Динамическое уплотнение (часть 2). Уплотнения стержня клапана

Динамическое уплотнение

ЧАСТЬ 2: Уплотнения стержня клапана

    Уплотнения стержня клапана или маслосъемные колпачки относятся к динамическим уплотнениям. Ведь клапан находится в движении и уплотнение – либо движется вместе с ним, либо остается прикрепленным к направляющей втулке, и клапан перемещается относительно него. Такие уплотнения не предотвращают утечку масла. Они нужны для того, чтобы ограничивать количество масла, попадающего в направляющую втулку клапана. Такая, контролируемая, утечка обеспечивает смазку и стержня клапана, и самой направляющей. Масло снижает трение и отводит тепло, что уменьшает износ сопряжённых деталей.

 1_17

Рис. 1 Ранние уплотнения были «зонтичного» типа. Отсюда понятно, почему их стали называть маслосъемными колпачками.

 

2_11

Рис. 2 «Зонтик», одеваемый на стержень клапана.

 

    Ранние уплотнения стержня клапана представляли собой «зонтик», отражающий масло (Рис. 1 и 2). Он прикрывал направляющую втулку от чрезмерного количества масла. Подобные уплотнения крепились к стержню клапана и перемещались вместе с ним, относительно направляющей. Такая конструкция не очень подходит для современных двигателей, выполненных по схеме OHC (с распредвалами в головке блока цилиндров), где поток масла намного больше, чем в двигателях OHV (с нижним, в блоке цилиндров) расположением распредвала).

    Если в направляющую втулку масло попадает с избытком, то дальше оно стекает в камеру сгорания и, в итоге, сгорает. И наоборот, если в направляющую поступает недостаточно масла, смазки не хватает, соответственно растет температура деталей, что приводит к их расширению и, неизбежно, уменьшению зазоров и усилению трения. Дальше – повышенный износ, задиры и, в предельном случае, заклинивание клапана в направляющей.

 

Современные конструкции

    Современные уплотнения стержня клапана крепятся на направляющей втулке – такой тип, в англоязычной терминологии, называют «позитивным». Их конструкции бывают самыми разными – с одной кромкой и с пружинным кольцом (Рис. 3), или с несколькими кромками и манжетой. Пружинное кольцо обеспечивает правильную величину радиального давления, от которого зависит количество пропускаемого через уплотнение масла – для смазывания и рассеивания тепла.

  6_65_9

Рис. 3. Маслосъемный колпачок с одной рабочей кромкой и пружинным кольцом.

 

    Нижняя часть манжеты обеспечивает фиксацию уплотнения на направляющей втулке клапана при монтаже и во время работы.

    Подобная конструкция, но с несколькими рабочими кромками (Рис. 4 и 5), хорошо компенсирует износ или плохую центровку. Когда клапан может перемещаться относительно отверстия в направляющей втулке, из-за большого зазора, цилиндр, сформированный несколькими кромками, стабилизирует его эффективнее, чем единственная кромка.

3_9

Рис. 4. Маслосъемный колпачок, в котором уплотнение имеет несколько рабочих кромок.

 

4_10

Рис. 5. Внешний вид маслосъемного колпачка, с несколькими рабочими кромками.

 

    На некоторых маслосъемных колпачках снизу есть фланец. Такую конструкцию иногда называют «Top Hat» за сходство со шляпой. Фланец, т. е. «поля» этой «шляпы», служит опорой нижней части клапанной пружины и предохраняет алюминий головки блока от деформации, при контакте со стальной пружиной. Клапанная пружина также надежно прижимает колпачок к посадочному месту и к направляющей втулке. Особенно это важно для тяжелых дизелей, которые работают с высокими нагрузками. Само уплотнение в такой конструкции подобно описанным выше.

    Некоторые маслосъемные колпачки имеют внутри резиновую вставку или формованные «язычки» - для надежного центрирования уплотнения на направляющей втулке. В этой конструкции глубина посадочного места на направляющей втулке имеет решающее значение для правильного положения колпачка. Если «ступенька» на направляющей втулке выступает слишком сильно, то уплотнение не сядет правильно и его «резиновая» часть будет деформирована, что спровоцирует чрезмерную утечку масла.

 

 Материал уплотнения

    Типичные материалы для маслосъемных колпачков – нитрил, полиакрилат, силикон и «Витон» (Viton – один из эластомеров на основе фторуглеродов, разработан компанией DuPont). У каждого материала есть свои преимущества. Они рассчитаны на определенные температурные диапазоны и устойчивы к различным химическим веществам и физическим воздействиям. Ранние маслосъемные колпачки-«зонтики» обычно делали из нитрила, который хорошо работает в диапазоне от -40 до +120 °C, но плохо выдерживает воздействие озона, которое со временем приводил к растрескиванию материала. Полиакрилат имеет более широкий диапазон температур, чем нитрил, (-32…+150 °C) и хорошую озоностойкость, но менее прочен на разрыв, чем нитрил или «Витон». Силикон еще лучше «держит» температуру (-51…+204 °C), но обладает низкой стойкостью к истиранию и непрочен на разрыв, поэтому легко повреждается при установке или быстро изнашивается при попадании абразива. «Витон» обладает лучшим сочетанием свойств – устойчив к воздействию масла и озона, обладает высокой прочностью в сочетании с достаточно широким диапазоном рабочих температур – от -32 до +204 °C. Но за все приходится платить и «Витон», с его превосходными свойствами, самый дорогой из перечисленных материалов, а нитрил – самый доступный. В связи с тенденцией на увеличение гарантийных сроков и повышением надежности в современных двигателях обычно используются наиболее дорогие материалы, такие как «Витон».

