Устройство автомобилей

Устройство автомобилей

Завершающим звеном механизма газораспределения является клапанная группа, которая включает в себя клапан, пружину, детали крепления клапана и пружины, направляющую втулку и седло клапана.

Клапанная группа работает при больших механических и тепловых нагрузках. Наиболее нагруженным является сопряжение «клапан-седло». Эти детали подвергаются наибольшим ударным воздействиям при посадке клапана в седло, и работают в условиях высоких температур.

Сопряжение «клапан-седло-направляющая втулка» работает при недостаточном смазывании и высокой скорости перемещения клапана, что вызывает их интенсивное изнашивание.

Исходя из условий, в которых работают детали этой группы ГРМ, к клапанной группе предъявляются следующие требования:

• герметичное закрытие клапанов;
• малое сопротивление рабочей смеси и отработавшим газам при впуске и выпуске (хорошая обтекаемость);
• минимальная масса деталей;
• высокая прочность и жесткость;
• высокая тепловая стойкость;
• эффективный отвод тепла от клапана (особенно для выпускного);
• высокая износостойкость (особенно в сопряжении «втулка-клапан»);
• высокая коррозийная стойкость в сопряжении «седло-клапан».

Клапаны

Клапаны открывают и закрывают впускные и выпускные отверстия в головке блока цилиндров. Основные элементы клапана: головка 12 и стержень 9 (рис. 1). Головку клапана иногда называют тарелкой клапана.
Плавный переход от головки к стержню снижает сопротивление потоку газов при их истечении через газообменные отверстия. Поскольку отработавшие газы удаляются через выпускной клапан при значительном давлении, головку этого клапана обычно выполняют меньшего диаметра, чему головку впускного клапана.
Температура головки выпускного клапана бензиновых двигателей достигает 800…900 ˚С, а в дизельных двигателях – 500…700 ˚С.
Температурная нагрузка на головки впускных клапанов значительно ниже, тем не менее она приводит к нагреву тарелки клапана до 300 ˚С.

Поэтому для изготовления выпускных клапанов применяются жаропрочные сплавы и материалы, в качестве которых обычно используют жаропрочные стали с большим содержанием легирующих присадок. В целях экономии дорогостоящих жаростойких материалов выпускные клапаны изготовляют из двух частей. При этом для головки используется жаростойкий материал, а для стержня – углеродистые стали.
Головка и стержень в данном случае соединяются между собой стыковой сваркой.

Для повышения коррозийной стойкости и уменьшения изнашивания в выпускных клапанах рабочие поверхности фаски, а в некоторых случаях и поверхность головки со стороны цилиндра наплавляют слоем твердого сплава толщиной 1,5…2,5 мм (рис. 1).

Так как впускные клапаны омываются свежим зарядом и находятся в более легких температурных условиях, к материалу впускных клапанов предъявляются менее жесткие требования и для их изготовления используются хромистые и хромоникелевые среднеуглеродистые стали.

Обтекаемость клапана, работоспособность его фасок во многом зависит от формы головки. Для впускных клапанов чаще используют головки плоской формы (см. рис. 1 и 2), отличающиеся простотой конструкции и достаточной жесткостью. В форсированных двигателях иногда применяют впускные клапаны с вогнутыми головками (см. рис. 1, в). Такие клапаны имеют меньшую массу, чем клапаны с плоской головкой и их движение вызывает меньшие инерционные нагрузки.

Головки выпускных клапанов выполняются или плоскими (рис. 1, 2 и 3, г), или выпуклыми (рис. 3, б). Выпуклая форма головки способствует улучшению обтекаемости клапана со стороны цилиндра и повышению его жесткости, но вместе с тем увеличивается и масса клапана, что отрицательно сказывается на его инерционности.

Сопряжение между тарелкой (головкой) клапана и седлом осуществляется по фаске – специальному пояску на боковой поверхности головки. Угол наклона фаски у впускных клапанов для большинства двигателей составляет 45˚, а у выпускных – 45 и 30˚.
В процессе изготовления клапанов фаски головок шлифуют, а при установке на двигатель притирают к седлу. Ширина притертого пояска фаски для выпускных клапанов должна быть не менее 0,8 мм; для впускных клапанов допускается более узкий поясок, который, тем не менее, не должен прерываться по периметру окружности фаски.
Для обеспечения надежного контакта между клапаном и седлом по наружной кромке фаски клапана угол фаски клапана делают на 0,5…1˚ меньше угла фаски седла.

