По расположению клапанов различают верхнеклапанные (рис. 1, а) и нижнеклапанные (рис. 1, б) двигатели. У верхнеклапанного двигателя клапаны расположены в головке цилиндра и приводятся в движение от кулачкового вала с помощью толкателей 1, штанг 2 и коромысел 3. У нижнеклапанного двигателя клапаны расположены в теле цилиндра и приводятся в движение от кулачкового вала непосредственно толкателем 1.
 Верхнеклапанные двигатели, имеющие относительно мало изогнутый впускной тракт, развивают мощность, которая на 30% больше мощности нижнеклапанных двигателей. Это объясняется главным образом лучшим заполнением цилиндра горючей смесью. У нижнеклапанного двигателя тракт впуска горючей смеси имеет много поворотов, тормозящих движение горючей смеси. Стоимость изготовления верхнеклапанных двигателей несколько выше, однако они преобладают в мотоциклостроении.
Устройство и работа
Наиболее простой механизм газораспределения при нижнем расположении клапанов состоит из клапана 1 (рис. 2) грибообразной формы, гнезда 2, направляющей втулки 3, пружины 5, опорной шайбы или подпятника 7 пружины, теплоизолирующей фасонной шайбы 4 пружины, запорных сухариков 6, толкателя 10 с регулировочным винтом 8 и гайкой 9, кулачковых валов 11 с подшипниками, большой распределительной шет стерни 12 и малой распределительной шестерни 13, уста- новленной на коленчатом валу.
 Клапан к седлу прижимает пружина. При вращении коленчатого вала малая распределительная шестерня вращает большую шестерню распределительного вала с вдвое меньшим числом оборотов. Кулачки поднимают толкатели, которые, преодолевая сопротивление пружины, приподнимают клапан на расстояние 6*-8 мм от гнезда. По мере вращения кулачка, толкатель начинает опускаться, и пружина возвращает клапан в гнездо. Цилиндр и клапан сделаны из различных металлов и при работе двигателя имеют неодинаковую тем 800° С* клапан при удлинении не упирался в головку толкателя, а под воздействием пружины плотно садился в гнездо, между толкателем и торцом стержня клапана имеется регулируемый тепловой зазор. Клапаны, нагреваемые горячими газами, передают тепло от головок через рабочие фаски седлам, а от стержней — направляющим втулкам. Впускной клапан нагревается меньше выпускного, так как охлаждается горючей смесью.
 У клапана (рис. 3) различают головку (тарелку) 1 и стержень 2. Головка клапана бывает плоской (рис. 3, а), выпуклой (рис. 3, б) или вогнутой тюльпанообразной формы (рис. 3, в). Рабочая фаска головки расположена под углом 45° или 30° к оси клапана. При угле'30° обеспечивается лучшее наполнение цилиндра, но клапан хуже центрируется в гнезде. Головки клапанов стремятся делать большего размера (он ограничивается только возможностью размещения клапана в цилиндре или в головке цилиндра). Чтобы удобнее было производить притирку клапана к гнезду, на головке клапана имеется прорезь для отвертки. Однако прорезь ослабляет головку клапана и делает ее менее обтекаемой, поэтому на клапанах некоторых двигателей прорези не имеется. Для улучшения обтекания клапана газами и передачи тепла переход головки в стержень делают плавным. Вверху на стержне имеется кольцевая канавка 3 для запорных сухариков. Клапаны изготовляют из специальных сталей. Гнезда клапанов у алюминиевой головки верхнеклапанного двигателя вставные из жаропрочного чугуна или бронзы, направляющие втулки Клапана — бронзовые или металлокерамические. У нижнеклапанного двигателя гнездо растачивается непосредст- венно в теле цилиндра или применяется вставное гнездо из легированного чугуна; направляющая втулка клапана отливается вместе с цилиндром или запрессовывается в цилиндр (рис. 3, г). Для клапанов применяют цилиндрические с равномерным шагом (рис. 4, а) и более совершенные с неравномерным шагом (рис. 4, б) пружины. Каждый клапан имеет одну или две, расположенные
внутри другой (рис. 4, в) цилиндрические пружины.
