Как облегчить тарелки клапанов (7 видео)

Тема данной статьи – тарелки клапана. На первый взгляд функция данной детали кажется достаточно простой, держать в сборе клапанные пружины. На самом деле, все не так просто, как кажется ))) От преднатяга пружин зависит такая характеристика двигателя, как верхний порог оборотов. Сделав усилие пружин на сжатие маленьким, мы получим очень тихую работу газораспределительного механизма (в дальнейшем ГРМ). Если мы увеличим усилие клапанных пружин, то мы получим более высокий порог по оборотам, но более шумную работу ГРМ. Регулировать данный процесс можно несколькими способами.

Подбором и жесткостью клапанных пружин
Посадкой клапана в седле (занижение клапана)
Роспуск или поджатие тарелок

Из этих основных способов работы с газораспределительным механизмом, я предпочитаю работу с тарелками клапанов.

Содержание

Тарелки клапанов. История.
Доработанные тарелки клапанов
Как это было на оригинале
Облегченные клапана — лучший способ обеспечть бесперебойную работу двигателя авто для любителей экстремальной езды.
Зачем клапана нужно облегчать
В чем Т-образные клапана имеют преимущества
Сколько облегченная деталь может прослужить?
Клапан ДВС
1.Технологии производства клапанов.
2. Виды клапанов
3. Облегчение клапана типа «Тюльпан»
4. Защищающие покрытия, методы нанесения.
📹 Видео

Видео:2.0 ТДВС: Облегчение тарелок клапанов верхних на пр. 2108Скачать

Тарелки клапанов. История.

Есть у меня несколько знакомых по России, которые, так или иначе имели отношение к советскому автоспорту. И много интересных рецептов я узнал от них. Начну издалека. Мощность двигателя, которая указана в ПТС карбюраторной Нивы – 72 лошадки, инжекторной – 80 лошадок. Это мощность эталонного двигателя. На самом деле можете смело выкидывать из этих цифр 10-15%, именно эти данные я видел на моторном стенде, на новых машинах. Мотористы и карбюраторщики старой закалки мне сказали, что с классического движка, без потери ресурса и особых изысков, можно снять около 100 л.с. Но прежде чем это сделать, двигатель надо понемножку к этому подготавливать. В частности для установки «взрослого» распредвала, необходима доработка ГБЦ. Пружины на клапанах классики очень сильно пережаты, и при установке распредвала с высокими кулачками, просто начинают стучать витками друг о друга. Результат – разрушение. Самый простой вариант, это на несколько миллиметров «распустить» клапанную пружину, чтобы при открытии клапана на большую глубину, витки не соприкасались. Эта операция и носит название – роспуск тарелок клапанных пружин.

Видео:Легкие тарелки клапана ВазСкачать

Доработанные тарелки клапанов

Усилие клапанной пружины 2101 при штатной тарелке составляет 42-43 кг. По меркам современного моторостроения, для гражданского двигателя, это совершенно излишняя величина. Просадка тарелки на 3 мм, дает снижение нагрузки сжатия пружины на 4-6 кг. Теперь математика для 3 класса. Клапанов у нас 8. Суммарное снижение давления пружин, на механизм ГРМ около 35-40 кг. И это на каждый оборот распределительного вала. Теперь умножим это на 3000 об\мин…..и получим….Как говорил Аркадий Исаакович Райкин, сумасшедшие цифры получаются )) Задам риторический вопрос, почему на похожих объемах импортные движки ходят до капитального ремонта ГБЦ по 200-300 тысяч километров. А движок нивы, особенно на однорядной цепи, на 100-150 тыс. уже никакой. Одна из причин: очень сильная «зажатость» клапанов для гражданской машины. Как следствие, повышенный износ распредвала и его постели. На немецких двигателях, аналогичных объемов и мощность, усилие клапанных пружин находится в диапазоне 25-35 кг на клапан. Данный абзац применим ко всем двигателям, а не только к двигателям 21213 и 21214. Эксперименты и работы по роспуску или сжатию клапанных пружин, были начаты в 2010 году, с той поры тарелки с измененной геометрией были сделаны более чем для 50 двигателей, под самые разные пружины. Практика, полностью подтвердила теорию.

