Časovanie ventilov a hlavy valcov (VAZ-2109)

Mechanizmus časovania ventilov umožňuje vstup čerstvých častí horľavej zmesi do valcov a uvoľňuje z nich splodiny horenia – výfukové plyny. Tieto procesy musia prebiehať v súlade s poradím spustenia valcov a časovaním ventilov prijatým pre daný motor.

Mechanizmus rozvodu ventilov obsahuje: remeňový pohon vačkového hriadeľa, vačkový hriadeľ 5 (kresba 19), výfukový a sací ventil 2, ventilové pružiny s upevňovacími časťami a zdvihátka 3 s nastavovacími podložkami 6. Vačka vačkového hriadeľa pôsobí na ventil cez zdvihátko 3. Táto konštrukcia mechanizmu, ktorá zabezpečuje tuhú a spoľahlivú časť kinematickej spojky a vďaka zníženej úrovni vibrácií medzi ventilom.





Pracovný cyklus motora valca sa vyskytuje počas dvoch otáčok kľukového hriadeľa, t. j. počas štyroch po sebe nasledujúcich mŕtvicu (mŕtvica) piestu: príjem palivové zmesi do valca; kompresia; pracovný zdvih, pri ktorom dochádza k horeniu a expanzii zmesi; uvoľňovanie výfukových plynov. Procesy nasávania horľavej zmesi a výfuku výfukových plynov (časovanie ventilov) sú zabezpečené včasným otváraním a zatváraním príslušných ventilov (kresba 20).



Sací ventil sa začína otvárať ešte pred začiatkom sacieho zdvihu, t.j. predtým, ako sa piest priblíži k TDC vo vzdialenosti zodpovedajúcej 33° rotácie kľukového hriadeľa. Je to potrebné, aby bol ventil úplne otvorený v čase, keď sa piest pohybuje nadol. Potom cez vstup vstúpi viac čerstvej horľavej zmesi.

Sací ventil sa zatvára s oneskorením, t. j. potom, čo piest prejde BDC vo vzdialenosti zodpovedajúcej 79° rotácie kľukového hriadeľa. V dôsledku zotrvačného tlaku prúdu horľavá zmes naďalej prúdi do valca, keď sa piest už začal pohybovať nahor.

Výfukový ventil sa začína otvárať ešte pred úplným koncom pracovného zdvihu, teda pred priblížením sa k BDC, vo vzdialenosti zodpovedajúcej 47° natočenia kľukového hriadeľa. V tomto bode je tlak vo valci stále dosť vysoký a plyny začínajú intenzívne vystupovať z valca, čo spôsobuje rýchly pokles ich tlaku a teploty. To výrazne zlepšuje čistenie valca od výfukových plynov a chráni motor pred prehriatím. Uvoľnenie je dokončené po prejdení piestu TDC, t.j. po otočení kľukového hriadeľa o ďalších 17°.


Z diagramu časovania ventilov je zrejmé, že existuje obdobie (počas otáčania kľukového hriadeľa o 50°), kedy sú oba ventily, sací aj výfukový, otvorené súčasne. Kvôli krátkemu časovému úseku nedochádza pri prekrytí ventilov k vnikaniu výfukových plynov do sacieho potrubia; naopak, zotrvačnosť vystupujúceho prúdu výfukových plynov spôsobuje nasávanie horľavej zmesi do valca a tým zlepšuje jeho plnenie.

Hlava valca

Komponenty časovania ventilov sú namontované na hlave valcov. Hlavné rozmery hlavy valcov a častí mechanizmu časovania ventilov sú znázornené na kresba 21.



Hlava, spoločná pre všetky štyri valce, je odliata z hliníkovej zliatiny. Je vystavený vysokým teplotám a tlaku plynu. Preto má pevnú spodnú nosnú časť, ktorá je intenzívne chladená kvapalinou. Hrúbka stien je čo najrovnomernejšia, aby sa znížilo vnútorné napätie z tepelnej rozťažnosti.

Hlava valcov obsahuje klinové spaľovacie komory so vstupnými a výstupnými kanálmi, ktoré sú vedené na pravú stranu a sú cez tesnenia spojené s príslušnými potrubiami. Každá spaľovacia komora má závitové otvory pre zapaľovacie sviečky, ktoré vychádzajú na ľavej strane hlavy valcov. Na ľavej strane sú dva kanály na vypúšťanie oleja do olejovej vane.

Voľný priestor vo vnútri hlavy valcov tvorí chladiaci plášť, ktorý má vzadu vývod do výfukového potrubia. Na tejto strane je naskrutkovaný aj snímač teploty chladiacej kvapaliny. Cez otvory na spodnej strane je chladiaci plášť hlavy valcov prepojený s chladiacim plášťom bloku valcov. Na pravej strane cez dva otvory prechádza chladiaca kvapalina do plášťa sacieho potrubia, aby ohrievala horľavú zmes.

