Толкатель клапана: надежная связь распредвала и клапанов

В большинстве двигателей внутреннего сгорания газораспределительный механизм содержит детали, обеспечивающие передачу усилия от распределительного вала на клапаны — толкатели. Все о толкателях клапанов, их типах, конструкции и особенностях работы, а также об их выборе и замене читайте в этой статье.

Что такое толкатель клапана?

Толкатель клапана — деталь газораспределительного механизма поршневого двигателя внутреннего сгорания; следящее устройство ГРМ, осуществляющее передачу осевого усилия от распределительного вала на клапан непосредственно или через вспомогательные элементы (штангу, коромысло).

Газораспределительный механизм любого ДВС в общем случае основан на трех основных деталях: распределительном вале, который вращается синхронно (но с вдвое меньшей угловой скоростью) с коленчатым валом, клапанах и их привода. Привод клапанного механизма следит за положением распределительного вала и обеспечивает передачу усилия от него на клапаны. В качестве привода могут использоваться различные детали: штанги, коромысла со штангами и без них, и другие. В большинстве ГРМ применяются и дополнительные детали — толкатели.

Толкатели ГРМ выполняют ряд функций:

• Выступают в роли связующего звена между кулачком распредвала и другими деталями привода клапанов;
• Обеспечивают надежную передачу усилий от кулачка распредвала на каждый из клапанов;
• Равномерно распределяют нагрузки, возникающие при вращении распредвала и работе ГРМ;
• Повышают срок службы деталей ГРМ и облегчают его обслуживание;
• Толкатели определенных типов — обеспечивают необходимые температурные зазоры между деталями ГРМ и/или облегчают процесс их регулировки.

Толкатель клапана — важная деталь ГРМ, при неисправности которой работа двигателя значительно ухудшается. При поломке толкатель должен быть заменен, а, чтобы сделать верный выбор новой детали, необходимо разобраться в существующих типах и конструкциях толкателей.

Типы и конструкция толкателей клапанов

Различные типы толкателей клапанов

По конструкции и принципу работы толкатели делятся на несколько типов:

• Тарельчатые;
• Цилиндрические (поршневые);
• Роликовые;
• Гидравлические.

Каждый из толкателей имеет свои конструктивные особенности и сферы применения.

Тарельчатые толкатели клапанов

В общем случае такой толкатель состоит из стержня и тарельчатого основания, которым он опирается на кулачок распредвала. В торце стержня предусмотрена резьба для установки регулировочного болта с контргайкой, посредством которого осуществляется регулировка тепловых зазоров. Опорная часть толкателя подвергается термической обработке (цементации) с целью повышения ее износостойкости.

По форме опорной части (тарелки) данные толкатели делятся на две группы:

• С плоской опорной частью;
• Со сферической опорной частью.

Толкатели первого типа работают в паре с распределительным валом, имеющим кулачки с цилиндрической рабочей поверхностью. Толкатели второго типа применяются с распредвалами, имеющими конусные кулачки (со скошенной рабочей поверхностью) — вследствие такой конструкции толкатель во время работы двигателя вращается, что обеспечивает его равномерный износ.

Тарельчатые толкатели сейчас практически не используются, они устанавливались на двигатели с нижним или боковым расположением клапанов в паре со штангами или без них.

Цилиндрические (поршневые) толкатели клапанов

Толкатели данного типа бывают трех основных видов:

• Цилиндрические пустотелые;
• Стаканы под штангу;
• Стаканы под клапан.

В первом случае толкатель выполнен в виде закрытого цилиндра, который для облегчения конструкции имеет внутри полости и окна. На одном его торце предусмотрена резьба под регулировочный болт с контргайкой. Такие толкатели сегодня используются редко, так как они относительно массивны и увеличивают габариты всего ГРМ.

Во втором случае толкатель выполнен в виде стакана малого диаметра, внутри которого выполнено углубление (пята) под установку штанги толкателя. В стенках детали могут выполняться окошки для ее облегчения и нормальной смазки. Толкатели данного типа все еще встречаются на старых силовых агрегатах с нижним расположением распредвала.

В третьем случае толкатель выполнен в виде стакана большого диаметра, внутри которого выполнена контактная точка под упор в торец стержня клапана. Обычно толкатель тонкостенный, его днище и контактная точка термически обработаны (закалены или подвергнуты цементации). Такие детали получили самое широкое распространение, они устанавливаются в двигателях с верхним расположением распредвала и непосредственным приводом клапанов.