Вывод. Если вы хотите сделать работу двигателя более тихой и комфортной, усилие клапанных пружин можно еще ослабить. Двигатель крутиться до 4000 оборотов, даже если вы оставите только наружные пружины (пример, двигатель змз 409, УАЗ Патриот). Если вы хотите поднять планку верхних оборотов, то пружины должны быть более жесткие, или их должно быть две, чтобы при больших оборотах не происходило кинематического зависания клапана. То есть, чтобы клапан по инерции не завис в открытом положении и не ударился о поднимающийся поршень.

Видео:Титановые тарелочки клапанов. Что дают легкие тарелки клапанов? Когда нужны облегченные тарелки?Скачать

Как это было на оригинале

Теперь абзац специально для «умников, умниц и Д’Артаньянов», кто скажет что все это ерунда и на заводе не дураки сидят. Когда то давно, я купил у деда «копейку» ради того чтобы посмотреть на оригинал нашей классики. Самые первые двигатели, которые предложили итальянцы, как известно из истории были нижневальные. А уже после них пошло верхневальное семейство. На “дедовском” движке, объемом 1,2л, очень много где стояли клейма отнюдь не автоТАЗа. Те же надписи обнаружились позднее на шестернях редукторов, КПП и.т.д. Номер на шильде машины был несколькими нулями в начале. Было чему удивиться. Применительно к тарелкам: они были расточены так, как я вам рассказываю. Роспуск около 2-3 мм.

Читайте также: Нож из какого клапана лучше

Вопрос. Имеет ли смысл поставить «просто так» доработанные тарелки клапана и почему?

Ответ. Тарелки, которые идут на наших двигателях с завода, имеют очень очень грубую обработку. Как они выходят из под штампа, так и идут на сборку, не обрабатывается даже посадочный конус под сухари клапана. Результат, тарелка не «сидит» по плоскости клапанной пружины, а работает частью плоскости, что постепенно приводит к деформации сухарей и разрушению узла клапан-сухари-тарелка. Как следствие, биение клапана, разбивание направляющей и повышенный расход масла.

Рекомендация. Замену тарелок клапанов имеет смысл произвести совместно с заменой маслосъемных колпачков.

Видео:Клапанные тарелки 2101 из дюрали Д16Т с роспуском 1,6-1,8 ммСкачать

Облегченные клапана — лучший способ обеспечть бесперебойную работу двигателя авто для любителей экстремальной езды.

Производство Т-образных клапанов возможно из серийных ВАЗовских или импортных изделий. Детали китайского производства лучше вообще не рассматривать, потому что они могут прослужить не более чем несколько тысяч километров.

Видео:Не правильные тарелки клапана Г. ТольяттиСкачать

Зачем клапана нужно облегчать

При длительной работе на предельных оборотах с верховыми распредвалами, лучше будет, если подвижные массы в газораспределительной системе станут легче. Это можно сделать несколькими способами:

заменить верхнюю тарелку пружин на титановую или дюралевую;
заменить или облегчить толкатель клапана;
уменьшить вес клапана.

Наиболее оптимальным вариантом в данной ситуации будет улучшение клапанов серийного производства или их замена на титановые. Замену на титановые изделия осуществить практически невозможно, так как это дорогостоящее удовольствие, поэтому остается единственный удобный вариант — обтачка серийной детали.