Коррозийный и механический износ фасок на клапане и седле резко снижает эффективность работы двигателя. На фасках выпускных клапанов в процессе работы постепенно откладывается нагар, который тоже препятствует герметичному закрыванию выпускного отверстия. Для предотвращения образования нагара на фасках выпускных клапанов и повышения их долговечности, в некоторых двигателях выпускной клапан в процессе работы принудительно проворачивается с помощью специального механизма (см. рис. 1, поз. 5).

Механизм принудительного вращения клапана (рис. 4) состоит из неподвижного корпуса 3, расположенных в углублениях этого корпуса пяти шариков 2 с возвратными пружинами 1, конической дисковой пружины 4, опорной тарелки 5 и пружины клапана 7.
Все детали в собранном состоянии скрепляются пружинным кольцом 6.

При открытии клапана от усилия пружины дисковая пружина 4, опирающаяся при закрытом клапане на буртик корпуса 3, деформируется и ложится на шарики 2, которые в это время располагаются в мелкой части углубления корпуса.
Под давлением пружины шарики перекатываются по углублению корпуса в более глубокую часть, поворачивая при этом коническую пружину 4, опорную тарелку 5, пружину клапана и сам клапан вокруг его оси.

После закрытия клапана, когда усилие пружины клапана уменьшается, коническая дисковая пружина 4 возвращается в исходное положение, при этом шарики освобождаются и возвратными пружинами 1 перемещаются в более мелкую часть углубления в корпусе 3, подготавливая механизм к следующему циклу работы.

В двигателях марок «ЗМЗ», «ЯМЗ» возможность проворачивания в процессе работы впускных и выпускных клапанов обеспечивается установкой между опорной тарелкой и сухарями промежуточной втулки (см. рис. 1, поз. 13; рис. 2, поз. 11; рис. 3, поз. 4).

Промежуточные втулки имеют небольшую контактную поверхность с подвижными опорными тарелками пружин, следовательно, трение между этими деталями невелико. Поэтому при открытии клапана вследствие вибрации всех деталей механизма клапан периодически поворачивается.

Ниже фаски головка клапана имеет цилиндрический поясок, который предохраняет ее от обгорания, сохраняет диаметр тарелки клапана при перешлифовке и обеспечивает жесткость головки.

Для предотвращения падения клапана в цилиндр при поломке хвостовика стержня или клапанной пружины, на его стержне может устанавливаться пружинное стопорное кольцо (см. рис. 3, д, поз. 1).

Торцы стержней (пятки клапанов), находящиеся в контакте с коромыслом или кулачком, подвергаются закаливанию. В некоторых двигателях вместо закаливания на концы стержней надеваются колпачки (см. рис. 1, поз. 21) из износостойких материалов и сплавов.

На стержень впускных клапанов надевают резиновый колпачок (см. рис. 3, е, поз. 5), который во время такта впуска препятствует проходу масла в камеру сгорания через зазор между стержнем и направляющей втулкой клапана.

Для предотвращения заклинивания выпускных клапанов в отверстии направляющей втулки при температурном расширении, их стержни вблизи головки выполняют несколько меньшего диаметра, чем по остальной длине.

Для крепления клапанных пружин на конце стержня выполняются одна или две выточки, в которые при сборке входят выступы сухарей 2 (рис. 3, д, е).

Для понижения температуры выпускных клапанов диаметр их головок уменьшают, а диаметр стержня увеличивают. Такое техническое решение позволяет повысить тепловую стойкость клапана, но увеличивает сопротивление потоку выпускаемых газов. Впрочем, поскольку выброс отработавших газов из цилиндра осуществляется под значительным давлением (по сравнению с давлением впуска), то этим недостатком пренебрегают.

Более эффективным является способ принудительного охлаждения выпускных клапанов. Для этого стержень выпускного клапана делают пустотелым (см. рис. 1, а, в) и заполняют металлическим натрием, который имеет низкую температуру плавления (97 ˚С). При работе жидкий натрий, нагреваясь от головки клапана, испаряется, поглощая большое количество теплоты. Поднявшись в верхнюю часть стержня, пары натрия конденсируются и передают теплоту верхней части стержня, которая работает в менее теплонапряженных условиях.

