Из какого металла делают направляющие втулки клапанов
Обновлено: 19.05.2024
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.
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.
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 слева, 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.
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. Как это сделать и с помощью чего, я написал вот в этой статье.
К тому же там написано, каким должен быть зазор между наружной поверхностью втулки и отверстием в головке, чтобы запрессовать втулку в тело головки с нормальным натягом. А о ремонте сёдел клапанов, желающие могут почитать вот здесь.
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.
Бронзовые направляющие втулки клапанов.
При ремонте или форсировании двигателя остро стоит вопрос сохранения или повышения ресурса отдельных узлов и деталей, на которые при форсировании увеличивается нагрузка.
Одной из таких наиболее проблемных деталей двигателя является направляющая втулка клапана.
Серийные втулки для восьмиклапанных двигателей ВАЗа делаются из специального чугуна, который, к сожалению, не отличается высокой стойкостью к износу. Серийные втулки ВАЗа грешат плохой геометрией, и на многих моторах к пробегу 30-40 тыс. км люфт клапана вследствие износа превышает все разумные допуски, а при работе мотора прослушивается характерный клапанный стук. Качество выделки и геометрия головок для двигателей Оки еще хуже, особенно это видно по головкам конца 90-х годов.
И только на двигателе 2112 (16 клапанов) серийно устанавливаются втулки из латуни (Лс65), имеющие больший срок службы, чем чугунные.
Чем же заменить ненадежные чугунные втулки? Ответ найден давно — специальные направляющие втулки из бронзовых сплавов. Для направляющих втулок не всякая бронза подойдет, а лишь несколько сортов, специально подобранных и испытанных в автоспорте.
Плюсы бронзовых втулок следующие:
Лучший теплоотвод от стержня клапана и передача тепла в алюминиевое тело головки, высокая стойкость к износу, отличная совместимость со стальными и хромированными клапанами, меньшая требовательность к количеству масла, попадающего на стержни клапанов.
Специалисты по ремонту ГБЦ так же отмечают важную особенность бронзовых втулок — материал достаточно пластичен, не раскалывается, как чугунная втулка, а следовательно, риск раскалывания втулки (появления трещины) при ее запрессовке, или экстремальных режимах работы двигателя, сводится к нулю.
Для двигателей ВАЗ 2108\2110 освоен выпуск втулок двух типов — для стержня клапана диаметром 8 мм и для клапанов с диаметром стержня 7 мм. Второй тип втулок для семейства двигателей 2108 имеет серийный наружный диаметр, внутренний — 7 мм, а маслосъемные колпачки применяются от 16 клапанного двигателя 2112. Комплект таких втулок показан на фото ниже. Данные втулки применяются при экстремальном тюнинге двигателя с клапанами 40x34.
Бронзовые втулки клапанов с 7 мм стержнем
Бронзовые втулки 2108 так же применяются в двигателях Оки. Кроме того, допустимо применять данные втулки на двигателях семейства ВАЗ "классика".
Опробован так же экономичный вариант, когда бронзовые втулки применяются только на выпускных клапанах, а для впускных клапанов — качественные импортные чугунные направляющие. Такая комбинация оправдана не только экономией, но и увеличением общего ресурса ГБЦ при обычном ремонте головки, ведь выпускные направляющие втулки — наиболее нагруженные.
Бронзовые втулки рекомендуется применять при общем форсировании двигателя, как необходимый элемент увеличения ресурса. Для спортивных валов с подъемами более 12 мм использование бронзовых втулок уже не имеет альтернативы.
Какой материал подобрать на направляющие втулки клапанов?
Есть четыре варианта:
1. Бронза
2. Латунь
3. Чугун
4. Алюминий
Какой из этих материалов лучше не использовать и какие зазоры лучше выдержать?
Метки: ремонт гбц 412
Комментарии 42
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы писать комментарии, задавать вопросы и участвовать в обсуждении.
Бронзовые самые норм. А лучше Бериллиевая бронза)
Думаю пригодится, правда по жигулям, фото из книги ремонт двигателей "жигулей" издательство За рулём
На ВАЗ-2112 и его производных в стоке бронзовые направляшки. Хрома на клапанах я там не видел. И ресурс у этой пары будь здоров, по крайней мере за 150 ткм им нихрена не делается вообще.
На 2112 вроде латунные направляющие
Если честно — не знаю.
