Как известно, двигатели семейства ЗМЗ-406 были одними из первых отечественных двигателей, на которых в приводе распределительного вала вместо механического стали применять гидравлический натяжитель.
Основной рабочий элемент такого натяжителя – гидравлический демпфер. Т.е. внутренняя замкнутая камера переменного объема, образованная подвижным плунжером и корпусом, которая через обратный шариковый клапан связана с напорной магистралью системы смазки, а через кольцевой дроссель (демпфер) плунжерной пары – со сливом. Кроме того, в натяжителе предусмотрен ограничитель обратного хода. Гидравлический демпфер отслеживает колебания цепи привода распределительного вала и «гасит» ее колебания; механический ограничитель обратного хода ограничивает обратное перемещение плунжера в пределах 4 мм. в случае несрабатывания гидравлической системы. (Кстати. при отсутствии давления масла сразу же прослушиваются характерные стуки, возникающие при ударах плунжера о корпус натяжителя, что служит очень удобным диагностическим признаком неисправности).
Принцип гидравлического отслеживания и демпфирования колебаний цепи привода распределительного вала с точки зрения теории безупречен. Однако на практике дело обстоит сложнее: гидравлический натяжитель требует высокоточного изготовления составных его частей и высококачественной их сборки. Потому что даже самые незначительные отклонения в том и другом случае резко ухудшают его работоспособность. Кроме того, гидравлический натяжитель, как и любые элементы гидросистем, очень чувствителен к изменениям вязкости масла, гидравлического сопротивления дросселя и засорению (заливанию) проходных сечений.
У конструкции в процессе эксплуатации выявились и некоторые присущие только ей дефекты.
Так, при расклинивающем торможении плунжера из-за накоплений погрешностей допусков при изготовлении плунжерной пары возникает крутящий момент, стремящийся развернуть запорное кольцо механизма фиксации. При наличии удлиненной канавки на плунжере это иногда удается, и плунжер заклинивает в корпусе.
При запуске холодного двигателя вязкость масла примерно на порядок выше вязкости на горячем двигателе, а в конструкции натяжителя нет устройства, реагирующего на это. Результат – жесткое демпфирование колебаний цепи привода на непрогретом двигателе и, как следствие, интенсивное изнашивание башмака натяжителя.
Кольцевой дроссель, который представляет собой зазор 0,025 – 0,030 мм. между поршнем и корпусом, выполняет, по существу, и функцию щелевого фильтра для масла, которое проходит через него из внутренней полости натяжителя. Этот фильтр, как и всякий другой, задерживает твердые частицы (продукта износа и др.), находящийся в масле, т.е. оставляет их во внутренней полости натяжителя, ускоряя тем самым процесс изнашивания пары «поршень-корпус», а иногда способствуя их заклиниванию.
Технологические погрешности изготовления в совокупности с изменением вязкости масла при нагреве и наличием в полости продуктов износа и примесей сделали гидравлический натяжитель одним из самых ненадежных элементов конструкции двигателей ЗМЗ – 406. Поэтому специалисты, занимающиеся разработкой натяжителей цепей, вынуждены были создать и внедрить в производство новую конструкцию, но уже другого типа – гидромеханическую.
Данный натяжитель, в отличие от гидравлического, не отслеживает колебания цепи привода распределительного вала, а поддерживает постоянным зазор между башмаком и цепью, что и обеспечивает минимальную амплитуду колебаний последней. В связи с этим основной составной частью конструкции стал механизм ограничения обратного хода плунжера, а роль гидравлики сводится к обеспечению демпфирования при поддержании рабочего зазора между башмаком и цепью.
Механизм ограничения обратного хода плунжера – шаговый, т.е. он дискретно, с шагом 0,85 мм., отслеживает растяжение цепи, а система гидравлического демпфирования обеспечивает поддержание рабочего зазора между башмаком и цепью в диапазоне 0,7 – 1,0 мм. Благодаря этому натяжитель на всех режимах двигателя работает бесшумно.