Клапанные пружины

Клапанная пружина должна обеспечивать плотную посадку клапана в седло. Она работает в условиях резко меняющихся динамических нагрузок, способных вызвать резонанс и последующую поломку пружины.
Чаще всего применяют цилиндрические винтовые пружины с постоянным шагом витков.
Для предотвращения резонансных явлений могут применяться пружины с переменным шагом, конические пружины и двойные пружины. При использовании двойных пружин возрастает надежность работы ГРМ и уменьшается общий размер пружин.
Направление витков внутренней и внешней пружин выполняют разным, чтобы исключить резонанс и, в случае поломки одной из пружин, предотвратить попадание обломков между витками второй пружины.

Клапанные пружины изготавливают навивкой проволоки из пружинной стали. После навивки пружины подвергаются термической обработке (закалка и отпуск), а для повышения усталостной прочности обдуваются стальной дробью.

Концевые витки пружин шлифуются для получения плоской кольцевой опорной поверхности. Для повышения коррозионной стойкости пружины оксидируют, оцинковывают и кадмируют.

Пружины опираются на головку блока цилиндров через специальные неподвижные тарелки (см. рис. 2, поз. 4), которые штампуются, как и верхние подвижные тарелки из малоуглеродистой стали. Верхняя тарелка пружины фиксируется на клапане с помощью сухарей.

Направляющие втулки клапанов

Направляющая втулка обеспечивает перемещение клапана и отвод теплоты от его стрежня во время работы. При этом нижний конец самой втулки (особенно выпускного клапана) омывается горячими газами. При недостаточном поступлении смазочного материала в зазоры между стержнем клапана и внутренней поверхностью втулки трение между этими деталями приближается к полусухому.
По этой причине к материалу направляющих втулок предъявляются требования высокой износостойкости, достаточной жаростойкости и хорошей теплопроводности. Кроме того, он должен обладать высокими антифрикционными качествами. Этим требованиям удовлетворяют перлитные серые чугуны, алюминиевые бронзы, спекаемая хромистая или хромоникелевая керамика. Пористая структура данных материалов хорошо удерживает смазочный материал.

Для фиксации в головке блока цилиндров втулки выполняются с выточкой под пружинное кольцо (см. рис. 3, а, поз. 1) или с наружными заплечиками.

Зазор между направляющей втулкой и стержнем клапана для впускных клапанов устанавливается меньше, чем для выпускных, из-за разной температуры нагрева. Для предотвращения заклинивания клапана во втулке при высокой температуре и перекоса (в приводе клапана непосредственно от распределительного вала) нижнюю внутреннюю поверхность втулки выполняют конусной (см. рис. 3, г) или уменьшают диаметр стержня клапана у головки (см. рис. 1, б).

Седла клапанов

Седло клапана обеспечивает долговечность контактной зоны клапана с головкой блока цилиндров. В головках из алюминиевого сплава используют стальные седла, а в чугунных головках они растачиваются непосредственно в теле (см. рис. 2, а). Для изготовления вставных седел используют специальные легированные чугуны или жаростойкие стали. Для повышения износостойкости фаски седел выпускных клапанов наплавляются слоем твердого сплава (см. рис. 1, поз. 18).

Седло представляет собой кольцо с цилиндрической или конической наружной поверхностью. Крепится седло в головке с натягом при запрессовке или путем расчеканивания головки (см. рис. 3, к). Стальные седла могут крепиться развальцовкой верхней части седла (см. рис. 3, л). При креплении седел запрессовкой на их наружной поверхности часто выполняются кольцевые проточки (см. рис. 3, з, и), которые в процессе запрессовки заполняются металлом головки.

Цилиндрические седла вставляются до упора, а конические – с небольшим торцевым зазором.

Для получения надежного уплотнения поясок седла шириной около 2 мм выполняют с переменным углом (см. рис. 3, ж).