Латунные? Бронзовые?
Они желтые, и они долговечные.
Впуск — родные
Выпуск БрАЖ9-4
покройте клапана хромом и сделайте направляющие из сплава БрОЦ 5-5-5 будет ходить очень долго
Ставил альфанаправляющие
впуск бронза выпуск чугун
чугун вроде выжил, бронзу сожрало, а там где бронзу не сожрало жрало масло.
поставил на впуск чугун на выпуск стандартную металокерамику
отходило 20 тысяч сдох распредвал. разобрал . чугун чуток поело и люфт чуть увеличился металокерамика как была так и осталась
Бронзовые направляющие + хромированные клапана = отличная пара трения. Немцы знают толк в моторах, куча немецких моторов с такими направляющими.
Мой рецепт проверенный на моей своем УЗОМе. Впуск бронза от альфы. Выпуск металокерамика родная с буковкой М, переточеная под тазомаслак. На выпуске маслаки тефлоновые от ситроена. И так же на выпуска резьба на пол длины втулки по аналогии с тазовскими.
Почему на выпуск не рискнул бронзу ставить?
Ну вот не рискнул… Посмотрим как она на впуске отбегает.
Товарисч anatoliy7922 истину глаголит! Это упоминается в советской литературе по ремонту и обслуживанию автомобилей Москвич, так же в этой литературе указывается что перед запрессовкой таких втулок их необходимо выдержать некоторое время в моторном масле дабы ооные пропитались ибо имеют пористую кристалическую решетку и способны удерживать масло для последующего скольжения пары втулка-клапан. Но справедливости ради стоит отметить, что понятие указанной там металлокерамики сильно разнится с тем, что представляет из себя сегодняшняя металлокерамика.
лично себе менял .ставил металокерамику еще совдеповскую. не знаю как в последнее время но при союзе на заводе ставили металокерамику.почитайте старую литературку из чего изготавливались москвичевские направляющие. да и работали они на ура.пробег моей головы был 300тыс+.
Цитирую: Материалами для изготовления направляющих втулок служат бронза, перлитный чугун и металлокерамика. Металлокерамика представляет собой смесь из порошков железа, меди и графита, которая подвергается прессованию, спеканию в печи и пропитыванию маслом. Металлокерамические втулки обладают меньшей теплопроводностью, но отличаются высокими антифрикционными свойствами и в настоящее время применяются для клапанов двигателей ЗИЛ, ЯМЗ, ЗМЗ, МЗМА и др. В форсированных теплонапряженных двигателях рекомендуется применять бронзовые втулки, обеспечивающие наиболее интенсивный отвод тепла от клапанов.
Вот именно — МЗМА, а не УЗАМ, а это другие моторы.
О госпаде. Да шо вы спорите. Родные направляющие металокерамика. Это все знают. Но вы народ почему то спорите об этом…
У меня родные ушатало на выпуске через 100000 км. Хочу чего-нибудь более надежного
100000. Да ты щасливчик. Более надёжное. Ну может быть берилиевая бронза. И то не факт
Потому что доводилось только об чугуний спотыкаться…
Typbodrigatel
И на УЗАМ в том числе, так то и первые УЗАМы собирались на МЗМА-АЗЛК и только в последствии производство перенесли в Уфу
anatoliy7922
Извиняюсь, был не прав. Нашел в относительно свежей книге, что металлокерамика имела место быть…
бронзу поставил на впуск и выпуск с ВАЗ колпачками.
родные идут из металлокерамики.правда найти их сейчас да еще и качественные довольно проблематично.быстрее это будет зделать на барахолках у дедушек.
Дорога к Евгению Травникову на канал Теория ДВС. Там есть все ответы
Для бронзы, латуни клапана нужны хромированные. Алюминий и недели в этом моторе не проходит, задерет его, в особенности на выпуске. Ставь новые родные чугунные, разворачивай как положено и катайся. Родные направляйки разобьются не раньше чем через150-170 тыс.км. Если ты, конечно, колпачки туда не вставишь!
Не пойму, колпачки не нужно вставлять? Почему?
Родные направляйки смазываются за счет брызг масла. Если поставить колпачки, масла будет недостатосно и стержни клапанов быстро изнашиваются. В крайнем, если колпачки ставить, надо удалять маслоотбойные шайбы из- под пружин. Кроме того на выпускных клапанах клапанах колпачки быстро дубеют от прегрева. Толку от них вообще ноль.
