Восстановление, замена направляющих втулок клапанов



Направляющая втулка является базой, основой ресурса работы пары "седло - тарелка клапана". Конструкция направляющей втулки клапана разработана, а материал, из которого она изготовлена, подобран с учетом больших скоростей перемещения стержня клапана во втулке, высоких температурных нагрузок и условий ограниченной смазки пары трения "втулка - клапан".

Если головка блока цилиндров сделана из чугуна, то седла клапанов и, зачастую, направляющие втулки клапанов, составляют единое целое с головкой блока. Такое конструктивное решение позволяет обеспечить соосность, а следовательно, более точную посадку клапана на седло и, что немаловажно, снизить температуру впускных и выпускных клапанов. Чугунные головки блока цилиндров используют на некоторых двигателях фирмы Ореl, Ford и др. Но технологический процесс производства чугунных головок сложен, требует дорогостоящего оборудования, поэтому большинство головкок блоков производят из алюминиевых сплавов. При их производстве направляющие втулки и седла клапанов изготавливаются отдельно, а затем запрессовываются в свои посадочные места в головке блока.

Направляющие втулки изготавливаются из износостойких материалов с достаточно хорошей теплопроводностью. К ним относятся специальный чугун, металлокерамика, бронза и латунь. Более высокой теплопроводностью характеризуются бронза и латунь, поэтому их применяют на большинстве форсированных двигателей.

Для фиксации втулки в головке блока цилиндров по высоте на ее наружной поверхности имеется опорный буртик. Более технологично использовать вместо него разрезное опорное кольцо. Если втулка гладкая, то ее установка в головку производится с помощью дистанционной втулки или специальной оправки.

Направляющие втулки впускных клапанов не должны слишком выступать во впускном канале, чтобы не повышать его аэродинамическое сопротивление. Направляющие же втулки выпускных клапанов должны, наоборот, закрывать стержень клапана на возможно большую длину для защиты от раскаленных отработанных газов и лучшего теплоотвода от стержня выпускного клапана. Если направляющие втулки изготовлены из бронзы или латуни, то они, как правило, имеют одинаковую длину в силу лучшей теплопроводности.

Для обеспечения соосности седла и тарелки клапана направляющая втулка должна быть выполнена с высокой точностью. Кроме того, наружная поверхность втулки, запрессовываемая в головку блока, для лучшего теплоотвода должна быть обработана с высокой степенью чистоты поверхности и не должна иметь рисок и царапин. За счет этого увеличивается передача тепла от втулки к головке блока.

Основным дефектом направляющих втулок обычно является повышенный износ внутренней поверхности, вызванный длительной (не менее 150-200 тыс. км пробега) эксплуатацией двигателя. Однако, применение некачественных масел может привести к сокращению ресурса втулок. Длительная работа двигателя с повышенными тепловыми зазорами в клапанном механизме вызывает неравномерный износ направляющей втулки из-за повышенных боковых нагрузок на стержень и ухудшения вращения клапана.

Увеличенный зазор в паре "стержень клапана - втулка" вызывает повышенный расход масла, т.к. маслосъемный колпачок не может удерживать масло при повышенных угловых перемещениях стержня клапана. Это провоцирует рост нагарообразования на клапанах и поверхностях деталей, ограничивающих камеру сгорания, увеличивает токсичность отработанных газов, а также может привести к преждевременному выходу из строя каталитического нейтрализатора отработанных газов.

Поэтому при ремонте двигателя надо уделить должное внимание головке блока. Иногда бывает так, что в потере компрессии, к чести двигателя, виновата только его верхняя часть - "голова". К сожалению, при ремонте головки блока цилиндров многие механики ограничиваются лишь притиркой клапанов к седлам, ошибочно полагая, что втулки - "сплошная кость", и изнашиваться там нечему. Для здоровья двигателя очень полезно проверить зазор между направляющей втулкой и стержнем клапана. Если он выходит за пределы рекомендованного инструкцией допуска, то замена маслосъемных колпачков и притирка не принесут желаемого результата.

Как же определить степень износа втулки? Существует два метода измерений: непосредственный и косвенный. При первом не обойтись без нутромера и микрометра. Разность между замеренными диаметрами втулки и стержня клапана и составит диаметральный зазор.

Для второго метода измерений понадобится индикатор часового типа со стойкой. Естественно, если зазор окажется больше рекомендованного инструкцией, то все измерения придется повторить с новым клапаном. Если и в этом случае зазор будет чрезмерно велик, без ремонта направляющей втулки обойтись не удастся. Многие зарубежные фирмы выпускают клапаны ремонтного размера с увеличенным диаметром стержня. При наличии ремонтных клапанов направляющая втулка разворачивается сначала под ремонтный диаметр стержня, а затем под требуемый заводом зазор между втулкой и стержнем клапана.

Для обеспечения минимального "увода" оси при разворачиваний старой втулки головки блока, ее обработку следует производить со стороны менее изношенной части, то есть с зоны установки маслосъемного колпачка.

Перепрессовка направляющих втулок производится в тех случаях, когда ремонтные клапаны отсутствуют, или имеется неравномерный "запредельный" износ втулок. Для перепрессовки необходимо иметь оправки и (желательно) пресс. Для облегчения посадки приходится нагревать головку блока цилиндров и охлаждать направляющую втулку. Это необходимо для меньшего повреждения посадочного места в головке блока и снижения усилия запрессовки.

