Направляющие втулки клапанов, какие они должны быть, зазоры их установки и др.

[BOSS]

Приветствую всех любителей самостоятельного ремонта двигателя, своего мотоцикла или автомобиля. В этой статье мы поговорим о достаточно мелких, но важных деталях любого двигателя — направляющих втулках клапанов. Не смотря на свой скромный размер, направляющая втулка клапана деталь очень важная, и рано или поздно ей начинает интересоваться каждый опытный водитель, даже тот, который отдаёт свой мотор на ремонт в автосервис.

Направляющие втулки любого двигателя, обеспечивают точное направление возвратно-поступательному движению клапанов, для их открытия и закрытия в нужный момент, и от состояния трущейся пары втулка-клапан, напрямую зависит расход моторного масла, а так же плотное и точное прилегание тарелки клапана к своему седлу. К тому же, направляющая втулка — это деталь, по которой осуществляется отвод тепла от стержня клапана к головке двигателя. Так же тепло к головке двигателя отводится и через тарелку клапана и седло (когда клапан находится в закрытом состоянии).

Появление в своё время сёдел и направляющих втулок клапанов, послужило толчком для замены вечно перегревающихся чугунных головок двигателя, более продвинутыми алюминиевыми головками, которые лучше отводят тепло и быстрей остывают.

Ведь во времена, когда головки были чугунными, направляющих втулок и сёдел клапанов не было, то есть эти детали составляли с чугунным телом головки одно целое. И при износе направляющих отверстий, по которым скользили стержни клапанов, а так же при износе (или прогаре) мéста прилегания тарелки клапана, чугунную головку приходилось менять на новую.

Но с другой стороны, каждое конструктивное решение головки двигателя, может исходить из многих причин. Ведь процессы отвода тепла от клапана в монолитную деталь и через запрессованную деталь (втулку или седло) ощутимо отличаются. И если втулка запрессована в тело головки, то средняя температура выпускного клапана большинства бензиновых двигателей около 400 градусов, а максимальная температура может достигать более 800 градусов.

В монолитной же конструкции головки, когда втулки не запрессованы в головку, а просто просверлены направляющие отверстия в теле головки, средняя температура выпускного клапана меньше — примерно 300 — 315 градусов, а максимальная температура достигает не более 700 — 720 градусов.

Но всё же, несмотря на меньшую температуру монолитных головок, от них постепенно отказались из-за их не ремонтопригодности (хотя и их можно отремонтировать — расточить и завтулить, но температура нагрева клапанов, восстановленной таким образом чугунной головки, будет намного больше чем у алюминиевой).

Я думаю, что отказались от чугунных монолитных головок всё таки из-за их веса, и из-за их меньшего теплоотвода, по сравнению с алюминием. Вспомните хотя бы то, как греются чугунные цилиндры старых двигателей, и как греются современные алюминиевые цилиндры (или блоки цилиндров). Естественно, более современный мотор с алюминиевыми цилиндрами греется меньше.

Материал, для изготовления направляющих втулок клапанов.

Раньше втулки точили из чугуна (да и сейчас на некоторых моторах тоже, и ниже станет понятно почему), но чуть позже использовали и металлокерамику (смешивание в точной пропорции порошка меди, графита и железа и затем пропитка маслом этой смеси и далее спрессовка и спекание при определённой температуре).

Металлокерамические направляющие втулки можно встретить и сейчас, например на 412-х Москвичах, или «газонах» — ГАЗ 66. Но минус таких втулок — это то, что их не сделаешь самостоятельно (на токарном станке), так как требуется специальное оборудование. Чугунные же втулки или втулки из латуни или бронзы, можно выточить на обычном токарном станке для любого, даже редкого автомобиля или мотоцикла.

Для более современных форсированных моторов, в том числе и с надувом, втулки начали точить из алюминиевой бронзы. Этот сплав способен обеспечить более лучший отвод тепла от стержня клапана. К тому же этот сплав очень медленно изнашивается от трения, даже в условиях недостаточной смазки трущейся пары (клапан-втулка). Это важное качество особенно полезно для форсированных моторов с надувом, где условия смазки стержня клапана и втулки очень плохие, так как температура здесь очень высокая (любое масло почти теряет свои смазывающие свойства).

А на стержнях выпускных клапанов условия ещё хуже, так как они сильнее греются. Но на впускном клапане условия смазки тоже плохие, так как масло выдувается из зоны трения стержня клапана, потоком воздуха во впускном коллекторе, который находится под избыточным давлением от надува.


Слева направляющие втулки из бронзы, а справа из чугуна.