Для верхнеклапанных двигателей применяют также пружины шпилечного типа (рис. 4, г). Для теплоизоляции пружины между ней и фланцем направляющей втулки или непосредственно между пружиной и головкой или цилиндром ставят фасонную шайбу 3 (рис. 4, в).
Другой конец пружины опирается на шайбу 1 (подпятник). В шайбе имеется конусное отверстие для запорных сухариков 2.
Распределительный вал двухцилиндрового (рис. 5, а) и одноцилиндрового (рис. 5, б) двигателей, как правило, изготовляют как одно целое-х кулачками впускных и выпускных клапанов, а иногда и с червяком 4 привода масляного насоса. Применяются также отдельные для каждого клапана шестерни (рис. 5, в). Распределительный вал нижнеклапанного- двигателя приводится во вращение с помощью шестеренчатой или цепной передачи. Число зубьев шестерни на распределительном валу вдвое больше числа зубьев шестерни на коленчатом валу.
Толкатель 10 (см. рис. 2) представляет собой цилиндрический цельный или полый стержень, имеющий внизу шлифованный торец, которым он опирается на кулачок, а наверху гнездо для наконечника штанги или резьбовое отверстие для болта, регули- рующего тепловой зазор между головкой болта и стержнем клапана. В некоторых конструкциях механизма газораспределения кулачок поднимает толкатель посредством промежуточного рычага 1 (рис. 6, а), называемого рокером.
 В зависимости от расположения распределительного вала верхнеклапанные двигатели разделяют на двигатели с нижним (в картере) валом и приводом к клапанам с помощью штанг 3 и коромысел 4 (рис. 6, а) и двигатели с верхним валом (в головке цилиндра). При расположении распределительного вала 2 в головке цилиндра применяется один вал с кулачками, открывающими клапаны с помощью коромысел (рис. 6, б), или два вала (для впускного и выпускного клапанов) с кулачками, которые открывают клапаны без коромысел (рис. 6, в). Размещенные в головке цилиндра распределительные валы приводятся во вращение от коленчатого вала цилиндрическими шестернями или валом, расположенным вдоль цилиндра, и двумя парами конических шестерен, или с помощью цепной передачи. В механизме газораспределения находит применение зубоременная передача.
Увеличение числа оборотов, являющееся одним из способов повышения мощности двигателя, ограничивается механизмом газораспределения верхнеклапанного двигателя. При больших числах оборотов во время открытия клапана инерционные силы коромысла, толкателя, рычага 1 (рис. 6, а) и пружины,'действуя в том же направлении, что и силы инерции клапана, стремятся приподнять его от гнезда на высоту большую, чем предусмотрено. Вследствие этого нарушаются фазы газораспределения, а клапан может удариться о поршень, так как пружина с нормальной упругостью не может нейтрализовать действие инерционных сил деталей механизма газораспределения и не успевает своевременно посадить клапан в гнездо. Применение более сильных пружин может вызвать обрыв стержня клапана. При утолщении клапана в опасных сечениях увеличивается его масса, что, в свою очередь, должно быть компенсировано соответствующим увеличением упругости пружины. В случае установки сильных пружин механизм газораспределения будет работать со стуком и недопустимой перегрузкой.
Чтобы уменьшить силу пружин, стремятся до возможного предела уменьшить массу деталей, движущихся возвратно-поступательно (пружин, толкателей, промежуточных рычагов, коромысел и клапанов). У верхнеклапанного двигателя с нижним расположением распределительного вала масса промежуточных деталей (между кулачком и клапаном) наибольшая. При верхнем расположении газораспределительного механизма т одним валом масса промежуточных деталей уменьшается. Наконец, при двух распределительных валах масса промежуточных деталей достигает возможного минимума. На рис. 6, г показан двигатель, у которого распределительный вал приближен к головке цилиндра. На таких двигателях установлены укороченные легкие толкатели; двигатели обладают в некоторой степени преимуществами двигателей с верхним расположением распределительного вала, а по простоте изготовления приближаются к двигателю с нижним расположением распределительного вала.
