Клапаны служат для периодического открывания и закрывания отверстий впускных и выпускных каналов в зависимости от положения поршня в цилиндре и порядка работы двигателя. Состоит клапан из тарельчатой плоской головки и стержня. Головка имеет узкую рабочую кромку – фаску, скошенную под углом 30 или 45 градусов. Диаметр головки впускного клапана больше, чем выпускного. Это дает возможность быстро заполнять камеры сгорания цилиндра зарядом горючей смеси. Впускные клапаны изготовляют из хромистой стали, а выпускные клапаны или их головки – из жаростойкой стали.
Седла клапанов запрессованы в головку или блок цилиндров и изготовляются из жаропрочного чугуна. На фаску головки клапанов иногда наплавляют жаростойкий сплав. Для того чтобы фаска головки клапана плотно прилегала к фаске седла клапана, сопрягаемые поверхности притирают.
Для предотвращения заедания и обгорания выпускные клапаны могут иметь механизм их принудительного проворачивания при работе. К седлу клапан прижимается одной или двумя клапанными пружинами. Стержень клапана имеет цилиндрическую форму и в верхней части имеет выточку для фиксации деталей крепления клапанной пружины. Стержни клапанов перемещаются по металлокерамическим или чугунным направляющим втулкам, которые запрессовывают в головку цилиндров. Чтобы масло не попадало в камеру сгорания цилиндра, по зазору между стержнем клапана и его направляющей втулкой ставят уплотнение из маслобезностойкой резины в виде сальника или колпачка.
Система смазывания
Система смазывания двигателя должна обеспечивать бесперебойную подачу масла к трущимся поверхностям с целью снижения потерь мощности на трение, уменьшения износа деталей, защиты их от коррозии, отвода тепла и продукта износа от трущихся деталей. От исправного состояния системы смазывания в значительной степени зависит надежность работы двигателя. В зависимости от условий и режима работы того или иного механизма применяют различные сорта и виды смазок. Применяемые для смазки двигателей масла должны обладать определенной вязкостью, не должны содержать механических примесей, воды, кислот и щелочей. Для автомобильных двигателей применяют комбинированную систему смазывания. В зависимости от размещения и условий работы деталей масло подается или под давлением, или разбрызгиванием, или самотеком. К деталям, испытывающим большую нагрузку, масло подается под давлением, к остальным деталям – разбрызгиванием или самотеком.
В систему смазывания входят следующие приборы и агрегаты для хранения, подвода, очистки и охлаждения масла: поддон картера двигателя, маслозаборник, масляный фильтр грубой очистки, масляный фильтр тонкой очистки, масляный насос, маслопровод, масляный радиатор, контрольно-измерительные приборы и датчики.
Так, например, система смазывания дизельного двигателя КамАЗ-740 происходит следующим образом. Масло из поддона через маслоприемник с сетчатым фильтром поступает в секции масляного насоса.
Из нагнетающей секции масло через канал подается в полнопроточный фильтр, а оттуда в главную масляную магистраль. Далее по каналам в блоке и головках цилиндров масло под давлением подается к деталям КШМ и ГРМ, топливному насосу высокого давления (ТНВД) и компрессору. К шатунным подшипникам масло подается по каналу коленчатого вала от ближайшей к ним коренной шейки. Опоры штанг и толкателей газораспределительного механизма омываются пульсирующей струей, а остальные детали смазываются разбрызгиванием масла или самотеком.
Снимаемое со стенок цилиндра маслосъемными кольцами масло отводится через сверления в поршневых канавках в глубь поршня и смазывает опоры поршневого пальца в верхней головке шатуна и бобышках поршня. Из главной смазочной магистрали масло под давлением подается к термосиловому датчику, а при открытом кране включения гидромуфты подается в саму гидромуфту. Из радиаторной секции масляного насоса масло подается к фильтру тонкой очистки и через открытый кран включения масляного радиатора – в сам радиатор. Из радиатора масло подается в поддон картера двигателя. Если кран включения масляного радиатора закрыт, то из центрифуги (фильтр центробежной очистки) масло поступает в поддон через сливной клапан.
