Газораспределительный механизм двигателя УМЗ-421 состоит из газопровода, распределительного вала, шестерни распределительного вала, толкателей со штангами и клапанов с коромыслами.
Газопровод.
Газопровод состоит из алюминиевой впускной трубы и чугунного выпускного коллектора. Впускная труба и выпускной коллектор соединены между собой в один узел через прокладку четырьмя шпильками М8, а их плоскость прилегания к головке блока цилиндров обработана в сборе с неплоскостностью не более 0.15 мм, поэтому разборка узла без необходимости не желательна.
На двигателях применяются три основных модификации газопроводов, которые отличаются между собой коллекторами – под настроенную и не настроенную систему выпуска и впускными трубами – с фланцем под установку клапана рециркуляции и без него.
Газопровод с коллектором под настроенную систему выпуска с впускной трубой без гнезда под клапан системы рециркуляции применяется на двигателях УМЗ-421, 421-30, 4215-10. Обозначение газопровода – 4215.1008010.
Газопровод под настроенную систему выпуска с впускной трубой с гнездом под установку клапана системы рециркуляции используется на двигателях УМЗ-4215-30. Обозначение газопровода – 4215.1008010-30.
Газопровод под систему выпуска без настройки и впускной трубой без гнезда под клапан рециркуляции устанавливается на все исполнения двигателей УМЗ-4218. Обозначение газопровода – 417.1008010 -20.
Средняя часть впускной трубы подогревается отработавшими газами, проходящему по впускному коллектору. Степень подогрева можно регулировать вручную при помощи проворачивающейся заслонки в зависимости от сезона. При повороте сектора в положение, при котором метка «зима» находится против стопорной шпильки, подогрев смеси наибольший, при повороте в положение метки «лето» — подогрев наименьший.
Распределительный вал.
Распределительный вал — чугунный, литой со стальной шестерней привода масляного насоса и датчика-распределителя зажигания, для удобства сборки имеет пять опорных шеек разных диаметров : первая — 52 мм, вторая — 51 мм, третья — 50 мм, четвертая — 49 мм, пятая — 48 мм. Шейки опираются непосредственно на поверхность отверстий в алюминиевом блоке цилиндров.
Рабочая поверхность кулачков и эксцентрика привода топливного насоса отбелена до высокой твердости при отливке распределительного вала. Зубья шестерни привода масляного насоса закалены. Профили впускного и выпускного кулачков разные. Кулачки по ширине шлифованы на конус. Коническая поверхность кулачков в сочетании со сферическим торцом толкателя при работе двигателя сообщают толкателю вращательное движение. Вследствие этого износ направляющей толкателя и его торца делается равномерным и небольшим.
На двигателях УМЗ-421 применялись два вида распределительных валов, которые отличаются только материалом и технологией их изготовления. По основным геометрическим размерам и остальным параметрам они практически унифицированы. На всех двигателях начиная с 2001 года используются только литые чугунные распределительные валы с отбелом кулачков и эксцентрика привода бензонасоса до высокой твердости. Шестерня привода маслонасоса стальная, с закалкой ТВЧ.
На двигателях, выпущенных до 2001 года могут быть установлены как чугунные литые валы, так и кованные из стали 45 с закалкой ТВЧ кулачков, эксцентрика привода бензонососа, шестерни привода маслонасоса и всех опорных шеек. В связи с более низкой стойкостью стальных кулачков к износу стальные валы должны применяться только в газораспределительном механизме, имеющем по одной пружине на клапанах.
Распределительный вал обеспечивает следующие фазы газораспределения при зазорах между клапаном и коромыслом 0.45 мм. и высотой подъема клапанов 105 мм. :
Впуск : начало открытия до ВМТ — 16 градусов, конец закрытия после НМТ — 60 градусов.
Выпуск : начало открытия до НМТ — 62 градуса, конец закрытия после ВМТ — 28 градусов.
Работа распределительного вала.
Распределительный вал приводится во вращение от коленчатого вала косозубой шестерней. На коленчатом валу находится чугунная шестерня с 28 зубьями, а на распределительном валу — полиамидная шестерня с 56 зубьями. Применение полиамида обеспечивает бесшумность работы шестерен. Обе шестерни имеют по два отверстия с резьбой М8х1.25 для съемника.
Распределительный вал вращается в два раза медленнее коленчатого вала. Шестерня закреплена на распределительном валу при помощи шайбы и болта с резьбой М12х1.25. Болт ввертывается в торец вала. На шестерне коленчатого вала против одного из зубьев нанесена метка «0», а против соответствующей впадины шестерни распределительного вала нанесена риска или засверловка. При установке распределительного вала эти метки должны быть совмещены.
Шестерня распределительного вала.
Шестерня распределительного вала косозубая, изготовлена из полиамида ПА6-210, усиленного стекловолокном. По сравнению с шестерней из текстолита, применявшейся ранее, шестерня из полиамида при работе издает меньше шума и менее чувствительна к колебаниям зазора в зацеплении с шестерней коленчатого вала. Шестерня имеет 56 зубьев. Ступица шестерни выполнена из ковкого чугуна.
Толкатели.
Толкатели — стальные, поршневого типа. Торец толкателя наплавлен отбеленным чугуном и шлифован по сфере радиусом 750 мм, выпуклость середины торца равна 0.11 мм. Внутри толкателя имеется сферическое углубление радиусом 8.73 мм для нижнего конца штанги. Вблизи нижнего торца сделаны два отверстия для стока масла из внутренней полости толкателя.