Двигатели с верхним расположением распределительного вала применяются преимущественно на дорогостоящих спортивных мотоциклах. Фазы газораспределения.
На диаграмме (рис. 7) показаны фазы газораспределения четырехтактного .двигателя. Впускной клапан открывается до прихода поршня в в. м. т. и закрывается после прохождения поршнем н. м. т. Выпускной клапан открывается до прихода поршня в н. м. т., закрывается после прохождения поршня в. м. т. Вследсгвйё опережения начала открытия впускного клапана к приходу поршня в в. м. т. пространство между клапаном и седлом является вполне достаточным для впуска смеси. Если бы начало открытия клапана совпадало с приходом поршня в в. м. т., то щель под клапаном образовалась бы после того, как поршень совершил часть такта впуска. Закрывается впускной клапан после прохождения поршнем н. м. т. во время его движения вверх. Из-за запаздывания конца впуска в цилиндр по инерции поступает дополнительное количество горючей смеси. Таким образом, .горючая смесь поступает в цилиндр в начале такта впуска под действием .разрежения в цилиндрел а в конце такта впуска — по инерции.
 Выпускной клапан открывается до прихода поршня в- н. м. т., остается открытым в течение всего такта выпуска и закрывается после прохождения поршнем в. м. т. в начальный период такта впуска. К этому времени впускной клапан также будет открыт. Период одновременного открытия клапанов называется перекрытием клапанов. Опережение начала открытия выпускного клапана вызвано тем, что к концу рабочего хода газы только нагревают двигатель, не оказывая существенного давления на поршень. Кроме того, при этом противодавление на поршень во время тадта выпуска становится слабее и улучшается очистка цилиндра.
В результате запаздывания закрытия выпускного клапана удлиняется время очистки, и хотя уже начинается такт впуска, отработавшие газы продолжают выходить из цилиндра по инерции. Таким образом, в начале такта выпуска газы выходят из цилиндра под действием повышенного давления в цилиндре, затем выталкиваются поршнем и в начале такта впуска выходят по инерции.
Начало открытия и конец закрытия клапанов относительно положения поршня в цилиндре выражаются в градусах поворота коленчатого вала. Кроме того, положение поршня можно определить по расстоянию (в мм), на котором поршень должен находиться от мертвых точек.
Наивыгоднейшие фазы газораспределения для каждого типа двигателя определяются при его конструировании и испытании с учетом назначения мощности, числа оборотов двигателя, а также расхода топлива, расположения клапанов, формы камеры сгорания, формы и сечения впускных и выпускных патрубков и других особенностей двигателя.
Правильная, работа механизма газораспределения обеспечивается соответствующей формой кулачка, промежуточных рычагов, толкателей и коромысел. Фазы, указываемые заводом, получаются только в случае правильной установки газораспределения и соблюдения рекомендованного для двигателя теплового зазора в приводе клапанов.
В связи с трудностью изготовления эффективно и надежно работающего клапанного механизма газораспределения для высокооборотных двигателей применяют усовершенствованные и новые механизмы газораспределения. Снова, например, выпускаются мотоциклы с двигателем, имеющим такой механизм газораспределения, в котором не только открытие, но и закрытие клапанов осуществляется кулачками безпружин. Создаются роторные поршневые двигатели (например, двигатели Ванкеля) и двигатели с золотниковым газораспределением. При испытаниях некоторых двигателей с такими механизмами газораспределения получены хорошие результаты. Однако до сих пор ни одной из предложенных конструкций не удается успешно конкурировать с широко распространенным обычным клапанным механизмом газораспределения.
Обслуживание
Регулировка теплового зазора.
Тепловой зазор между коромыслом и клапаном и между толкателем и клапаном периодически проверяют через 500 км пробега. Зазор требуется проверять при появлении постороннего стука и ухудшении компрессии в цилиндре; при обратных вспышках в карбюраторе и «выстрелах» в глушителе, если система питания исправна; после подтяжки крепления цилиндра и головки и других работ, при которых может измениться зазор.