Видео:облегченные клапана ваз 2112 ч.1.Скачать

В чем Т-образные клапана имеют преимущества

Стандартные детали имеют избыточный запас металла. Для обычных двигателей, изготовленных на серийном производстве, это большой роли не играет. Но для тюнинговых двигателей внутреннего сгорания привычные детали не подходят. Поэтому при доработке головки блоков цилиндра двигателя (ГБЦ) они подвергаются облегчению за счет стачивания профиля их головки. Преимуществ от этого несколько:

смещение порога зависания детали в сторону увеличения оборотов;
направляющие втулки подвержены меньшему износу;
элементы ГРМ ощущают нагрузку меньшего объема;
в цилиндрах больше попадает топлива, что приводит к увеличению мощности;
уменьшение преднатяга пружин и, как следствие, расход бензина сокращается, а КПД мотора увеличивается.

Придавая клапанам Т-образную форму, можно сдвинуть предел разрыва кинематики и дать возможность двигателю работать на больших оборотах без зависания этих деталей. Небольшой вес меньше оказывает влияния на ГРМ, что способствует более длительной работе этой системы.

Видео:Доработка клапанов двигателяСкачать

Сколько облегченная деталь может прослужить?

Работоспособность изделия будет зависеть во многом от качества обтачки и от качества материала, из которого изготовлена деталь. Сразу стоит отметить, что детали из «Поднебесной» лучше даже не брать во внимание. Качество серийного изделия из Китая оставляет желать лучшего, а облегченный клапан может прослужить вообще не более нескольких сотен километров. Лучше покупать облегченные проверенные временем ВАЗовские детали или продукцию «Самарского завода клапанов». Для того чтобы направляющие втулки и маслосъемные колпачки больше ходили, стержни и тарелки клапанов качественно полируются. Это еще способствует лучшему теплообмену между втулкой и стержнем.

Видео:Облегченные клапана на Ниву. Небольшой обзор.Скачать

Клапан ДВС

Большое разнообразие материалов из которых изготавливают клапаны двс может поставить перед сложным выбором. В этой статье пойдет речь о технологиях производства клапана в каких случаях использовать те или иные клапаны, их достоинства и недостатки, облегчение и проточка «тюльпана», а также поговорим о защищающих покрытиях и методах их нанесения. Эта информация предоставлена, чтобы помочь Вам сделать обоснованное решение при модернизации клапанного механизма.

1.Технологии производства клапанов.

При изготовлении выпускных клапанов особое внимание уделяется методам изготовления и материалам способным длительно выдерживать высокую температуру и при этом сохранять прочность. К впускным требования не столь жесткие так как они имеют дополнительное охлаждение свежей топливовоздушной смесью. Необходимым свойствам соответствуют многие сплавы при соблюдении определенных технологиях, но всегда приходится чем-то жертвовать к тому же вес детали получается большим. Проводится много исследований и выявление новых материалов не стоит на месте. Множество запатентованных технологий еще не нашли своего применения на практике.

Читайте также: Рассухариватель клапанов универсальный своими руками размеры

Все то множество технологий и их недостатки я описывать подробно не буду, поверхностно пройдемся по основным. Как делается тарелка клапана:

Торцевая раскатка- раскалённый стержень клапана выступает из матрицы и вращающийся под углом к оси матрицы пауссон раскатывает по кругу стержень, который постепенно подается в матрицу до придания необходимой формы. Создается направленная микроструктура метала, параллельная профилю тарелки клапана, что увеличивает прочность.

1-торец заготовки. 2-матрица. 3-паусон. 4-готовая тарелка клапана. 5-стержень.

В следующем методе заготовку подают в матрицу и похожим образом раскатывают тарелку клапана, при этом еще выдавливается ножка в отверстие что тоже дает направленную микроструктуру, подобную волокнам древесины. Существует еще несколько методов имеющих сходство с описанным.

