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 21082110 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 40×34.
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.
В предыдущей части мы подготовили ГБЦ нашего "Рыжика" к мех.обработке.
Но сперва нужно кое-что прояснить. Дело в том, что у нас нет шаровых фрез для расточки каналов. Также нет инструментов для качественной прирезки сёдел. Нет даже развёртки для направляющих.
Ради разового ремонта покупать эти дорогие инструменты не было смысла, поэтому для выполнения этих работ пришлось прибегнуть к помощи мастеров.
С расточкой каналов нам помог Юрий "Интервент". Расточил впуск на 33 мм, выпуск на 30 мм (седло 28 мм):
Также он расточил впускной коллектор с прокладкой и подогнал их под каналы ГБЦ. Впрочем, об этом мы ещё расскажем отдельно.
Прежде чем отдать ГБЦ на последующую шлифовку и прирезку, нужно вначале решить вопрос с направляющими втулками клапанов (2101-1007033). Ведь для прирезки сёдел нужны уже запрессованные направляющие, и чтобы не возить ГБЦ дважды, лучше сразу о них побеспокоиться.
Чтобы выбрать втулки, давайте вначале определимся с их материалом:
1) Чугун — готовые стоковые направляющие от 2101 или вариант с 2108 — производства SM, AMP, АвтоВАЗ.
2) Латунь — готовые направляющие производства АвтоВАЗ
3) Металлокерамика — взять готовые втулки от ЗМЗ или иномарок и переточить под вазовскую;
4) Бронза — купить готовые "кооперативные" втулки (amag и т.п.) или выточить на заказ из своей бронзы.
Нетрудно догадаться, что варианты с бронзой и металлокерамикой — самые интересные. Причём, бронза не уступает металлокерамике. Вот цитата из статьи Александра Хрулёва, автора известной книги «Ремонт двигателей зарубежных автомобилей»:
"…изготовленные из бронзы направляющие можно без каких-либо негативных последствий устанавливать взамен металлокерамических, которые широко применяются на двигателях американского и японского производства. По крайней мере, после пробега в 80—100 тыс. км никаких проблем с отремонтированными таким образом моторами не отмечалось."
Решено — ставим бронзовые направляющие! Где же их взять?
Покупка готовых втулок — дело опасное. Нет гарантии, что производитель не использовал более дешёвый материал (особенно это касается втулок из дорогих бронз).
Да и при изготовлении своих втулок всегда можно чётко соблюсти размер под конкретную ГБЦ и конкретные клапана. Да и форму можно им придать получше.
Поэтому мы выбрали наиболее безопасный вариант — сами купили бронзу и отдали её проверенному токарю.
Какую бронзу выбрать? Давайте прикинем по имеющейся оценочной информации:
1) БрОС, БрОЦС — оловянные бронзы. Дешёвые и мягкие. Использовать можно, но не очень желательно. Разве что БрОЦС5-5-5 можно поставить на впуск.
2) БрАЖ-9-4 — алюминиевая бронза. Распространённый рабочий вариант. Средняя цена, приемлемые свойства.
3) БрБ2 — бериллиевая бронза. Пожалуй, самый лучший вариант, но и самый дорогой. У нас не спорт-мотор, поэтому Брб2 для нас всё же чересчур.
4) БрКМЦ3-1 — кремнисто-марганцевая бронза. Некоторые считают её лучшей альтернативой бериллиевой бронзе.
Мы остановили свой выбор на БрКМЦ3-1. По этому поводу опять цитируем Хрулёва:
"…Помимо БрБ2 для направляющих втулок можно использовать существенно более дешевую и доступную бронзу БрКМЦ. Это также проверенный и хорошо зарекомендовавший себя вариант. Кстати, этот сплав был специально разработан у нас в отечестве именно для подобных целей. Обе эти бронзы можно применять для втулок и впускных, и выпускных клапанов, которые, как известно, работают в разных температурных режимах и условиях смазки. Явных ограничений по ресурсу изготовленных из них деталей не наблюдалось."
Теперь осталось найти в продаже круглый прут из нужного вида бронзы. Диаметр взяли 20 мм, что позволяет выточить направляющие сразу со стопорными кольцами. Длина прута — 495 мм (т.е. полметра).
Купили мы вот такой бронзовый пруток:
Направляющие втулки клапанов, какие они должны быть, зазоры их установки и другое.
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.
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 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.
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. 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.