Увеличенный зазор вызывает усиленный стук в механизме газораспределения и несколько ускоряет его износ. Уменьшенный зазор (а тем более отсутствие зазора) недопустим, так как при этом нарушается плотность посадки клапана в гнездо и происходит быстрое обгорание клапана и гнезда.
Зазор регулируют на горячем или на холодном двигателе, по указанию завода. Например, зазоры у впускного и выпускного клапанов двигателей мотоцикла М-62 (зазор 0,05 мм) и двигателей мотоциклов К-750 и М-72 (зазор 0,1 мм) регулируют на холодном двигателе.
Если заводские указания неизвестны, можно установить зазор 0,1—0,15 мм на холодном двигателе и затем прогреть его. Если зазор увеличится, надо оставить прежнюю регулировку. Если же зазор уменьшится, то нужно повторить регулировку на горячем двигателе, тем самым будет исключена возможность устранения зазора. Однако во йсех случаях менее серьезные нарушения в работе газораспределительного механизма наблюдаются при увеличении зазора.
Нужно учитывать также, что зазор у впускного и выпускного клапанов может быть одинаковым или у выпускного клапана несколько большим. Во время регулировки зазора поршень должен быть установлен в в. м. т. в конце такта сжатия. Повторные регулировки необходимо производить при одном и том же положении поршня. При других положениях поршня зазор может измениться.
Для облегчения установки поршня в в. м. т., а также для установки зажигания, желательно сделать в картере маховика, около левого карбюратора, отверстие диаметром 15—20 мм, закрываемое резиновой пробкой, а на маховике — риску, соответствующую в. м. т. (мотоциклы К-750, М-62 и др.)
Для регулировки зазора у большинства верхнеклапанных двигателей (в частности, у двигателя мотоцикла М-62) ослабляют контргайку 5 (см. рис. 1, а) винта 4, ввернутого в плечо коромысла клапана. Затем устанавливают винтом зазор по щупу. При завертывании контргайки 5 винт 4 следует держать гаечным ключом. У мотоцикла М-62, прежде чем снять крышку головки цилиндра для регулировки зазора, надо подставить под крышку посуду для стока масла.
Для регулировки зазора у нижнеклапанных двигателей (например, мотоцикл К- 750), а также двигателей мотоциклов старых моделей одним ключом удерживают за грани толкатель, а другим ключом отвертывают контргайку 7 (см. рис. 1, б) регулировочного винта. Вращая регулировочный винт, устанавливают требуемый зазор по щупу 6 и осторожно контрят винт гайкой. Щуп 6 должен перемещаться в зазоре с ощутимым усилием. Нельзя регулировать зазор на ощупь, даже квалифицированные механики пользуются щупами.
Притирка клапанов.
 В зависимости от состояния клапанов их требуется притирать примерно через 6000—10 000 км пробега мотоцикла. При применении бензина А-74 и малом расходе масла клапаны работают дольше. В случае нарушения герметичности клапанов производят внеочередную притирку. Притирку клапанов удобнее приурочивать к работам по удалению нагара.
Для притирки клапаны вынимают, предварительно сняв с двигателя головку цилиндра (у нижнеклапанного двигателя снимают головку и цилиндр). Для снятия пружин клапанов применяют универсальный съемник (рис. 8, а) или съемник для верхнеклапанного двигателя М-62 (рис. 8, б). Чтобы не допустить ошибки при сборке, надо обращать внимание на обозначения, имеющиеся на головке клапана. Впускной клапан, установленный на место выпускного клапана, во время работы быстро обгорает.
 С клапана и участков, прилегающих к его седлу, нагар удаляют скребками. Эту операцию надо производить с большой осторожностью, чтобы случайно не сделать риски на рабочих фасках клапана и седла. Встречаются два вида повреждений рабочих фасок клапанов и седел:
1) небольшие раковины и налет нагара, не изменяющие конусной формы фасок (рис. 9, в);
2) глубокие раковины и нагар, образование ступенчатой фаски на конусной поверхности клапана, закругление конусной фаски седла (рис. 9, б).