Клапан изготавливают из стали марок: 40Х9С2, 40XH, 40Х10С2М, 20ХН4ФА, 55Х20Г9АН4, 45Х14Н-14В2М, титановых сплавов ПТ-3В, ВТ3, ВТ-14, ВТ6, с намного низкой температурной стойкостью (только впускные клапаны) ВТ18У и ВТ25У и других сплавов. Клапаны из сплавов на основе интерметаллида TiAl имеют сравнимо низкую плотность металла, соответственно и меньший вес с большей твердостью и жаропрочностью даже в сравнении с привычными сплавами на основе титана. Но возникают трудности при изготовлении по привычным технологиям, позволяющим добавить прочность, из-за низкой пластичности. В таком случае изготавливают методом литья, но в этом случае, в структуре металла образуется пористость, которая удаляется только высокотемпературным газоизостатированием, очень дорогая процедура, составляющая себестоимость клапана.

Широко применяется комбинированная система, когда стержень выполняется из низколегированных сплавов с большей твердостью, а тарелка из жаропрочных. Готовые детали в последствии свариваются различными методами или напрессовываются, конструкция считается не очень надежной.

Другой вариант изготовления, стержень и торец клапана изготавливаются из одного сплава, в последствии деформационной и термо обработки создаются разные микроструктуры метала, в головке обеспечиваются высокая твердость и сопротивление ползучести в тарелке высокая термостойкость. Опять же технологии изготовления очень дорогостоящие. Не стану описывать остальные методы, имеющие по 3-4 переходных зоны по микроструктуре и технологию отжига, все они принципиально схожи с выше описанным.

Горячая штамповка в торец- раскалённый стержень просто вдавливается в матрицу в которой метал распределяется как попало с нарушением микроструктуры, самый простой и бюджетный способ, не имеющий необходимой прочности.

2. Виды клапанов

Широко распространены всего два вида тарельчатых клапанов «Тюльпан» и «Т-образный».

Стоит разобраться в недостатках и преимуществах чтобы сделать свой выбор. И так самый распространенный это тюльпан, имеет большой запас прочности обтекаемую форму, часто большой вес.

Т- образный предназначен в большей степени для тюнингованного мотора работящего преимущественно на высоких оборотах. Имеет минимальный радиус перехода от ножки к тарелке, небольшой вес в следствии чего уменьшается нагрузка на газораспределительный механизм продлевая срок службы, сдвигает порог зависания клапана что позволяет использовать стандартные клапанные пружины, не прибегая к усиленным, отбирающих свою долю мощности, меньший износ направляющих втулок, лучшая продувка. О надежности поговорим чуть ниже.

3. Облегчение клапана типа «Тюльпан»

Из экономических соображений многие стремятся самостоятельно облегчить клапаны, покупка новых Т- образных выливается в кругленькую сумму, обычно это клапаны на основе титана, имеющие небольшой вес минимальную металлоёмкость и лучшие характеристики прочности и жаростойкости, однако в виду трудоемкого производства таких деталей себестоимость очень высока.

Выше я уже говорил, что Тюльпан изначально имеет большой запас прочности и есть возможность его облегчить ценой надежности, неоправданного риска попасть на очередную капиталку. Мало кого этот факт останавливает и начинаются поиски тех кто уже опробовал и сделать именно также, соблюдая размеры оппонента. В сети по этой теме можно найти много положительного опыта, реже попадаются печальный исход доработки.

Читайте также: Тормоза то есть то нет ваз 2110 инжектор 8 клапанов

А теперь давайте разберемся почему это происходит. В начале я описывал технологии производства клапанов и материалов. Если вы читали внимательно, то уже поняли, что большое значение имеет технология производства и созданная микроструктура в металле пусть хоть в результате термообработки или метода штамповки. Во время облегчения клапана механически удалятся часть металла в поверхностных слоях которого была заключена основная прочность всей детали. Термонагруженность тарелки возрастает вследствие чего материал клапана не способен выдерживать нагрузку и поддается деформации. Некоторые производители наносят специальные покрытия расширяющие свойства, в конце темы опишу подробнее. Из этого можно сделать вывод, вероятность обрыва тарелки 50/50, ведь вам не известна технология и материалы и действовать вы будете по опыту других или на глазок. Добавим вероятность заводского брака и возможную детонацию, и получите такой результат.