V pravej hornej časti pozdĺž celej hlavy valca je vyvŕtaný kanál pre olejové vedenie, z ktorého je olej privádzaný na podpery vačkového hriadeľa cez šikmé kanály a cez horizontálny kanál na pravú stranu k snímaču kontrolky tlaku oleja.

Hlava je pripevnená k bloku valcov pomocou desiatich skrutiek. Pre rovnomerné a pevné uloženie je potrebné skrutky dotiahnuť na studenom motore v určitom poradí (kresba 22) a v štyroch krokoch: 1. - skrutky predbežne utiahnite momentom 2 kgf·m; 2. - dotiahnite skrutky momentom 7,1... 8,7 kgf·m, 3. - otočte skrutky o 90°; 4. - opäť utiahnite všetky skrutky o 90. Keďže skrutky sú dotiahnuté na medzu klzu, sú vytiahnuté. Preto je možné skrutky opätovne použiť iba vtedy, ak boli natiahnuté na dĺžku nie väčšiu ako 135,5 mm (okrem hlavy skrutky). Dve centrovacie puzdrá okolo skrutiek 8 a 9 (pozri kresba 22) zabezpečujú presné vzájomné usporiadanie hlavy a bloku valcov.



V hornej časti hlavy valcov je päť podpier pre čapy vačkového hriadeľa. Podpery sú odnímateľné. Horná polovica je umiestnená v ložiskových puzdrách (vpredu a vzadu), a ten spodny je v hlave valcov. Otvory v ložiskách sú opracované spolu s ložiskovými telesami, takže nie sú zameniteľné a hlavu valcov je možné vymeniť len spolu s ložiskovými telesami.

Mechanizmus pohonu ventilov, namontovaný na hlave valcov, je pokrytý hliníkovým odlievaným krytom. Po celom obvode spodnej plochy veka je drážka, do ktorej je vložené tesniace gumové tesnenie. Montážne kolíky sú tiež izolované od krytu gumovými priechodkami. Týmto spôsobom kryt neprichádza do priameho kontaktu s hlavou valcov. Preto sa vibrácie z hlavy valcov neprenášajú na kryt a znižuje sa hluk z mechanizmu časovania ventilov.

Rovnaké hlavy valcov sú inštalované na motoroch 21081 a 2108. Majú však rozdiel v mieste inštalácie napínacieho valčeka. Na motoroch 2108 sa čap zaskrutkuje do spodného otvoru 1 (kresba 23) a na motoroch 21081 do horného otvoru 2.



Hlava valcov motora 21083 sa od hlavy 2108 líši tým, že má väčšie priemery sacích ventilov - 37 mm namiesto 35 mm. V súlade s tým sa zväčšili priemery sediel sacích ventilov a priemery sacích kanálov hlavy valcov. Číslo hlavy valcov je odliate na jeho ľavej strane, čo je predná strana kvôli priečnemu usporiadaniu motora automobilu.

Tesnenie hlavy valcov

Tesnenie hlavy valcov je navrhnuté tak, aby zabezpečilo tesné utesnenie medzi blokom a hlavou valcov. Má oceľový rám obložený azbestom z oboch strán. Rám zabraňuje šíreniu azbestu. Okraje vývrtov valcov sú olemované pohliníkovanou oceľou, vývrt pre priechod oleja do vačkového hriadeľa je olemovaný medenou páskou a vývrty na vypúšťanie oleja do kľukovej skrine sú opatrené dodatočným tesniacim povlakom v podobe valčeka z prírodného kaučuku šírky 2 mm a výšky 0,035 mm.

Pri montáži motora vždy nainštalujte nové tesnenie. Použitie použitého tesnenia nie je povolené, pretože neposkytuje tesnenie. Pri inštalácii tesnenia by ste mali venovať pozornosť otvoru pre priechod oleja (medený pásik) bola umiestnená v oblasti upevňovacej skrutky hlavy 5. valca (číslo skrutky pozri kresba 22).

Motory 2108 a 21081 používajú rovnaké tesnenia, zatiaľ čo 21083 používa iné, s väčšími otvormi pre valce. Dajú sa ľahko rozlíšiť podľa vzhľadu. Pre tesnenie 21083 je teda mostík medzi otvormi pre valce iba 5 mm a samotné otvory majú kruhový tvar. Tesnenie 2108 má zložitú konfiguráciu otvorov pre valce a prepojka medzi nimi je 7,9 mm.

Sedlá ventilov sú vyrobené zo špeciálnej liatiny, aby poskytovali vysokú pevnosť pri nárazovom zaťažení. Sedlá sacích ventilov sú zalisované do hlavy valcov s presahom 0,081...0,121 mm a sedlá výfukových ventilov - 0,071...0,111 mm.