 

Установка маслосъемного колпачка

    Производители запчастей, вместе со своими комплектами колпачков, также предлагают монтажную втулку (см. Рис. 6). Она представляет собой тонкую пластиковую трубку, один из торцов которой сведен «на конус». Открытым концом втулка надевается на стержень клапана так, чтобы закрыть канавки под клапанные сухари. И затем на эту втулку уже надевается колпачок. Втулка защищает рабочие кромки колпачка от повреждений, которые могут возникнуть при движении по канавкам на стержне клапана. Втулки могут быть разных размеров – в зависимости от диаметра стержня клапана.

 8_57_5

Рисунок 6. Втулка для установки маслосъемного колпачка.

 

Утечка из маслосъемного колпачка

    Как упоминалось выше, маслосъемные колпачки обеспечивают «дозирование» масла в нужной пропорции, чтобы защитить стержень клапана от трения и охладить его. Недостаток масла приводит к преждевременному износу и перегреву. А если масла просачивается слишком много, то оно расходуется без пользы. Одной из причин пропускания излишков масла может стать повреждение уплотняющих кромок колпачка при установке. Другая проблема – неточная центровка колпачка. Если внутренний диаметр уплотнения не концентричен направляющей втулке, то несовпадение осей может приводить к смещению колпачка вбок, что приведет к появлению щели между рабочей кромкой уплотнения и стрежнем клапана. Иногда к проблемам может привести использование ремонтных клапанов, со стержнями большего диаметра, в сочетании с колпачками для стандартных клапанов. Не всякие колпачки могут работать в таких условиях. Совместимость обязательно надо проверять по данным производителя или по каталогам запчастей.

 

Испытания маслосъемных колпачков.

    Производители запчастей используют специальное оборудование для проверки скорости утечки через эти уплотнения в динамике. Испытательные стенды моделируют диапазоны оборотов, рабочие температуры и разрежение, которые соответствуют параметрам в реальной эксплуатации автомобильных двигателей. По итогам испытаний масло, прошедшее через уплотнения, собирается в мерном стакане. Если его объем оказывается соответствующим эталонным показателям (то есть оригинальному продукту), новые колпачки получают одобрение для серийного выпуска.

 9_4

 

Симптомы износа маслосъемных колпачков

    Наиболее распространенный симптом изношенных или поврежденных уплотнений клапанов – наличие дыма при холодном пуске. Когда двигатель долго не работает, масло, стекающее через колпачки, попадает в камеру сгорания. При пуске избыточное масло сгорает, на что указывает характерный бело-сизый дым на выхлопе.

    Это дымление может исчезнуть после прогрева двигателя, поскольку при работе ДВС в камеру сгорания попадает не так много масла, как за время простоя. Масло все равно сгорает, но в каждом цикле его так мало, что дым почти незаметен. Но со временем, из-за накопления таких потерь при ежедневной езде, повышенный расход масла становится заметен. Другим признаком могут быть загрязненные свечи зажигания или, даже, неработающий цилиндр – если избыток масла настолько загрязнит свечу, что она перестанет «искрить».

 

Ford предлагает следующий способ выявить поврежденные уплотнения в современных двигателях:

  1. Заглушите все отверстия в блоке и головке, за исключением одного, используемого для подключения прибора для проверки утечек.
  2. Подсоедините наконечник прибора к отверстию (трубке масляного щупа) и отрегулируйте давление сжатого воздуха до величины 34 кПа.
  3. Выверните свечи зажигания и медленно вращайте коленвал. Удостоверьтесь в том, что при открытии каждого впускного и выпускного клапана проходит заметное количество воздуха.
  4. Для проверки протечек масла используйте мыльный раствор. Нанесите раствор по уплотнительным поверхностям прокладок и сальникам. Смотрите на образование пузырьков или пены.

Предупреждение: не превышайте давление 34 кПа или есть риск повреждения уплотнений и прокладок.

Примечание: свечи зажигания на негерметичных цилиндрах скорее всего будут иметь отложения масляного нагара.

(Справочная информация: в документе AERA TB2038)

    Маслосъемные колпачки, на протяжении многих десятилетий, прошли долгий путь в поисках оптимальной конструкции. Производители продолжают экспериментировать с новыми материалами и конструкциями, чтобы соответствовать требованиям перспективных двигателей. Результаты этих работ мы увидим на следующем поколении уплотнений.

 

 file_19

Брайан Робертс

    Технический специалист AERA Брайан Робертс имеет более чем 20-летний опыт работы на рынке запчастей для обслуживания и ремонта, работал в Federal-Mogul (Fel-Pro), Modern Silicone Technologies и Dana Corporation в качестве инженера и менеджера по продуктам. Обладает обширными знаниями в области разработки, производства и продажи прокладок; в частности, герметизации двигателя и решение проблем в этой области.

 

Дата:
21.12.2022
Автор: Брайан Робертс
Источник: AERA
Комментарии
Здесь еще никто не оставлял комментариев. Вы можете быть первым