Разновидностью цилиндрического толкателя под клапан является толкатель с регулировочной шайбой, устанавливаемой в днище (в нее упирается кулачок распредвала). Шайба может иметь различную толщину, ее заменой осуществляется регулировка тепловых зазоров.

Роликовые толкатели клапанов

Толкатели данного типа бывают двух основных видов:

• Торцевые;
• Рычажные.

В первом случае толкатель выполнен в виде цилиндрического стержня, в нижней части которого через игольчатый подшипник установлен стальной ролик, а в верхнем торце предусмотрено углубление (пята) под штангу. Во втором случае деталь выполнена в виде рычага с одной опорой, на плече которого установлен ролик и находится углубление под штангу.

Устройства данного типа наиболее широко применяются в моторах с нижним расположением распределительного вала, на новых силовых агрегатах они практически не встречаются.

Гидравлические толкатели клапанов

Конструкция гидравлического толкателя (гидрокомпенсатора)

Гидравлические толкатели (гидрокомпенсаторы) — наиболее современное решение, которое используется на очень многих двигателях. Толкатели данного типа имеют встроенный гидравлический механизм регулировки тепловых зазоров, который в автоматическом режиме выбирает зазоры и обеспечивает нормальную работу мотора.

Основу конструкции толкателя составляет корпус (который одновременно выполняет функции плунжера), выполненный в виде широкого стакана. Внутри корпуса располагается подвижный цилиндр с обратным клапаном, который делит цилиндр на две полости. На наружной поверхности корпуса гидрокомпенсатора выполнена круговая канавка с отверстиями для подачи к цилиндру масла от системы смазки двигателя. Толкатель устанавливается на торец стержня клапана, при этом канавка на его корпусе совмещается с масляным каналом в головке блока.

Работает гидравлический толкатель следующим образом. В момент, когда кулачок распредвала набегает на толкатель, цилиндр испытывает давление со стороны клапана и сдвигается вверх, обратный клапан закрывается и запирает расположенное внутри цилиндра масло — вся конструкция движется, как единое целое, обеспечивая открывание клапана. В момент максимального нажима на толкатель часть масла может просочиться в зазоры между цилиндром и корпусом толкателя, что приводит к изменению рабочих зазоров.

При сбегании кулачка с толкателя клапан поднимается и закрывается, в этот момент корпус толкателя оказывается напротив масляного канала в ГБЦ, а давление в цилиндре падает практически до нуля. Вследствие этого масло, поступающего из головки, преодолевает усилие пружины обратного клапана и открывает его, поступая в цилиндр (точнее — в находящуюся внутри него нагнетательную камеру). За счет созданного давления корпус толкателя поднимается (так как цилиндр упирается в стержень клапана) и упирается в кулачок распредвала — так происходит выбор зазора. В дальнейшем процесс повторяется.

В процессе работы двигателя поверхность толкателей, кулачков распредвала и торцов стержней клапанов изнашиваются и деформируются, также вследствие нагрева несколько изменяются габариты других деталей распределительного механизма, что приводит к неконтролируемому изменению зазоров. Гидравлические толкатели компенсируют эти изменения, всегда обеспечивая отсутствие зазоров и нормальное функционирование всего механизма.

Вопросы выбора и замены толкателей клапанов

Любые толкатели, несмотря на термическую обработку их рабочих поверхностей, со временем изнашиваются или приходят в неисправность, нарушая работу двигателя. Проблемы с толкателями проявляются ухудшением работы двигателя, в том числе и некоторым изменением фаз газораспределения. Внешне эти неисправности проявляются характерным шумом мотора, который легко распознается опытными мастерами. Однако в случае двигателей с гидрокомпенсаторами шум сразу после запуска не является проблемой. Дело в том, что после простоя двигателя масло уходит из толкателей и каналов головки, и первые несколько секунд не обеспечивается выбор зазоров — это и проявляется стуком. Через несколько секунд работа системы налаживается и шум пропадает. Если же шум наблюдается более 10-12 секунд, тогда следует обратить внимание на состояние толкателей.

Неисправные толкатели должны меняться на новые тех же типов и каталожных номеров. Замену следует выполнять в соответствии с инструкцией по ремонту и ТО автомобиля, эта работа связана с частичной разборкой ГБЦ и требует применения специального инструмента (для рассухаривания клапанов и другого), поэтому ее лучше доверять специалистам. После замены толкателей периодически необходимо выполнять регулировку зазоров, если же используются гидрокомпнесаторы, то в обслуживании нет необходимости.