Многие фирмы выпускают ремонтные направляющие втулки с различным наружным диаметром под запрессовку.

После перепрессовки направляющих необходимо развернуть отверстие во втулке. При этом надо помнить, что припуск для формирования окончательного размера под развертку не должен превышатъ 0,02...0,03 мм, а поверхность после чистовой обработки не должна иметь царапин, "черноты", шероховатостей. Она должна быть идеально гладкой.

Если при ремонте использовались направляющие клапанов из бронзы или латуни, то при их последующем разворачивании зазор между стержнем клапана и втулкой нельзя умышленно занижать, думая, что чем плотнее, тем лучше.

Фирмы-изготовители рекомендуют для направляющих втулок из бронзы и латуни увеличенные (по сравнению с рекомендуемыми для чугунных и металлокерамических втулок) зазоры. Это обусловлено большим коэффициентом линейного расширения этих материалов.

Если этим пренебречь, то неизбежен "прихват" клапана во втулке, со всеми вытекающими последствиями (гнутые клапаны и т.п.).

Альтернативным вариантом восстановления направляющих втулок является раскатка внутренней поверхности втулки с последующей разверткой до требуемого внутреннего диаметра. Это менее трудоемкий, но требующий специального инструмента метод. При его применении не портится посадочное место в головке блока под направляющую, а внутренняя поверхность втулки, контактирующая со стержнем клапана, будет иметь большую твердость, чем основной материал за счет пластического деформирования ("наклепа"). Этот метод особенно актуален для владельцев автомобилей, двигатели которых имеют чугунные головки блоков, а направляющие клапанов выполнены прямо в головке блока. При износе проще и дешевле восстановить их раскаткой, чем расточкой и запрессовкой новых втулок.

Многие фирмы - UTP, Sunnen и другие - выпускают инструмент для раскатки направляющих втулок. Он позволяет восстановить втулки с износом рабочей поверхности до 0,5 мм в зависимости от материала направляющей. А оставшаяся после обработки спиральная канавка увеличивает маслоемкость поверхности, тем самым улучшая условия смазки пары трения "стержень - втулка". При действующих зазорах 0,03...0,05 мм получается газолабиринтное уплотнение по всей длине втулки. Это уменьшает расход масла на угар и снижает токсичность отработанных газов.

После формирования внутренней поверхности втулки - технологической базы - можно переходить к восстановлению седла клапанов инструментом Neway.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что именно от направляющих втулок - базиса клапанного механизма - зависит долгая и счастливая работа вашего двигателя. Так что если основы марксизма-ленинизма знать теперь никто не обязан, то состоянием направляющих втулок интересоваться необходимо каждому автовладельцу.

1. Стерженнь клапана в новой направляющей втулке.
2. Из-за боковых нагрузок от коромысла и вращения стержень клапана при работе никогда не контактирует со втулкой 100% своей поверхности.
3. В результате длительной работы поверхность втулки разбивается. При этом увеличиваются боковые нагрузке, которые ухудшают вращение клапана в направляющей втулке. Начинает прогрессировать односторонний износ, увеличивающий расход масла. Износ зависит от условий смазывания пары трения, особенно от соосности втулки и седла

Внешний вид направляющих втулок клапанов: гладкие, с опорным буртиком, с разрезным кольцом

Непосредственное измерение внутреннего диаметра направляющей втулки клапана с помощью нутромера

Микрометром определяем боковой люфт стержня клапана в направляющей втулке. Если он больше рекомендованного инструкцией, то направляющую надо ремонтировать

Для перепрессовки направляющих втулок необходим набор оправок, дистанционные втулки, набор разверток, жидкость для охлаждения втулок

Для выпрессовки направляющих втулок необходимы оправки

Перед запрессовкой направляющую втулку необходимо охладить, а головку блока - равномерно нагреть в термошкафу согласно инструкции

Если ремонтная втулка имеет увеличенный наружный диаметр, то посадочное место под втулку в головке блока необходимо развернуть. Обычно натяг в этой паре колеблется от 0,02 до 0,1 мм в зависимости от фирмы-изготовителя

В набор для восстановления направляющих втулок входит комплект проходных стержней со съемными твердосплавными ножами-роликами (в пробирках), кондукторы, ограничительная оправка со сверлом, специальная смазка для ножей и ершик для очистки втулки

Выбрав кондуктор, соответствующий внутреннему диаметру стержня клапана, сверлом с ограничителем засверливаем заходное отверстие для ножа-ролика. Глубина заходного отверстия составляет 2...3 мм. Она ограничивается кондуктором и высотой оправки сверла.

Устанавливаем в проходной стержень ролик-нож и смазываем его. Затем вставляем в направляющую втулку до опоры ролика-ножа на дно заходного отверстия. Проворачиванием стержня вдоль оси втулки, выдавливаем роликом по спирали металл на внутренней поверхности, уменьшая этим ее проходное сечение.

Наклонное расположение ножа-ролика задает шаг винтовой поверхности. Полученные в результате раскатки спиральные желобки хорошо задерживают масло, улучшая работоспособность пары трения, и являются газолабиринтным уплотнением.

© Журнал "Автомеханик"