Сейчас, на некоторых иномарках, например Вольво, Ауди,  можно встретить направляющие втулки  из латуни. Но лучше конечно точить втулки из бронзы, так как коэффициент трения у неё меньше. К тому же, как у латуни так и у бронзы, теплопроводность в два раза лучше, чем у чугуна и это очень полезное преимущество перед чугунными втулками.

Но устанавливая направляющие втулки из латуни или бронзы на свой двигатель, не смотря на то, что они более скользкие и износостойкие чем чугун, следует учитывать один важный момент. Как видно из таблицы (ниже), у латуни и бронзы ощутимо больше коэффициент теплового расширения, чем у чугуна. А это значит что зазор между стержнем клапана и направляющей втулкой из бронзы или латуни, должен быть больше, чем у втулок из чугуна, иначе при нагреве клапан заклинит в отверстии втулки.

При меньшем чем требуется для латуни зазоре, при нагреве втулки она расширяется и зазор исчезает вовсе. А клапан продолжает своё возвратно-поступательное движение. В итоге, латунь начинает как бы намазываться (наволакиваться) на  твёрдую поверхность (HRC 50-60) стержня клапана, и от этого трущиеся детали нагреваются ещё сильнее. В конечном итоге происходит сварка стального стержня клапана и латунной втулки. В итоге мотор выходит из строя, а при его разборке иногда выбить приварившийся клапан бывает очень сложно, и как правило он выбивается вместе со втулкой.

Причём более склонны к наволакиванию, латуни с небольшим содержанием меди, такие как Л68, Л70, Л62. Цифра в обозначении рядом с буквой, означает процентное содержание меди в латуни, остальное составляет цинк.

Но при большем зазоре в сопряжении стержня клапана и направляющей втулки, увеличится расход моторного масла (несмотря на новые сальники клапанов). Но дело не только в этом, при большем зазоре и приводе клапана через коромысло и рычаг, возникает пусть и небольшое, но всё же боковое усилие, действующее на стержень клапана.

А из-за этого немного нарушается точная посадка тарелки клапана к седлу (очень небольшой перекос), и это означает хоть и очень небольшую, но всё же потерю герметичности клапана (конечно же не как на изношенном моторе, но всё же). Но это происходит только пока мотор не прогреется, ведь при прогреве, втулки расширяются от нагрева и зазор практически полностью уменьшается, и клапан начинает работать идеально ровно.

Но зато втулки из латуни, а тем более из бронзы, намного выигрывают чугунным по ресурсу, так как медленнее изнашиваются, потому что имеют маленький коэффициент трения.

Ну а при слишком маленьком зазоре, нарушаются условия смазки, и как я уже говорил, стержень клапана может заклинить в отверстии втулки. Поэтому точность зазора между отверстием втулки и стержнем клапана очень важна, и причём величина этого зазора зависит от температурных условий каждого двигателя, а так же от материала втулки. Говоря проще — для каждого материала (сплава) втулки, требуется свой зазор.

И раз латунь или бронза больше расширяются при нагреве, чем чугун, значит при установке на свой двигатель латунной или бронзовой втулки, зазор между её отверстием и стержнем клапана, при одинаковой (нормальной) температуре, всегда должен быть больше, по сравнению с зазором чугунной втулки. Естественно, что на иномарках с латунными или бронзовыми втулками зазоры больше, чем на чугунных, и при ремонте (замене) втулок, всегда следует обязательно проверять и сравнивать эти зазоры с указанными в мануале конкретного двигателя.


Таблица зазоров между втулкой клапана и его стержнем.

Если же вы не можете достать оригинальные втулки для головки двигателя своей машины или мотоцикла, и собираетесь заказать токарю выточить новые, но у вас стояли чугунные, а вы хотите латунные (или наоборот), то тогда следует делать отверстия во втулках согласно приведённой здесь таблице слева, в которой указаны зазоры между стержнем и втулкой для каждого материала. В таблице приведены зазоры, которые зависят от коэффициента линейного расширения разных материалов ( и естественно коэффициент расширения при нагреве, сделанных из них втулок, во время работы мотора).

Следует только помнить, что при вытачивании втулки, отверстие в ней следует сверлить всегда меньшего диаметра, чем требуется, для того, чтобы после сверления иметь возможность довести отверстие до нужного диаметра с помощью развёртки. Это позволит сделать нормальную (гладкую) внутреннюю поверхность отверстия во втулке — это важно.

После вытачивания новых втулок и развёртывания их отверстий, чтобы получить зазор стержня клапана в отверстии как в таблице (у латуни почти такое же расширение как у бронзы, поэтому бронза не показана в таблице) старые втулки выпрессовываются из головки, и запрессовываются новые.



Надеюсь данная статья поможет многим ремонтникам-новичкам, иметь полное представление о направляющих втулках клапанов, а так же о важности правильных зазоров, между ними и стержнями клапанов, успехов всем.