При повреждении первого вида клапан достаточно притереть. В случае повреждений второго вида перед притиркой рабочую фаску клапана надо проточить на токарном станке или прошлифовать, а гнездо, обработать конусной шарошкой. При притирке клапана с такими повреждениями без предварительного шлифования происходит нежелательное углубление гнезда.
У двигателей, клапаны которых многократно притирались, рабочие фаски седел могут иметь правильную форму, но ширина их при этом значительно увеличивается. Нормальная рабочая ширина фаски составляет 1—1,5 Мм. С увеличением ширины фаски клапан обгорает быстрее вследствие того, что уменьшается создаваемое пружиной давление клапана на седло. Нормальное давление клапана 2, перемещающегося в направляющей втулке 1, восстанавливают уменьшением ширины фаски седла до требуемой величины с помощью конусных шарошек с углами 45°, 75° и 15°.
На рис. 10, а показано увеличившееся в ширину гнездо до обработки его шарошкой. Обработку гнезда 3 начинают конусной шарошкой 4 с углом, равным углу фаски (45° или 30°), которой снимают металл с поверхности рабочей фаски 7 (рис. 10, б); затем срезают верхний пояс гнезда шарошкой 5 с углом 75° (рис. 10, в), после чего шарошкой 6 с углом 15° снимают фаску в нижней части гнезда (рис. 10, г). Этим обеспечивают ширину рабочей фаски 1—1,5 мм (рис. 10, д).
Клапаны притирают с помощью специальной притирочной дрели, при вращении которой клапан автоматически повертывается то в одну, то другую сторону. Можно также пользоваться обычной ручной дрелью, коловоротом или отверткой.
Для притирки под клапан устанавливают слабую пружину / (см. рис. 9, в) из дроволоки диаметром 1 мм. На рабочую поверхность клапана для грубой притирки наносят слой пасты из карборундового или наждачного порошка, смешанного с автотракторным маслом и керосином. Клапан поворачивают по часовой стрелке примерно на 120° и против часовой стрелки на 90° дрелью или другим из указанных выше инструментов, слегка нажимая на него. При перемене направления вращения клапана его слегка приподнимают. При притирке ручку дрели следует время от времени повертывать на полный оборот, приподнимая клапан. При этом вследствие некратного отношения чисел зубьев шестерен положение клапана в гнезде будет меняться. Во время притирки пасту, потерявшую абразивные свойства, удаляют и на притираемые поверхности наносят слой свежей пасты. Поверхности притирают до исчезновения всех раковин. После этого клапан и гнездо обтирают концами и притирают с пастой из более мелкого порошка до приобретения рабочими поверхностями равномерного матового серого цвета. По окончании притирки с пастой клапан таким же способом желательно отполировать, применяя пасту ГОИ или масло, разведенное керосином.
Для предварительной проверки качества притирки на рабочих поверхностях клапана и седла проводят мягким карандашом поперечные черточки. Если клапан притерт хорошо, то от одного поворота его на небольшой угол с легким нажимом все черточки на рабочих фасках должны стереться. Если после длительной притирки черточки стираются не по всей окружности гнезда, то это означает, что направляющая втулка клапана перекошена (рис. 50, д). Наличие нестертых черточек на клапане указывает на неперпендикулярность стержня клапана к его головке (рис. 9, г). В первом случае гнездо обрабатывают шарошкой, а во втором — заменяют клапан. Если запасного клапана нет, то искривленный клапан выпрямляют и шлифуют. В обоих случаях клапаны следует вновь притереть.
После притирки смывают керосином остатки пасты с седла и направляющей втулки клапана. Поверхности должны быть промыты тщательно, так как при наличии даже очень маленьких посторонних частиц на притертых поверхностях нельзя проверить герметичность клапана. Чистый со смазанным стержнем клапан устанавливают на место, сжимают съемником клапанные пружины и вставляют запорные сухарики.
Для проверки герметичности клапана, собранного с пружинами, на клапан или под него наливают немного керосина. Хорошо притертый клапан в течение 15 мин не должен пропускать керосина.
Установка газораспределения.
