коефіцієнт тертя у неї менший. До того ж, як у латуні так і у бронзи, теплопровідність в два рази краща, ніж у чавуну і ця дуже корисна перевага перед чавунними втулками.

Але встановлюючи направляючі втулки з латуні або бронзи на свій двигун, не дивлячись на те, що вони слизькіші і зносостійкі чим чавун, слід враховувати один важливий момент. Як видно з таблиці ліворуч, у латуні і бронзи відчутно більше коефіцієнт теплового розширення, чим у чавуну. А це означає що проміжок між стержнем клапана і направляючою втулкою з бронзи або латуні, має бути більший, ніж у втулок з чавуну, інакше при нагріві клапан заклинить в отворі втулки.

При меншому чим вимагається для латуні проміжку, при нагріві втулки вона розширюється і проміжок зникає зовсім. А клапан продовжує свій зворотно-поступальний рух. У результаті, латунь починає як би намазуватися (наволікатися) на тверду поверхню (HRC 50-60) стержня клапана, і від цього деталі, що труться, нагріваються ще сильніше. Зрештою відбувається зварювання сталевого стержня клапана і латунної втулки. У результаті мотор виходить з ладу, а при його розбиранні іноді вибити клапан, що приварився, буває дуже складно, і як правило він вибивається разом з втулкою.

Причому більше схильні до наволочення, латуні з невеликим змістом міді, такі як Л68, Л70, Л62. Цифра в позначенні поряд з буквою, означає відсотковий вміст міді в латуні, решта складає цинк.

Але при більшому проміжку в сполученні стержня клапана і направляючої втулки, збільшиться витрата моторного мастила (незважаючи на нові сальники клапанів). Але справа не лише в цьому, при більшому проміжку і приводі клапана через коромисло і важіль, виникає хай і невелике, але все таки бічне зусилля, що діє на стержень клапана.

А через це трохи порушується точна посадка тарілки клапана до сідла (дуже невеликий перекіс), і це означає хоч і дуже невелику, але все таки втрату герметичності клапана (звичайно ж не як на зношеному моторі, але все таки). Але це відбувається тільки доки мотор не прогріється, адже при прогріванні, втулки розширюються від нагріву і проміжок практично повністю зменшується, і клапан починає працювати ідеально рівно.

Та зате втулки з латуні, а тим більше з бронзи, набагато виграють чавунним по ресурсу, оскільки повільніше зношуються, тому що мають маленький коефіцієнт тертя.

Ну а при занадто маленькому проміжку, порушуються умови мастила, і як я вже говорив, стержень клапана може заклинити в отворі втулки. Тому точність проміжку між отвором втулки і стержнем клапана дуже важлива, і причому величина цього проміжку залежить від температурних умов кожного двигуна, а так само від матеріалу втулки. Говорячи простіше — для кожного матеріалу (сплаву) втулки, потрібно свій проміжок.

І раз латунь або бронза більше розширюються при нагріві, ніж чавун, означає при установці на свій двигун латунної або бронзової втулки, проміжок між її отвором і стержнем клапана, при однаковій (нормальною) температурі, завжди має бути більший, в порівнянні з проміжком чавунної втулки. Природно, що на іномарках з латунними або бронзовими втулками проміжки більші, ніж на чавунних, і при ремонті (заміні) втулок, завжди слід обов'язково перевіряти і порівнювати ці проміжки з вказаними в мануалові конкретного двигуна.

Якщо ж ви не можете дістати оригінальні втулки для голівки двигуна своєї машини або мотоцикла, і збираєтеся замовити токареві виточити нові, але у вас стояли чавунні, а ви хочете латунні (чи навпаки), то тоді слід робити отвори у втулках згідно з приведеною тут таблицею ліворуч, в якій вказані проміжки між стержнем і втулкою для кожного матеріалу. У таблиці приведені проміжки, які залежать від коефіцієнта лінійного розширення різних матеріалів ( і природно коефіцієнт розширення при нагріві, зроблених з них втулок, під час роботи мотора).

Слід тільки пам'ятати, що при виточуванні втулки, отвір в ній слід свердлити завжди меншого діаметру, ніж вимагається, для того, щоб після свердління мати можливість довести отвір до потрібного діаметру за допомогою розгортки. Це дозволить зробити нормальну (гладку) внутрішню поверхню отвору у втулці — це важливо.

Після виточування нових втулок і розгортання їх отворів, щоб отримати проміжок стержня клапана в отворі як в таблиці (у латуні майже таке ж розширення як у бронзи, тому бронза не показана в таблиці) старі втулки выпрессовываются з голівки, і запресовуються нові.

До того ж там написано, яким має бути проміжок між зовнішньою поверхнею втулки і отвором в голівці, щоб запресувати втулку в тіло голівки з нормальним натягом. А про ремонт сідел клапанів, ті, що бажають можуть шанувати ось тут.

Сподіваюся ця стаття допоможе багатьом ремонтникам-новачкам, мати повне уявлення про направляючі втулки клапанів, а так само про важливість правильних проміжків, між ними і стержнями клапанів, успіхів всім.