Канавки плунжера, в которых размещены запорные кольца, в новом натяжителе имеют специальный профиль, исключающий вероятность заклинивания плунжера в корпусе при развороте. Кольцевой зазор плунжерной пары подобран для работы в безрасходном режиме, что устранило «паразитную» утечку масла и тем самым сняло проблему загрязнения внутренней полости натяжителя.
В натяжителе применен плавающий золотник дросселя, который в зависимости от вязкости масла меняет его проходное сечение и тем самым автоматически исключает влияние изменения температуры двигателя на износ деталей натяжителя.
Для повышения надежности нового натяжителя были приняты и чисто технологические меры. В частности, селективный сбор кольцевого дросселя плунжерной пары и резьбового дросселя крышки; проверка герметичности обратного клапана, работоспособности механизма ограничителя обратного хода, чистоты внутренней полости и т.д. Так что теперь надежность работы натяжителя обеспечивается только одним фактором – работоспособностью ограничителя обратного хода. А она как минимум вдвое выше, чем у прежнего натяжителя, гидравлического, поскольку запорных колец уже два.
Натяжитель РОДОС механического типа для двигателей ЗМЗ-405, 406.
Стрелкой указано отверстие для подачи масла.
С точки зрения ремонтника, есть у натяжителей этой фирмы один недостаток: нередко требуется ослабить натяжение цепи, а с РОДОСом это нелегко. Утопить шток и зафиксировать его чекой, не сняв натяжитель, практически невозможно. Да и на снятом это получится не сразу. Кроме того, несколько смущает… изящество насечки на рейке. Мелкий шаг призван сделать работу натяжителя почти бесступенчатой, но требования к качеству материала должны быть весьма жесткие – ведь узел сдерживает сильные вибрации! Что будет, если в технологии случится небольшой сбой? Как поведет себя ажурная конструкция штока? Надеемся, эти опасения развеет время. А пока изделие РОДОС привлекает многих хорошим исполнением и, с учетом большого «тиража», – невысокой ценой (около 350 рублей).
Принцип работы очень прост (рис. а): шток 4, напоминающий зубчатую рейку, выдвигается под действием тарированной пружины 1 – тем больше, чем длиннее цепь. Подпружиненная собачка 3 препятствует обратному ходу штока под действием колебаний цепи. Механизм поставляется в продажу во взведенном состоянии (см. рис. б) – установочный штифт 2 зафиксирован «чекой» 5 через отверстия. Поставив устройство на двигатель, чеку извлекают – и шток выдвинется, натянув цепь. Максимальное расстояние от фланца до пяты штока – 73 мм. Это гарантирует достаточное натяжение даже сильно изношенной цепи и порой спасает от беды при оборванном успокоителе.
Натяжитель ISAI для двигателей ЗМЗ-405, 406 с подачей масла к цепи привода ГРМ. Для этого на корпусе сделана канавка, показанная стрелкой.
Натяжители ISAI на рынке довольно редки, что объясняется меньшими производственными мощностями изготовителя. Цена – около 400 рублей. Нас привлекли в них простота и высокая жесткость конструкции без «ажурных» деталей, бесступенчатость регулирования и удобство работы во время ремонта. В натяжителях предназначеных для ЗМЗ-406 разработчик ISAI учел тяжелые условия работы цепей привода ГРМ, особенно – верхней, из-за недостатка смазки. Для этих моторов созданы натяжители, устанавливаемые вместо гидравлических, причем они обеспечивают дополнительную подачу масла (для этого на корпусе сделана канавка) непосредственно к цепям. Срок службы приводов существенно увеличивается.
Принципиально новое изделие на рынке натяжителей – ISAI. По присоединительным размерам и максимальному выходу штока (73 мм) оно идентично РОДОСу. Конструкция очень жесткая (рис. а), шток 1 выдвигается за счет вращения в резьбе М14х2,0 корпуса 2. А задает вращение тарированная пружина 4 часового типа, соединенная одним концом с корпусом, другим – с осью привода 3. Во взведенном состоянии (а) механизм удерживается фиксатором 6 под колпачком 5. Фиксатор – кусочек мягкой проволоки и т.п. Поставив натяжитель на двигатель, колпачок свинчиваем – цепь натянется (рис. б). Убрав фиксатор, колпачок навинчиваем обратно, чтобы исключить течь масла. Если понадобится ослабить цепь, снимать натяжитель не нужно, – «свинтив» колпачок, отверткой вращаем хвостовик против часовой стрелки, взводя пружину – шток утапливается. Нажав на него башмаком цепи, фиксируем от проворота, затем вкладываем в защитный колпачок фиксатор и навинчиваем его. Натяжитель останется в этом положении.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Вопрос: Для чего нужен натяжитель цепи?
Ответ: Цепи привода газораспределительного механизма (ГРМ) в процессе работы вытягиваются. Назначение натяжителя скомпенсировать это растяжение и погасить динамические нагрузки.
Вопрос: Откуда взялись динамические нагрузки?
Ответ: Заводские погрешности изготовления (неравномерность шага, биения звездочек и звеньев цепи) приводят к динамическим изменениям длины участков цепи в местах установки натяжителей. Это приводит к колебательным процессам с частотой 8...46 гц, и амплитудой ∆1;
Вопрос: Какие натяжители цепи устанавливает ЗМЗ на 406 двигатель?
Ответ: В настоящее время на 406 двигатель устанавливается только натяжитель выпускаемый заводом «ЯЗТА», «10» натяжитель, так как «40»(«50») не производится.
Вопрос: Чем отличаются эти натяжители друг от друга?
Ответ: Основные коренные отличия этих натяжителей следующие:
«40» демпфирует динамическую нагрузку гидравлическим способом, а «10»- гидромеханическим;
«40» автоматически настраивается на температурный режим двигателя (горячий, холодный), «10» настроен только на горячий температурный режим двигателя;
«40» поддерживает рабочий зазор между башмаком (звездочкой) и цепью 1,2 мм., а «10» — 2,5 мм.;
«40» не боится «грязного» масла, «10» болезненно реагирует на «грязное» масло;
«40» при зависании шарика обратного клапана автоматически переходит в режим гидромеханического демпфирования с сохранением своей работоспособности, «10» переходит в режим ударного (жесткого) демпфирования с нарушением работоспособности.
Вопрос: Каким путем получены такие преимущества?
Ответ: Такие преимущества «40» натяжителя над «10» получены принципиально новыми конструктивными решениями. (см. рисунок)
Вопрос: Как было получено гидравлическое демпфирование на «40» натяжителе?
Ответ: После запуска двигателя динамические нагрузки начинают смещать плунжер вместе с корпусом в сторону крышки. При этом масло из внутренней полости выходит через перепускное отверстие в систему смазки. После перекрытия перепускного отверстия наружной поверхностью крышки, масло запертое в замкнутом объеме, вследствие своей не сжимаемости, гидравлически демпфирует динамические нагрузки с образованием рабочего зазора 1,2 мм.
Вопрос: Как демпфирует динамические нагрузки «10» натяжитель?
Ответ: Под действием динамических нагрузок плунжер перемещается относительно корпуса в пределах длины своей канавки до сопряжения со стопорным кольцом, расположенным в проточке корпуса. Масло из внутренней полости при этом через плунжерный зазор дросселируется в картер двигателя. После сопряжения нагрузка через корпус натяжителя предается на корпусные детали двигателя с образованием рабочего зазора в 2,5 мм. Эксперементально подобранный плунжерный зазор 25....32 мкм. обеспечивает безударное сопряжение плунжера с корпусом при температуре масла 90°С.
Вопрос: Может ли у «10» натяжителя в процессе работы обминаться стопорное кольцо?
Ответ: Может, так как оно воспринимает все пришедшие на натяжитель динамические нагрузки.
Вопрос: Как ведут себя стопорные кольца у «40» натяжителя в процессе работы?
Ответ: В процессе работы стопорные кольца «40» натяжителя не воспринимают динамических нагрузок ГРМ. Они служат только для перемещения корпуса в сторону крышки.
Вопрос: Как будет работать «10» натяжитель в зимнее время, при низких температурах?
Ответ: При низких температурах вязкость масла, а следовательно и сопротивление щелевого дросселя плунжерной пары увеличиваются в десятки раз, что приводит к жесткому режиму работы с образованием рабочего зазора меньше чем амплитуды колебаний цепи (∆1;∆2). Это обстоятельство приводит к значительному увеличению нагрузок на все элементы ГРМ, а более конкретно это может привести к разрушению цепи, обрыву болтов крепления звездочек промежуточного вала или разрушению шеек распредвалов в районе крепления звездочек, или разрушению натяжного устройства (поломка кронштейна) включая и натяжитель (заклинивание).
Вопрос: Как ведет себя «40» натяжитель в зимнее время?
Ответ: Диаметр перепускного отверстия подобран с учетом зимнего пуска двигателя. А возможность перекрытия этого отверстия позволяет натяжителю автоматически настроится на конкретный температурный режим и обеспечить гидравлическое демпфирование с образованием оптимального рабочего зазора без увеличения нагрузок на ГРМ.
Вопрос: Почему «10» натяжитель боится «грязного» масла?
Ответ: Избыточное давление в системе смазки двигателя, от которой запитан натяжитель цепи способствует постоянным протечкам масла через плунжерный зазор. В свою очередь этот зазор 25...32 мкм. начинает работать как щелевой фильтр забивая с течением времени внутреннюю полость натяжителя грязью. Это приводит к зависанию шарика обратного клапана или заклиниванию плунжера и, как следствие, выходу из строя натяжителя.
Вопрос: Как ведет себя «40» натяжитель при работе на грязном масле?
Ответ: Зазор в плунжерной паре подобран таким образом, что исключает протечку через него масла и попадания грязи во внутреннюю полость натяжителя, но даже если грязь попала в натяжитель и привела к зависанию шарика обратного клапана, натяжитель автоматически переходит в режим гидромеханического демпфирования до плановой замены цепи. Вы даже это не почувствуете в процессе эксплуатации.
Вопрос: Откуда взялся рабочий зазор 1,2 мм. у «40» натяжителя?
Ответ: Специальные исследования по подбору этого зазора на испытательных стендах ЗМЗ определили оптимальную его величину, которая обеспечила минимальные динамические нагрузки на ГРМ.
Вопрос: Возможно ли заклинивание «10» натяжителя из-за разворота стопорного кольца?
Ответ: Практика эксплуатации «10» натяжителя показала, что это возможно. Из-за удлиненной канавки плунжера стопорное кольцо может развернуться и занять сразу две проточки корпуса, заблокировав плунжер в корпусе.
Вопрос: Для чего у «40» натяжителя поставлены 2 стопорных кольца?
Ответ: Когда одно из стопорных колец находиться в проточке корпуса, второе зависает посередине между проточками. Это позволило плунжеру поддерживать рабочий зазор с точностью 0,85 мм. и обеспечило бесшумную работу натяжителя в режиме «сухого» пуска, когда внутренняя полость заполнена воздухом
Вопрос: Что за натяжитель «ГОН»?
Ответ: Это «10» натяжитель Курского завода или натяжитель производства КНР с маркировкой «ГОН» фирмы «СЭТ» низкого качества.
Вопрос: Что за натяжители «20» и «50»?
Ответ: Это те же «10» и «40» натяжители только в них установлена усиленная пружина плунжера
Вопрос: Что за натяжитель «РОДОС-001»?
Ответ: Это чисто механический натяжитель без гидравлического демпфирования с нулевым рабочим зазором.
Вопрос: Что за натяжитель «60»?
Ответ: Это гидронатяжитель производства НПП «Люкс-Сервис», являющийся модернизированной конструкцией «40» натяжителя.
http://volga.ural.ru
Автоматический механический натяжитель цепи ISAIНатяжитель РОДОС механического типа для двигателей ЗМЗ-405, 406