А как быть с прогоранием масла и с нагаром на тарелке и ножке клапана?
Поэтому есть требование по зазору между клапаном и направляйкой 0,005 мм А еще есть специальные колечки, надеваемые на стержень клапана и которые не дают лишнему маслу стекать по стержню. Кроме того в рткрытом положении клапана эти колечки практически перекрывают доступ масла в напоавляйку. Естественно, что набольшое количество масла прохоит до тарелки, но при неизношенных клапанах и направляйках его количество очень мало. Поверь, я даано имею Москвичи, и неоднократно занимался ремонтом. Тот нагар, о котором ты пишешь, оказывает настолько незначительное влиянине на работу мотора, что серьезно об этом можно говорит ь тоько при подготовке мотора к спорту.
Втулки впускного и выпускного клапанов из чугуна и латуни, геометрические параметры и особенности материала клапанных втулок двигателя.
У бензиновых автомобильных двигателей температура впускного клапана достигает 400 градусов, а выпускного более 800 градусов. Впускные клапаны омываются топливо-воздушной смесью, а выпускные — отработавшими газами. При этих условиях втулки клапанов должны прочно сидеть в головке блока цилиндров, осуществлять смазку и обеспечивать отвод тепла от стержня клапана.
Втулки впускного и выпускного клапанов из чугуна и латуни, геометрические параметры и особенности материала клапанных втулок двигателя.
Требования к геометрии направляющих втулок и характеру их сопряжений по наружному диаметру (D) в головке блока и по внутреннему диаметру (d) со стержнем клапана строго нормированы. Втулки впускного и выпускного клапанов легко отличить. У втулок впускного клапана винтовая канавка для удержания масла нарезана на половину длины, что уменьшает поступление масла в камеру сгорания, а втулка выпускного клапана для лучшего отвода тепла сделана более длинной.
Для головок блоков цилиндров из алюминиевых сплавов втулки изготавливают из чугуна, латуни или бронзы. Бронзовые и латунные втулки обеспечивают более интенсивный отвод тепла от стержня клапана и лучше работают в условиях недостаточной смазки.
Чугунные направляющие втулки впускных и выпускных клапанов.
Их обычно устанавливают в более форсированных двигателях, в которых условия смазки стержней выпускных клапанов весьма неблагоприятны из-за высокой температуры последних, а стержней впускных клапанов — вследствие выдувания и смывания масла топливовоздушной смесью, постоянно находящейся во впускном трубопроводе под пульсирующим давлением.
Латунные направляющие втулки клапанов.
Латунь лучше чем чугун работает в условиях ограниченной смазки, ее теплопроводность в два раза выше, чем у чугуна. У латунных втулок есть смысл изменить посадочную поверхность под маслоотражательный колпачок, удалить канавку под стопорное кольцо и сделать ребро охлаждения, которое одновременно является и фиксатором положения втулки в головке блока цилиндров. Латунные клапанные втулки применяются в двигателях автомобилей Audi, BMW, Volvo.
Размеры направляющих втулок впускных и выпускных клапанов различных автомобилей, зазор и натяг, мм (d — внутренний диаметр, D — наружный диаметр).
Вышеперечисленные свойства латуни позволяют отказаться от винтовых канавок в отверстиях клапанных втулок и сделать втулки впускных и выпускных клапанов одинаковой длины. Так сделано у упомянутых выше иномарок. У части иномарок одинаковыми (короткими) делают ремонтные латунные втулки.
Тепловые характеристики чугуна, стали, бронзы, латуни и алюминия.
Латунные втулки клапанов позволяют уменьшить рабочий зазор в паре втулка — стержень клапана, что уменьшает расход масла. Большой коэффициент теплопроводности латуни способствует быстрой передаче тепла от стержня клапана к головке блока цилиндров и далее к охлаждающей жидкости.
При выборе марки латуни необходимо иметь в виду, что латуни с большим содержанием цинка более дешевые, лучше обрабатываются резанием, лучше прирабатываются и меньше изнашиваются. Вместе с тем у этих латуней меньше теплопроводность. Более низкая температура латунных втулок способствует более длительной работе маслосъемных колпачков, что также уменьшает расход масла.