Toto napätie je potrebné na zaistenie bezpečného držania sediel v hlave valcov pri vysokej teplote a nárazovom zaťažení. Na uľahčenie montáže sedadiel sa pred lisovaním buď ochladia v tekutom dusíku na -175°C, alebo sa hlava valcov zahreje na 80°C. Pracovné skosenia sediel ventilov (kresba 24) sú po zalisovaní spolu s hlavou valcov opracované, aby sa zabezpečilo presné vyrovnanie skosení a otvorov vodiacich puzdier.

Vodiace púzdra ventilov

Vodiace puzdrá ventilov sú vyrobené z liatiny a zalisované do hlavy valcov s presahom 0,063...0,108 mm. Na ich vonkajšom povrchu je drážka, do ktorej je vložený oceľový poistný krúžok. Zabezpečuje presnosť polohy puzdier pri lisovaní a zabraňuje ich vypadnutiu.

Otvory v puzdrách sú spracované po ich zalisovaní do hlavy valcov. To zaisťuje tesnú toleranciu priemeru otvoru a presnosť jeho umiestnenia vo vzťahu k pracovným skoseniam sedla ventilu. Otvory vo vodiacich puzdrách sú opatrené špirálovými drážkami na mazanie. Puzdrá vstupného ventilu majú drážky vyrezané do polovice dĺžky otvoru a puzdrá výstupného ventilu majú drážky vyrezané po celej dĺžke otvoru.

Na vrchu vodiacich puzdier sú umiestnené čiapočky zo žiaruvzdornej a olejom odolnej gumy s oceľovým výstužným krúžkom, ktoré prekrývajú driek ventilu a slúžia na obmedzenie prenikania oleja do spaľovacej komory cez medzery medzi vodiacim puzdrom a driekom ventilu.

Ventily

Vstupný ventil je vyrobený z chrómniklovo-molybdénovej ocele. Pre lepšie plnenie valca má jeho tanier o niečo väčší priemer ako tanier výfukového ventilu.

Výfukový ventil pracuje pri vysokých teplotách v agresívnom prostredí výfukových plynov. Preto je zváraný z dvoch častí. Driek ventilu je vyrobený z chrómniklovo-molybdénovej ocele, ktorá má vysokú odolnosť proti opotrebeniu a tepelnú vodivosť pre efektívny odvod tepla z dosky ventilu do jeho vodiaceho puzdra. Na ventilovú dosku je použitá žiaruvzdorná chrómniklovo-mangánová oceľ. Okrem toho, aby sa znížilo opotrebovanie pracovného skosenia ventilu, je naň natavená špeciálna zliatina odolná voči teplu.

Na zvýšenie odolnosti tyčí proti opotrebeniu sú oba ventily nitridované a horná časť tyče je vytvrdená vysokofrekvenčnými prúdmi.

Pružiny tlačia ventil na sedlo a zabraňujú jeho vypadnutiu z posúvača. Aby sa predišlo rezonančným vibráciám, sú nainštalované dve pružiny - vonkajšia a vnútorná (pozri kresba 19) s navíjaním v jednom smere. Spodné konce pružiny spočívajú na podpornej podložke. Hornú opornú dosku pružiny držia na drieku ventilu dva krekry, ktoré po zložení majú tvar zrezaného kužeľa.

Tlačidlá 3 (pozri kresba 19) ventily prenášajú silu z vačky vačkového hriadeľa na ventil. Sú oceľové valcové. Povrch v kontakte s ventilom je nitrokarbonizovaný do hĺbky 0,2 mm pre zvýšenie odolnosti proti opotrebeniu. V hornej časti posúvačov je zásuvka pre nastavovaciu podložku.

Nastavenie podložiek b (pozri kresba 19) — plochá oceľ nitrokarbonizovaná do hĺbky 0,6 mm. Voľbou ich hrúbky sa nastavuje medzera A medzi vačkou a podložkou. Náhradné diely sú dodávané s podložkami s hrúbkou 3 až 4,5 mm v intervaloch 0,05 mm. Hrúbka podložky (čísla) je vyznačená elektrochemicky na jej spodnej ploche.

Vačkový hriadeľ je tyč s vačkami a ložiskovými čapmi. Tvar a usporiadanie vačiek zabezpečuje otváranie a zatváranie ventilov v súlade s poradím činnosti valca (1-3-4-2) a časovaním ventilov (pozri kresba 20).

Vačkový hriadeľ je liatinový päťložiskový. Na jeho zadnej strane je excentr na pohon palivového čerpadla a na koncovke je drážka na pripojenie k spojke snímača rozdeľovača zapaľovania. Pracovné plochy vačiek, excentra a povrch pod olejovým tesnením sú bielené, aby sa zvýšila odolnosť proti opotrebovaniu. Tento proces zahŕňa tavenie povrchov elektrickým oblúkom, výsledkom čoho je vytvorenie vrstvy takzvanej "bielej" liatiny, ktorá má vysokú tvrdosť.