Однако не всегда так случается и судя по опыту немногих, облегченные клапаны ходят по 100тыс и продолжают исправно работать. Если вы все же решились на облегчение, задумайтесь об охлаждении тарелки, в этом поможет замена седел клапанов на бронзовые. Именно через седла отводится большая часть температуры. Об этом я уже писал в теме Седло клапана. Не допускайте острых краев и тонких кромок на тарелке, эти места будут чрезвычайно перегреты повысится вероятность детонации и приведет к прогару и разрушению клапана. Совершенно нет необходимости в фасках, сделайте плавный переход и скруглите кромку тарелки. Не забудьте притереть клапан к седлу, желательно не алмазными пастами. Рассмотрите варианты облегчения остальных подвижных частей- пружинные тарелки, коромысла или толкатели.

Предпочтение стоит отдавать конечно заводским Т- образным клапанам, не оставляя без внимания бренд, их надежность не заставит вас сомневаться. Не думайте опробовать производство из Китая даже если это титан.

4. Защищающие покрытия, методы нанесения.

Распространение получили три метода нанесения покрытия на металлы плазменно-порошковая наплавка, лазерное легирование, наплавка токами высокой частоты. Нанесенное покрытие совершенно другого металла на выпускной клапан расширяет защитные свойства детали, возможность противостоять агрессивной среде. Это позволяет выполнять клапан из более подходящих материалов по термостойкости и прочности, не прибегая к поиску золотой середины. Таким получаем прочный и легкий клапан, не способный противостоять окислению и износу, но применение тонкого слоя специального покрытия решит эту проблему.

Выхлопные газы высокой температуры наносят большой вред клапану, возникает газовая коррозия парами воды, окисление кислородом, оксидом углерода, оксидом серы, которые образуются в результате горения. Механическое воздействие расклепывает рабочую фаску увеличивается ее размер, нарушается герметичность, что приводит к прорыву раскалённых газов в щель и большему прогару.

Далее расскажу о методах нанесения покрытия, ознакомимся с каждым из них подробнее.

Плазменно-порошковая наплавка-

наиболее универсальный метод, подается гранулированный металлический порошок вместе с газом в плазмотрон. Такой метод позволяет наносить качественное покрытие толщеной 0.5-5.0мм, растворимость металла детали в наплавленном слое всего 5%, возможное отклонение от номинала толщены- 0.5мм, минимальная окисляемость наплавляемого слоя за счет подаваемого в плазмотрон газа, минимальная зона термического влияния.

Лазерное легирование-

на деталь воздействует луч лазера разогревая поверхность чуть больше температуры плавления основы. Температура регулируется мощностью лазера и диаметром луча. В результате происходит активное перемешивание легирующего металла размещенного на поверхности основы с металлом детали на глубину примерно 1-2 мм. Такой метод позволяет наносить покрытия стеллита, вольфрамохромокобальтового сплава. Растворимость основного металла в покрытии 5-10%.

Наплавка токами высокой частоты-

На тарелку клапана устанавливается кольцо из наплавляемого металла, между клапаном и кольцом находится порошковый флюс или газовая среда (аргон, азот) под действие тока высокой частоты разогревается кольцо и подогревается тарелка клапана до температуры диффузии металлов, место нанесения покрытия охлаждается водой с другой стороны клапана, таким образом происходит намораживание наплавляемого слоя, при этом клапан вращается для обеспечения равномерности нагрева. Таким образом наносят самофлюсующиеся сплавы ЭП616, ЭП616А, ЭП616Б, ЭП616В значительно дешевле кобальтовых стеллитов и имеют достаточную твердость и стойкость к коррозии. Растворимость основного металла в слое покрытия 20-30%.