К сожалению, у латунных втулок есть и минусы. При нормальном рабочем зазоре «разогретой» втулки зазору «неразогретой» слишком велик. Так у Audi (латунь) в соединении втулка — клапан зазор у впускных клапанов 0,1 мм, у выпускных 0,13 мм. Тогда как у автомобилей ВАЗ (чугун) соответственно 0,022-0,055 мм и 0,029-0,062 мм, т.е. примерно в два раза меньше. Попытка уменьшить этот зазор всегда приводит к заклиниванию (схватыванию) стержней клапанов латунными втулками.
При изготовлении втулок необходимо обеспечить максимальную соосность внутреннего отверстия (под стержень клапана) и наружных посадочных поверхностей (в головку и под колпачок). Заметим, что у чугунных втулок, поступающих в запасные части, несоосность встречается довольно часто.
Если головка блока цилиндров чугунная, то установка специальных направляющих втулок клапанов не обязательна, отверстия под клапаны выполнены непосредственно в головке. Усилие запрессовки латунных втулок в 2-3 раза меньше, чем чугунных. Процесс их запрессовки — легкое постукивание по оправке. На втулку колпачок напрессовывают нажатием руки на специальное приспособление. А вот спрессовывается колпачок в этом случае значительно труднее.
По материалам книги «Приспособления для ремонта автомобилей».
Росс Твег.
Направляющие клапанов
Направляющие втулки клапанов предназначены для центрирования клапана относительно седла при движения во время открытия и закрытия. Направляющая должна обеспечивать необходимую плотность прилегания клапана к седлу, обеспечивая герметичность камеры сгорания. Помимо этого направляющая втулка должна предотвращать попадания чрезмерного количества масла в камеру сгорания, через внутренне отверстие, но при этом создавать оптимальные условия для длительной работы клапана, предотвращая износ штока. Направляющие втулки воспринимают на себя боковые силы, действующие на стержень клапана. Направляющие втулки клапанов отводят большую часть тепла клапана ( особенно выпускных).
Основные размеры направляющей втулки клапана
D = наружный диаметр
d1 = диаметр пояска / буртика
d = диаметр внутреннего отверстия
L = общая длина
Для облегчения ремонта, и увеличения срока службы более дорогой детали - головки блока, направляющие втулки клапанов выполняют сменными. Они устанавливаются в посадочные места головки блока с натягом, и поле запрессовки разворачиваются, для обеспечения минимально необходимого теплового зазора в отверстии втулки. Тепловой зазор необходим, для того, что бы избежать «прихвата», т.е. заклинивания клапана в направляющей втулке по причине расширения материала клапана при нагреве. Относительно установленной и развернутой втулки и производится обработка седел и притирка клапана.
В связи со всем выше перечисленным одним из самых важных факторов при проектировании клапанного механизма является выбор материала направляющей втулки клапана. Направляющие втулки клапанов изготавливают из материалов обладающих отличными антифрикционными свойствами и хорошей теплопроводностью:
- Серый чугун с перлитной структурой. Этот материал отличается хорошей износостойкостью и подходит для направляющих втулок, к которым предъявляются обычные требования. (G1).
- Серый чугун с перлитной структурой и повышенным содержанием фосфора. Сетчатое образование фосфора повышает устойчивость к износу и улучшает аварийную способность. Используется в двигателях, к которым предъявляются средние требования. (G2).
- Серый чугун с перлитной структурой и повышенным содержанием фосфора, а также более высоким содержанием хрома. Для использования в двигателях, подверженных особенно высоким нагрузкам. (G3).
- Сплав меди, цинка и алюминия. Этот материал отличается хорошей износостойкостью при высоких антифрикционных свойствах. Такая направляющая втулка клапана подходит для использования в двигателях, к которым предъявляются нормальные и средние требования. (B1).
- Металлокерамический материал разработан для всех видов двигателей, к которым предъявляются высокие требования. Для двигателей с увеличенной производительностью и газовых двигателей. (SM).
Уважаемый посетитель! Мы физически не можем отвечать на каждый комментарий..
Для того, чтобы Вы могли самостоятельно (или с помощью ближайшего автосервиса) устранить неисправности дизеля, мы разработали ОнлайнДиагностику. Это интерактивное руководство, которое содержит все известные причины неисправностей дизельных двигателей и указывает пути достижения правильной работы конкретного двигателя.
Приглашаем вас воспользоваться ОнлайнДиагностикой прямо сейчас!
Читайте также: