Application of Anti-Friction Coatings for car motors gas-distributing mechanism parts

It describes Molykote D-7409 AFC application for distributing shaft, valves, valve plungers and springs, drive chain and chain wheels.

1. Особенности работы газораспределительного механизма автомобильных двигателей
2. Неисправности газораспределительного механизма автомобильных двигателей, связанные с износом узлов трения
3. Антифрикционное покрытие Molykote D-7409 для деталей газораспределительного механизма автомобильных двигателей

 

1. Особенности работы газораспределительного механизма автомобильных двигателей

Газораспределительный механизм (ГРМ) автомобильных двигателейГазораспределительный механизм (ГРМ) автомобильных двигателей внутреннего сгорания предназначен для своевременного впуска в камеры сгорания горючей смеси или воздуха и выпуска из них отработавших газов в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. В двигателях современных автомобилей применяется ГРМ с верхним расположением клапанов, что позволяет повысить степень сжатия, улучшить наполнение цилиндров и упростить техническое обслуживание и ремонт двигателя в процессе эксплуатации.

В ГРМ с верхним расположением клапанов распределительный вал размещается в головке блока цилиндров и приводится в движение от коленчатого вала двигателя с помощью цепной, ременной или зубчатой передачи. Открытие клапанов производится кулачками распределительного вала через толкатели или рычаги привода клапанов, а закрытие – под действием пружин клапанов.

Таким образом, в общем случае ГРМ автомобильных двигателей включает в себя:
   • клапанную группу (впускные и выпускные клапаны, направляющие втулки клапанов и пружины клапанов с деталями крепления);
   • передаточные детали (толкатели, направляющие втулки толкателей, штанги толкателей, коромысла, ось коромысел, рычаги привода клапанов, регулировочные шайбы и регулировочные болты);
   • распределительные валы (имеют опорные шейки, впускные и выпускные кулачки, элементы приводов вспомогательных механизмов);
   • привод распределительных валов (при цепном приводе – ведущие и ведомые звездочки, роликовые цепи, натяжное устройство, успокоитель).



2. Неисправности газораспределительного механизма автомобильных двигателей, связанные с износом узлов трения

Распределительные валы приводятся в движение от коленчатого вала двигателя и испытывают знакопеременные ускорения. Профили кулачков обеспечивают плавное изменение ускорений при открытии клапана, поэтому с целью обеспечения безударной работы деталей ГРМ необходима высокая точность обработки рабочей поверхности кулачков.

При нажатии кулачка на толкатель возникают высокие удельные нагрузки (давления). Чтобы обеспечить необходимую долговечность, кулачки изготавливаются из материалов с высокой контактной прочностью. Кроме того, высокое значение при этом имеет смазка кулачков и толкателей. Нарушение или отсутствие подачи масла в узел трения «кулачок – толкатель» приводит к задирам и ускоренному износу рабочих поверхностей деталей сопряжения.

Восстановление профиля кулачков распределительных валов при их повышенном износе в процессе эксплуатации оказывается очень сложной и дорогостоящей процедурой. Применение антифрикционного покрытия Molykote D-7409 позволяет обеспечить долговременное смазывание пары трения «кулачок – толкатель» и снизить интенсивность изнашивания деталей сопряжения в условиях высоких контактных давлений.

Направляющая втулка клапанаЦилиндрический толкатель ГРМ автомобильных двигателей представляет собой металлический стакан, установленный с зазором в отверстии головки блока цилиндров между кулачком распределительного вала и торцем стержня клапана. Для уменьшения трения в верхнем торце толкателя часто устанавливается регулировочная шайба из антифрикционных материалов толщиной 3...4 мм, с которой происходит контакт рабочей поверхности кулачков. Это позволяет уменьшить степень износа толкателя и кулачков распределительного вала, причем изношенная регулировочная шайба легко заменяется на новую. Кроме того, равномерное изнашивание верхней плоскости толкателя обеспечивается путем установки сопряжения «кулачок – толкатель» с небольшим смещением относительно середины кулачка или выполнения рабочей поверхности кулачка с небольшой конусностью, благодаря чему происходит непрерывное вращение толкателя. Однако в этом случае увеличивается износ боковой поверхности толкателя и отверстия в головке блока цилиндров, что особенно характерно для работы двигателя на загрязненном продуктами износа масле. Кроме того, из-за разницы коэффициентов линейного расширения материалов головки блока и толкателей зазор в отверстиях с нагревом двигателя увеличивается. Это приводит к повышенному шуму работы механизма и его ускоренному износу, если зазоры в сопряжении достаточно велики.

Изношенные отверстия под толкатели в алюминиевой головке блока очень сложно отремонтировать, и нередко экономически более целесообразной оказывается дорогостоящая замена самой головки. В этой связи для уменьшения интенсивности изнашивания деталей сопряжения «головка блока цилиндров – толкатель» и повышения их долговечности рекомендуется применение антифрикционного покрытия Molykote D-7409.

Клапаны ГРМКлапаны ГРМ работают в условиях ударных нагрузок при высоких температурах. Ударные нагрузки возникают в момент открытия и закрытия и являются знакопеременными, что является опасным с точки зрения усталостной прочности. Тарелка выпускного клапана нагревается потоком горячих газов, и ее температура достигает в среднем 800...900 °С. Температура конца стержня выпускного клапана при этом составляет 150...200 °С. Работоспособность клапана в таких условиях обеспечивается применением надлежащих материалов и определенной конструкции деталей клапанной группы.

Большинство неисправностей, связанных с клапанной группой, возникает в связи с неплотной посадкой клапана в седло вследствие износа седла, фаски, стержня клапана и направляющей втулки. Износ фасок клапана и седла приводит к постепенному «утопанию» клапана в головке, уменьшению зазора в механизме привода, ухудшению контакта тарелки с седлом. Стержни и направляющие втулки наиболее интенсивно изнашиваются в направлении, перпендикулярном оси распределительного вала, т.е. в направлении действия боковых нагрузок на клапан. В этом случае контакт клапана с седлом происходит только на небольших участках окружности тарелки. Негерметичность клапана приводит не только к ухудшению теплоотдачи в седло, но и к дополнительному нагреву клапана за счет прохода горячих газов через просветы между седлом и клапаном.

Направляющая втулка клапана работает в паре со стержнем и должна обладать высокой износостойкостью в условиях повышенных температур и недостаточной смазки. Изнашивание втулки и стержня клапана по длине происходит неравномерно, притом наибольшая его интенсивность характерна для нижней части вблизи канала (особенно для выпускных клапанов). Стержень, нагреваясь наиболее сильно в своей нижней части, незначительно расширяется и постепенно изнашивает втулку, которая приобретает коническую форму, близкую к форме нагретого стержня.

Вследствие тяжелых условий работы при изготовлении клапанов используют специальные жаропрочные материалы – стали и сплавы с большим содержанием хрома, никеля, молибдена и вольфрама, а также специальные антифрикционные покрытия для уменьшения износа.

Недостатком уплотнения стержня с помощью маслосъемного (маслоотражательного) колпачка является неэффективное смазывание пары трения «стержень клапана – направляющая втулка». В этой связи клапан и направляющая втулка должны выполняться из износостойких и жаропрочных материалов, а их поверхности необходимо защищать специальными антифрикционными покрытиями. Антифрикционное покрытие Molykote D-7409 хорошо зарекомендовало себя в качестве долговременной смазки стержней клапанов ГРМ автомобильных двигателей.