Система смазки двигателя легкового автомобиля работает так. Масляный насос всасывает моторное масло через масляное сито из картера и прогоняет его через главный масляный фильтр. Редукционный клапан регулирует давление следующим образом: при слишком высоком давлении клапан открывается, и часть масла стекает обратно в поддон картера. На выходе из фильтра масло попадает в главный масляный канал, где находится переключатель давления, или датчик давления, который через контрольную лампочку давления масла или через показания на приборной доске информирует о том, нормальное ли давление масла (в других двигателях датчик может располагаться на отдельном канале). При забитом масляном фильтре вентиль короткого замыкания отводит неотфильтрованное масло в главный масляный канал.
От главного канала ответвляются каналы для смазки подшипников коленчатого вала. От коренных подшипников через внутренние каналы коленчатого вала масло смазывает шатунные подшипники. Одновременно масло поступает к головке цилиндров и смазывает там опоры и кулачки распределительного вала.
Масляные фильтры служат для очистки масла от металлических частиц, которые образуются в результате износа деталей двигателя, продуктов нагара и коксования масла. Фильтры устанавливают в различных сочетаниях в зависимости от модели двигателя в конструкции системы смазывания. Сетчатый фильтр маслоприемника предварительно фильтрует масло от механических примесей перед его поступлением в насос. После выхода из насоса масло частично или полностью очищается в фильтрах грубой, тонкой или центробежной очистки.
Фильтр тонкой очистки имеет сменный фильтрующий элемент, заполненный фильтрующей массой. Фильтр центробежной очистки масла представляет собой центрифугу. Этот фильтр задерживает в первую очередь тяжелые примеси. Его работу можно проверить прослушиванием вращения ротора в течение короткого времени после остановки двигателя. Полнопоточный масляный фильтр имеет два сменных фильтрующих элемента, заполненных древесной мукой на пульвербакелитовой связке.
Для охлаждения масла и предотвращения его разжижения в результате нагрева от соприкосновения с горячими деталями двигателя служит масляный радиатор. Состоит он из двух бачков, между которыми горизонтально размещены трубки, которые для увеличения площади охлаждения и жесткости скреплены металлическими пластинами.
Как правило, масляными радиаторами снабжаются грузовые автомобили ввиду тяжелых условий работы их двигателей. Для легковых автомобилей достаточное охлаждение масла обеспечивает вентиляция картера и обдув поддона картера встречным потоком воздуха. Вентиляция картера служит для охлаждения масла и освобождения картера от паров топлива, воды и отработанных газов, которые разжижают и загрязняют масло. В некоторых моделях двигателей применяют открытую вентиляцию картера, при которой нижний конец отсасывающей трубки имеет косой срез, направленный назад по ходу автомобиля. При движении у среза создается разряжение, в результате которого газы отсасываются из картера. Разряжение из картера через трубку передается под крышку газораспределительного механизма, и туда же из вакуумного фильтра подается воздух.
Из-за токсичности картерных газов в современных карбюраторных двигателях применяют принудительную систему вентиляции. Маслоналивные патрубки имеют воздушные фильтры и расположены сверху или сбоку двигателя и соединены с поддоном картера непосредственно через маслоналивную трубу. Контроль уровня масла в системе осуществляется при помощи масломерного щупа.
Система охлаждения
Система охлаждения двигателя служит для обеспечения оптимального теплового режима двигателя. Экономичность и надежность двигателя в значительной степени зависят от нормальной работы системы охлаждения. При перегреве двигателя уменьшается его мощность, увеличивается расход топлива, происходит выгорание смазки, что приводит к износу трущихся поверхностей деталей, происходит задир и выплавление вкладышей подшипников, разрушение поверхности шеек коленчатого вала, заклинивание поршня и другие неполадки.
Переохлаждение двигателя также ведет к неисправностям: увеличиваются потери мощности двигателя на преодоление возросшего трения из-за более густой смазки; рабочая смесь, конденсируясь, смывает пленку масла со стенок цилиндров и увеличивает износ деталей поршневой группы; увеличивается коррозионный износ зеркала цилиндров в результате образования серных и сернистых соединений и др.