Устройство газораспределительного механизма

Газораспределительный механизм состоит из следующих элементов:

1. Распределительный вал — изготовляется из чугуна или стали — в задачу которого входит открывание/закрывание клапанов газораспределительного механизма при работе цилиндров. Он монтируется в картере, который перекрывает крышка газораспределительного механизма, или в головке блока цилиндра. При вращении вала на цилиндрических шейках происходит воздействие на клапан. На него воздействуют кулачки, расположенные на распределительном валу. На каждый клапан воздействует свой кулачек.
2. Толкатели, изготовленные также из чугуна или стали. В их задачу входит передача усилия от кулачков на клапаны.
3. Клапаны впускные и выпускные. В их задачу входит подача топливно-воздушное смеси в камеру сгорания и удаления отработочных газов. Клапан представляет из себя стержень с плоской головкой. Основным отличием впускных и выпускных клапанов является диаметр головки. Впускной состоит из стали с хромированным покрытием, а выпускной — из жаропрочной стали. Клапанный стержень изготавливается в виде цилиндра с канавкой, необходимой для фиксирования пружины. Клапана двигаются только по направлению ко втулкам. Чтоб масло не попадало в камеру сгорания цилиндра, производят установку уплотнительного колпачка. Его изготавливают из маслостойкой резины. На каждый клапан крепятся внутренняя и наружная пружина, для крепления используют шайбы, тарелки.
4. Штанги. Они необходимы для передачи усилия от толкателей к коромыслу.
5. Привод газораспределительного механизма. Он передает вращение коленвала на распредвал и тем самым приводит его в движения, причем движется он со скоростью в 2 раза меньше, чем скорость коленвала. На 2 вращения коленвала распредвал делает 1 вращение — это и называется рабочим циклом, при котором происходит 1 открытие клапанов.

Таково устройство ГРМ и общая схема газораспределительного механизма. Теперь следует разобраться, каков принцип работы газораспределительного механизма.

Как работает распредвал

Как работает распредвал.

При поперечном рассмотрении кулачок имеет форму капли. При вращении вытянутая часть кулачка наживает на толкатель клапана и приводит к открыванию клапана. Это провоцирует подачу воздушно-топливной смеси для сжигания. При дальнейшем вращении кулачок «отпускает» толкатель, и тот под действием пружинного механизма возвращает клапан в закрытое положение.

В шестерне распределительного вала располагается в два раза больше зубьев, чем у коленчатого. Это связано с тем, что за один рабочий циклы двигателя коленвал совершает 2 оборота, а распредвал – 1.

Конфигурация двигателя может включать два распределительных вала. Компоновка газораспределительного механизма с одним валом применяется в бюджетных машинах, где цилиндры имеют по 1 паре клапанов. Два распредвала нужны в моделях с двумя парами клапанов на цилиндрах.

Читайте также: Что такое газораспределительный механизм в автомобиле и как он работает.

Устройство привода

За правильную и своевременную работу клапанного механизма отвечает распределительный вал и привод ГРМ. Конструкция и количество распредвалов для каждого типа двигателя выбирается индивидуально. Деталь представляет собой вал, на котором выполнены кулачки определенной формы. Проворачиваясь, они оказывают давление на толкатели, гидрокомпенсаторы или коромысла и открывают клапана. Тип схемы зависит от конкретного двигателя.

Распредвал находится непосредственно в головке блока цилиндров. Привод к нему идет от коленчатого вала. Это может быть цепная, ременная или зубчатая передача. Наиболее надежной является цепная, но она требует дополнительных конструктивных решений. Например, успокоитель для гашения вибрации цепи и натяжитель. Скорость вращения распределительного вала в два раза ниже, чем скорость вращения коленчатого вала. Так обеспечивается согласование их работы.

От количества клапанов зависит количество распределительных валов. Существует две основных схемы:

• SOHC (одновальная);
• DOHC (двухвальная).

При наличии только двух клапанов достаточно одного распредвала. Вращаясь, он обеспечивает попеременное открытие впускного и выпускного клапанов. В наиболее распространенных четырехклапанных двигателях устанавливаются два распредвала. Один обеспечивает работу впускных, а другой выпускных клапанов. В двигателях с V-образных расположением цилиндров устанавливается четыре распредвала. По два на каждую сторону.