Толкатели по наружному диаметру и отверстия под толкатели в блоке цилиндров разбиты на две размерные группы. При сборке толкатели определенной группы следует устанавливать в отверстия, отмеченные соответствующей цифрой.
Штанги толкателей.
Для обеспечения стабильности зазоров в клапанном механизме при нагревании и охлаждении двигателя штанги толкателей изготавливаются из дюралюминиевого прутка. На концы штанг напрессованы стальные закаленные наконечники со сферическими торцами. Нижний наконечник, сопрягающийся с толкателем, имеет торец с радиусом сферы 8.73 мм, а верхний, входящий в углубление в регулировочном винте коромысла — 3.5 мм. Длина штанги двигателя УМЗ-421 со степенью сжатия 8.2 — 283 мм, двигателя УМЗ-421 со степенью сжатия 7.0 — 287 мм.
Клапана.
Клапана изготовлены из жаропрочных сталей: впускной клапан – из хромокремнистой, выпускной — из хромоникельмарганцовистой с азотированием. На рабочую фаску выпускного клапана дополнительно наплавлен жаростойкий хромоникелевый сплав. Диаметр стержня клапанов 9 мм. Тарелка впускного клапана имеет диаметр 47 мм, а выпускного — 39 мм. Угол рабочей фаски обоих клапанов 45 градусов.
На конце стержня клапанов выполнена выточка для сухариков тарелки пружины клапана. Тарелки пружин клапанов и сухарики изготовлены из стали и подвергнуты поверхностному упрочнению. На каждый клапан устанавливается по две пружины: наружная с переменным шагом с левой навивкой и внутренняя с правой навивкой. Пружины изготовлены из термически обработанной высокопрочной проволоки и подвергнуты дробеструйной обработке.
Под пружины устанавливаются стальные шайбы. Наружная пружина устанавливается вниз концом, имеющим меньший шаг витков. Клапаны работают в металлокерамических направляющих втулках. Втулки изготовлены прессованием с последующим спеканием из смеси железного, медного и графитового порошков с добавлением для повышения износостойкости дисульфида молибдена.
Внутреннее отверстие втулок окончательно обрабатывается после их запрессовки в головку. Втулка впускного клапана снабжена стопорным кольцом, препятствующим самопроизвольному перемещению втулки в головке. Для уменьшения количества масла, просасываемого через зазоры между втулкой и стержнем клапана, на верхние концы всех втулок напрессованы маслоотражательные колпачки изготовленные из маслостойкой резины.
Распределительный механизм закрыт сверху крышкой коромысел, штампованной из листовой стали. Крышка коромысел крепится через резиновую прокладку к головке цилиндров шестью болтами М6. Момент затяжки болтов крепления крышки коромысел не более 0.5 кгсм. При затяжке данных болтов большим моментом, чем указано выше, произойдет смятие резиновой прокладки крышки коромысел и нарушение герметичности уплотнения стыка крышка коромысел — головка блока цилиндров.
Коромысла клапанов.
Коромысла клапанов одинаковые для всех клапанов, стальные, литые. В отверстие ступицы коромысла запрессована втулка, свернутая из листовой оловянной бронзы. На внутренней поверхности втулки сделана канавка для равномерного распределения масла по всей поверхности и для подвода его к отверстию в коротком плече коромысла. Длинное плечо коромысла заканчивается закаленной цилиндрической поверхностью, опирающейся на конец клапана, а короткое плечо – резьбовым отверстием для регулировочного винта.
Коромысла установлены на полой стальной оси, которая закреплена на головке блока цилиндров при помощи четырех основных стоек из высокопрочного или ковкого чугуна и двух дополнительных стоек из ковкого чугуна и шпилек, пропущенных через стойки. Четвертая основная стойка на плоскости, прилегающей к головке цилиндров, имеет паз, через который подводится масло из канала в головке в полость оси коромысел.
Остальные стойки фрезерованного паза не имеют, поэтому их нельзя ставить на место четвертой стойки. От осевого перемещения коромысла удерживаются распорными пружинами, прижимающими коромысла к стойкам. Крайние коромысла находятся между дополнительными и основными стойками. Для увеличения износостойкости поверхность оси в местах установки коромысел закалена ТВЧ, твердость не менее HRC 54. Под каждым коромыслом в оси сделано отверстие для смазки.
Газораспределительный механизм двигателя УМЗ-421, обслуживание.
Обслуживание газораспределительного механизма заключается в периодической проверке зазора между коромыслами и клапанами, в очистке клапанов от нагара и их притирке. Регулировку зазоров необходимо выполнять на холодном двигателе при появлении признаков нарушения зазоров : стук клапанов, уменьшение мощности двигателя, вспышки в карбюраторе, выстрелы в выпускном коллекторе.
Регулировка зазора между коромыслами и клапанами ГРМ УМЗ-421.
Зазор между коромыслом и клапаном на холодном двигателе УМЗ-421 для выпускных клапанов первого и четвертого цилиндров должен быть 0.30-0.35 мм, для остальных клапанов — 0.35-0.40 мм. Регулировка производится в следующем порядке :
— снять шланг вакуумного регулятора;
— снять крышку коромысел, избегая повреждения прокладки;
— установить поршень первого цилиндра по метке на шкиве-демпфере коленчатого вала в ВМТ при такте сжатия и щупом проверить зазор.
При неправильном зазоре с помощью регулировочного винта установить зазор по щупу, после чего, поддерживая отверткой pегулиpовочный винт, затянуть контpогайку и проверить правильность зазора. Проворачивая коленчатый вал на пол обоpота, отрегулировать остальные зазоры согласно порядку работы 1-2-4-3 цилиндров.