разрушение пружиныКлапанные пружины ГРМ автомобильных двигателей работают при динамических нагрузках, для которых характерно большое количество циклов нагружения. Основными причинами износа клапанных пружин являются усталость металла, полное сжатие (трение витков пружины друг о друга), повреждение поверхности и нарушение геометрии. Вследствие этого происходит потеря упругости или поломка пружин, что может повлечь за собой снижение герметичности прилегания клапанов к седлу, уменьшение мощности двигателя и, при наиболее неблагоприятном стечении обстоятельств,  зависание клапанов в цилиндре, приводящее к столкновению поршня с клапаном, перегреву клапанов или преждевременному воспламенению топливно-воздушной смеси. В результате  наблюдается снижение мощности двигателя и увеличение вредных выбросов в атмосферу или разрушение клапана и поршня.

Усталостное разрушение пружины происходит вследствие многократного изменения напряжений. При высоких напряжениях и большом количестве их повторений на поверхности пружины возникает трещина, распространяющаяся по сечению витка и приводящая к разрушению. Поскольку контактирующие поверхности витков пружины совершают друг относительно друга небольшие перемещения, в момент соприкосновения между ними возникает трение. В результате этого наблюдается межвитковый износ пружин, приводящий к потере упругости и возможности разрушения пружины.

Одним из способов повышения долговечности пружин является защита поверхностей возможного контакта витков с помощью антифрикционных покрытий. Антифрикционное покрытие Molykote D-7409 успешно применяется в автомобильной промышленности для повышения износостойкости клапанных пружин ГРМ автомобильных двигателей.

Смазка цепной передачиНаибольшее распространение в автомобильных двигателях внутреннего сгорания получил роликовый цепной привод распределительных валов ГРМ, который отличается высокой надежностью. Однако в процессе эксплуатации иногда приходится сталкиваться с неисправностями привода, связанными с износом цепи, звездочек и других его элементов (например, натяжного устройства). Наибольшее распространение в приводе ГРМ получили двухрядные роликовые цепи как наименее подверженные износу и растяжению.

Для повышения долговечности цепная передача нуждается в постоянном смазывании. В то же время абразивные частицы, оседая на смазку, затрудняют вращение звеньев цепи и повышают интенсивность ее изнашивания. Применение антифрикционного покрытия Molykote D-7409 на основе твердых смазочных материалов для долговременной смазки цепей и звездочек привода ГРМ автомобильных двигателей позволяет снизить интенсивность изнашивания деталей привода и повысить его долговечность.

 

3. Антифрикционное покрытие Molykote D-7409 для деталей газораспределительного механизма автомобильных двигателей

В таблице представлены рекомендации по применению антифрикционного покрытия, используемого для деталей ГРМ автомобильных двигателей.

Детали ГРМ Сочетание материалов Требования к антифрикционному покрытию Рекомендуемое антифрикционное покрытие
Распределительный вал

Толкатель клапана

Клапан

Пружина клапана

Цепь

Звездочки
Металл/металл
  • Высокая смазывающая, несущая способность, износостойкость
  • Высокая термостойкость
  • Устойчивость к воздействию моторных масел
  • Предотвращение фреттинг-коррозии
  • Долговременное смазывание
Molykote D-7409

Антифрикционное покрытие Molykote D-7409 представляет собой композицию твердых смазочных веществ с очень малыми размерами частиц (дисульфид молибдена, графит), распределенных в органическом связующем агенте (полиамиде). Твердые смазочные материалы при нанесении связываются между собой и с поверхностью детали с помощью полимерной связующей матрицы и образуют после испарения растворителя сухую пленку со смазочными защитными функциями толщиной 5…20 мкм. Отверждение покрытия происходит при его выдержке в течение 30 минут при температуре  +220° С.

Покрытие предназначено для постоянного смазывания пар трения «металл/металл», работающих при повышенных нагрузках. Подходит для пар трения скольжения, детали которых движутся возвратно-поступательно. Покрытие имеет высокую термостойкость и может применяться в узлах, в которых не могут быть использованы масла и пластичные смазки. 

 

 

Other articles