Кулачки распредвала не толкают стержень клапана напрямую. Существует несколько типов “посредников”:

• роликовые рычаги (коромысло);
• механические толкатели (стаканы);
• гидравлические толкатели.

Роликовые рычаги имеют более предпочтительную конструкцию. На гидротолкатель давят так называемые коромысла, которые качаются на вставных осях. Чтобы снизить трение на рычаге предусмотрен ролик, который контактирует непосредственно с кулачком.

В другой схеме используются гидравлические толкатели (компенсаторы зазора), которые расположены непосредственно на стержне. Гидрокомпенсаторы автоматически регулируют тепловой зазор и обеспечивают мягкую и менее шумную работу механизма. Это небольшая деталь состоит из цилиндра с поршнем и пружиной, каналов для масла и обратного клапана. Для работы гидротолкателя используется масло, которое подается из системы смазки двигателя. Более подробно про гидрокомпенсаторы можно прочитать в отдельной статье на нашем сайте.

Механические толкатели (стаканы) представляют собой втулку, закрытую с одной стороны. Они устанавливаются в корпус ГБЦ и непосредственно передают усилие на стержень клапана. Основные их недостатки заключаются в необходимости периодической регулировки зазоров и стуке при работе на непрогретом двигателе.

Обслуживание мотора

Когда, рассмотрено устройство и основные технические характеристики, присущие двигателю ВАЗ 2114, необходимо рассмотреть обслуживание и дать ответы на вопросы, которые задают все чаще автомобилисты.

Техническое обслуживание

Если верить заводу, изготовителю, то двигатель ВАЗ 2114 необходимо обслуживать каждые 12-15 тыс. км пробега. Это зависит от того, какой маркировки мотор установлен на транспортном средстве. Схема проведения технического обслуживания для всех двигателей, которые установлены на «четырнадцатой» модели:

1. На первом ТО проводится замена масла, масляного фильтра и воздушного фильтрующего элемента, а также проверка работоспособности всех систем.
2. Второе ТО делается спустя 12 000 км пробега. В данном случае, необходимо сменить масло и фильтрующий элемент масла.
3. Третье ТО – 25 000 км, замена не только масла, но и воздушного фильтра, а также проводится поточный ремонт неисправностей.
4. Спустя 45 000 км необходимо заменить ремень и ролик газораспределительного механизма, чтобы не пришлось проводить капитальный ремонт двигателя ВАЗ 2114.

Последующее техническое обслуживание идёт согласно 2 и 3 ТО.

Частые вопросы и ответы на них

Процесс ремонта двигателя ВАЗ 2114.

Многие автолюбители на форумах задают одни и те же вопросы. Попробуем классифицировать все их, а также дать ответы согласно заводским нормам и рекомендациям.

Какое масло заливать в двигатель ВАЗ 2114?

Если опираться на данные завода изготовителя, то в двигатель ВАЗ 2114, в зависимости от типа льётся разное масло. Так, какое масло залить в ВАЗ 2114? Если брать для 8 клапанного двигателя, то в идеале подойдёт с маркировкой 10W-40. Если это 16 клапанный движок – 5W-30. В любом случае, масло для ВАЗ 2114 должно быть полусинтетическим.

Какая рабочая температура двигателя?

Опираясь на данные завода изготовителя, рабочая температура мотора для двигателей, устанавливаемых на модели 2113-2115, составляет 87-103 градуса Цельсия. После 105 градусов включается электровентилятор.

Где находится номер двигателя на ВАЗ 2114?

Номер двигателя достаточно просто найти. Располагается он со стороны коробки переключения передач, возле термостата. Номер мотора всегда имеет площадку на блоке цилиндров, которая располагается в видном месте.

Какой ресурс ДВС 2114?

Ресурс двигателя ваз 2114 составляет 150 тыс. км пробега для восьми клапанного силового агрегата и 180 000 км для -16 клапанного. Чтобы продлить ресурс необходимо знать какое масло лить в движок, а также вовремя его обслуживать. Хотя немаловажную роль играет манера вождения и бережная эксплуатация автомобиля.

Гнёт ли клапана на двигателях ВАЗ 2114?

Конечно, как и в любом другом двигателе, у ВАЗ 2114 клапанный механизм гнёт. Это зачастую случается от перегрева, когда возникает прогиб головки. Гнуть клапана может и при обрыве ремня ГРМ.