Aby sa zabránilo axiálnemu pohybu vačkového hriadeľa, je na jeho zadnom konci umiestnená príruba, ktorá je upevnená medzi hlavou valcov (s ložiskovým puzdrom) a kryt pomocných jednotiek. Predný koniec vačkového hriadeľa je utesnený samohybným gumovým tesnením.

Ložiskové puzdrá

Puzdrá ložísk vačkového hriadeľa. Ložiskové čapy vačkového hriadeľa sa otáčajú v otvoroch, ktoré sú z polovice vytvorené v hlave valcov a z polovice v ložiskových skriniach (vpredu a vzadu). Ložiskové puzdrá sú hliníkové liate. Prvá a druhá podpera sú umiestnené v prednej časti tela a tretia, štvrtá a piata podpera sú umiestnené v zadnej časti tela. Medzera medzi ložiskovými otvormi a čapmi vačkového hriadeľa je v rozmedzí 0,069...0,11 mm. Maximálna povolená medzera (opotrebenie) je 0,2 mm.

Každé ložiskové puzdro je vystredené vzhľadom na hlavu valca pomocou dvoch montážnych puzdier, ktoré zapadajú do montážnych čapov. Na zamedzenie úniku oleja spod ložiskových puzdier sa používa tekutý samotvrdnúci tmel ako SUPER THREE BOND č.50 alebo podobný tmel domácej výroby KLT-75T. Vyrába sa v rúrkach a nanáša sa turniketom na povrch hlavy valcov v oblasti vonkajších podpier vačkového hriadeľa pri montáži motora.

Aby sa predišlo zlomeniu alebo deformácii ložiskových puzdier, vačkový hriadeľ by mal byť umiestnený v podperách vačkami prvého valca smerom nahor a upevňovacie matice by mali byť utiahnuté v určitom poradí (kresba 25) a v dvoch krokoch. Najprv vopred utiahnite matice, kým povrchy ložiskového telesa nebudú v jednej rovine s hlavou valcov. V tomto prípade by mali montážne puzdrá puzdier voľne zasahovať do ich zásuviek. Potom nakoniec utiahnite upevňovacie matice na krútiaci moment 2,2 kgf·m v rovnakom poradí.

Pohon vačkového hriadeľa

Pohon vačkového hriadeľa pozostáva z ozubenej hnacej remenice 1 (kresba 26) na kľukovom hriadeli, hnanej ozubenej remenice 5 na vačkovom hriadeli, napínacej kladky 3 a ozubeného remeňa 6. Rovnaký remeň poháňa aj remenicu 2 čerpadla chladiacej kvapaliny. Remeňový pohon pracuje v suchom prostredí, bez mazania. Pred prachom a nečistotami je chránený predným plastovým a zadným oceľovým ochranným krytom.



Pohon je vybavený ozubeným elastickým remeňom s polkruhovými zubami. Je vyrobená z gumy odolnej voči olejom vystuženej skleneným vláknom. Zuby sú potiahnuté elastickou tkaninou pre zvýšenie odolnosti proti opotrebovaniu. Kordový a látkový poťah sú počas vulkanizačného procesu spojené s gumou a dodávajú pásu vysokú pevnosť. Dve vetvy pásu spolu odolajú lámacej sile až 1200 kgf.

Pás je napínaný napínacím valčekom 3, ktorý sa otáča okolo excentrickej osi 7. Otáčaním osi voči upevňovaciemu kolíku je možné meniť polohu stredu otáčania valčeka.

Na koordináciu otváracích a zatváracích momentov ventilov s uhlami natočenia kľukového hriadeľa (t.j. zabezpečiť správnu inštaláciu časovania ventilov), remenice kľukového hriadeľa a vačkového hriadeľa sú označené "B" a "D". Na zadnom kryte rozvodového remeňa je značka "A" (ohnuté antény), a na kryte olejového čerpadla je značka "C". Ak je časovanie ventilov nastavené správne, potom keď je piest prvého valca na konci kompresného zdvihu v TDC, značka "B" na remenici vačkového hriadeľa by sa mala zhodovať so značkou "A" na zadnom kryte a značka "B" na ozubenej remenici kľukového hriadeľa by sa mala zhodovať so značkou "C" na kryte olejového čerpadla.

Motor na aute je umiestnený tak, že značky "C" sú v zle viditeľnej oblasti. Preto je tiež možné ovládať polohu kľukového hriadeľa pomocou značky na zotrvačníku a stupnice v poklope skrine spojky (pozri kresba 30).