Установка газораспределения заключается во введении в зацепление распределительных шестерен коленчатого и распределительного валов в положении, при котором обеспечиваются открытие и закрытие клапанов в соответствии с заданными фазами. Для правильной установки газораспределения на распределительных шестернях имеются установочные метки: на зубе и у впадины (рис. 11, а, бив). При этом необходимо удостовериться в том, что шестерни закреплены на шпонках и не провернулись. При установке газораспределения в двигателях мотоциклов М-62, МТ72 и других мотоциклов из этого семейства (а также в двигателях мотоциклов БМВ-Р-71, БМВ-Р-75 и др.) распределительные шестерни вводят в зацепление согласно имеющимся на них меткам (рис. 11, а). Установка газораспределения по меткам у двигателей с цепным приводом распределительного вала показана на рис. 11, б и в.
 При отсутствии установочных меток или при проверке правильности установки газораспределения пользуются специальным приспособлением (регляжем), штангенциркулем или линейкой, если фазы даны в миллиметрах хода поршня (рис. 11, г), и градуированным на 360° установочным диском (рис. 11, д), если фазы указаны в градусах. Установочный диск закрепляют на коленчатом валу двигателя, а стрелку — на картере. Отсчеты вести легче, если стрелка на установочном диске сделана из плексигласа. Градуированный диск закрепляют так, чтобы при положении поршня в в. м. т. нулевое деление совпадало со~стрелкой. Принято устанавливать газорас- пределение по началу открытия впускного клапана. Для этого коленчатый вал из нулевого положения поворачивают в сторону, противоположную вращению его при работе двигателя, и останавливают, когда стрелка укажет количество градусов опережения впуска, соответствующее требуемым фазам.
Распределительный вал поворачивают в положение, соответствующее началу открытия впускного клапана, и вводят в зацепление распределительные шестерни. Установка произведена правильно, если при поворачивании коленчатого вала и проходе мимо стрелки риски на установочном диске, соответствующей началу впуска, толкатель впускного клапана начнет подниматься.
Если при обусловленном тепловом зазоре клапан открывается позже или раньше, чем требуется, то, удерживая в неподвижном состоянии шестерню коленчатого вала, переставляют относительно нее на один зуб соответственно вперед или назад шестерню распределительного вала.
Ремонт направляющей втулки клапана
При образовании между клапаном и направляющей втулкой большого зазора, превышающего у впускного клапана 0, 2 мм и у выпускного клапана 0,25 мм, рекомендуется заменить направляющую втулку и клапан. Небольшое увеличение зазора не приведет к повреждению двигателя, а вызывает только несколько усиленный шум при его работе. При большом увеличении зазора клапан плохо центрируется в гнезде и быстро обгбрает. Кроме того, возможно небольшое подсасывание масла в цилиндр через направляющую втулку впускного клапана. Отработавшие газы, проникая внутрь картера через втулку выпускного клапана, загрязняют масло.
Несменную направляющую втулку у нижнекяапанных двигателей обрабатывают разверткой под клапан с утолщенным стержнем. Изношенную сменную втулку выпрессовывают (рис. 12, а) и заменяют новой, а не развертывают, так как такая втулка, особенно у верхнеклапанных двигателей, имеет резко выраженный односторонний износ, и при развертывании отверстие становится не соосным гнезду. Запрессовывают втулку (рис. 12, б) в отверстие с помощью вспомогательного болта и .отрезков труб.
При отсутствии запасной втулки направляющую втулку изготовляют из бронзы. Втулка, изготовленная из чугуна, менее износостойка и ухудшает охлаждение клапана.
 Зазор между стержнем клапана и новой втулкой должен составлять не менее 0,66— 0,08 мм. При уменьшении зазора клапан может во время работы заклиниться в направляющей втулке и не опуститься в гнездо. Заклинивание клапана у верхнеклапанного двигателя сопровождается ударом поршня по клапану, что вызывает очень серьезные повреждения. У нижнеклапанного двигателя заклинивание клапана особой опасности не представляет. При изготовлении втулку желательно расточить, развернуть и обточить на оправке, так как необходимо точное соблюдение соосности. После замены или развертывания направляющей втулки следует проверить соосность клапана его гнезду с помощью конусной шарошки.
|