Что делать, если не развивает мощность мотор, и падают обороты?

В этом случае, стоит провести комплексную диагностику силовому агрегату. Дело может заключаться, как в неработоспособности одного из датчиков, так и в механике. Найти неисправность можно своими силами или при помощи профессионалов в автосервисе.

Неисправности двигателя и ремонт

Разобранный мотор ВАЗ 2114.

Схема неисправностей мотора 2114 и его модификаций достаточно типичная. Обычно, самыми распространёнными являются плавающие обороты, троение, поломка помпы, а также другие, с которые детально знакомы владельцы автомобиля. Где находятся, те или иные неисправности можно определить, проводя диагностические работы.

Спустя 150 000 км пробега движку понадобится переборка (капитальный ремонт). Каждый автолюбитель может отремонтировать свой мотор самостоятельно, но многие не рискуют и обращаются в автосервис.

Для ВАЗ 2114 ремонт проводится по аналогии с мотором 2108, поскольку они достаточно похожи. Для того, чтобы заменить ремень ГРМ придётся зафиксировать распределительные валы. В комплекс операций по замене входят смена ремня ГРМ, ролика или двух, а также регулировка клапанов.

Для замены водяного насоса придётся, как и для смены ремня ГРМ, зафиксировать распредвалы. Поскольку, ремень проходит и через помпу, а поэтому процесс достаточно непростой.

Тюнинг движка

Тюнинг версия двигателя ВАЗ 2114.

Тюнинг двигателя ВАЗ 2114 проводится типично для всей серии силовых агрегатов устанавливаемых на 2113-2115. Как известно, существует два варианта доработки мотора: механический и чип тюнинг. Схема доработки достаточно простая, сначала делается механика, а затем электроника. Но, многие автолюбители проводят только чип-тюнинг для снижения расхода, поскольку цена на горючее слишком высока.

Чип тюнинг ВАЗ 2114 проводится при помощи специального оборудования и направлен на увеличение мощности или снижения расхода потребляемого горючего. Такой вид работы стоит доверить профессионалам, поскольку только они имеют необходимые навыки и знания.

Что касается механической доработки, то здесь схема стандартная. В случае, полной доработки мотора, его необходимо полностью разобрать. Необходимо получить полный доступ к внутренней части силового агрегата. Далее, проводится процесс расточки-хонинговки и установки новых запасных частей с облегчённым весом.

Установленная турбина на двигатель ВАЗ 2114

После сборки рекомендуется установить тюнинг версию системы охлаждения и выпуска отработанных газов, так как сгорание будет происходить с выделением большего количества тепла, чем ранее. Масло в двигатель ВАЗ 2114 после тюнинга стандартное не подойдёт, поэтому рекомендуется, чтобы процесс доработки делали профессионалы.

Что такое газ-контроль

Газ-контроль — это технология, которая позволяет исключить утечку газа. Механизм с датчиком отключает подачу топлива всякий раз, когда огонь в горелке тухнет. Время отмены подачи топлива варьируется в зависимости от модели и производителя и обычно составляет порядка пяти секунд.

С такой системой вы можете быть спокойны. Если конфорку зальет выкипевшая вода, убежавшее молоко или задует ветром — во всех этих ситуациях технология будет оберегать вас и ваше имущество. Функция газ-контроль делает эксплуатацию безопаснее. Нет нужды находится на кухне во время готовки. Хозяева могут пользоваться техникой без волнений об утечках и сопутствующем ущербе.

С ремонтом ГРМ можно справиться и самостоятельно, так как основная часть – замена изношенных деталей.

Вот основные неисправности ГРМ:

1. Неправильно выставленные тепловые зазоры в механических толкателях.
2. Поломки гидрокомпенсатора. Автоматические толкатели обладают меньшим сроком службы.
3. Износ распредвала (встречается редко).
4. Износ пружин по причине уставания металла.
5. Неполное открытие/закрытие клапанов.
6. Растяжение или повреждение цепи/ремня.
7. Износ маслосборников. Как правило, это замечается по характерному запаху паленого масла.
8. Появление нагара на клапанах, что приводит к неполному прилеганию.

Рекомендуется перед ремонтом найти схему вашего ГРМ.