Работа клапанов в двигателе: Страница не найдена

Содержание

Клапан двигателя. Назначение, устройство, конструкция

Это деталь двигателя и одновременно крайнее звено газораспределительного механизма. Клапанная группа включает в себя: пружину, направляющую втулку, седло, механизм крепления пружины. Все эти детали работают в тяжёлых механических и тепловых условиях, испытывая колоссальные нагрузки.

Сопряжение седло-клапан, подвергается наибольшему воздействию высоких температур и ударных нагрузок. Кроме того, детали постоянно испытывают недостаток в смазке по причине высоких скоростей работы. Это вызывает их интенсивный износ.

Требования, предъявляемые к группе:

  • Герметичность работы клапана в сопряжении с седлом;
  • Высокий коэффициент обтекаемости, при входе и выходе рабочей смеси из камеры сгорания;
  • Небольшой вес деталей группы;
  • Детали должны быть высокопрочными и одновременно жёсткими;
  • Стойкость к высоким температурам;
  • Эффективная теплоотдача клапанов;
  • Высокое сопротивление механическим и ударным нагрузкам;
  • Противодействие коррозии.

Назначение и особенности устройства

Назначение клапана, открывать и закрывать отверстия в головке блока цилиндров для выпуска отработанных газов либо впуска новой рабочей смеси. К основным элементам детали относятся головка и стержень. Переход от стержня к головке служит для плавного отвода газов, чем он плавней, тем лучше будет наполнение, либо очистка камеры сгорания.

Отработанные газы, выходя из камеры сгорания, создают сильное избыточное давление, а чем меньше площадь тарелки клапана, тем меньшие нагрузки он испытывает, вот почему выпускной клапан двигателя делается меньшего диаметра, а требования к нему выше. Так, при работе, головка выпускного клапана нагревается до 800-900.°С на бензиновых двигателях и до 500-700°С на дизельных моторах, впускной, нагревается до 300°С.

Именно по этим причинам при изготовлении выпускных клапанов нужны сплавы и материалы, обладающие повышенной жаропрочностью и содержащие большое количество легирующих присадок. Клапана делают из 2-х частей: головку из жаростойкого материала, стержень из углеродистой стали. Для изготовления клапана ДВС эти заготовки сваривают и шлифуют.

Выпускные клапана, в месте контакта с цилиндром, покрывают твёрдым сплавом. Толщина сплава порядка 1,5-2,5 мм. Такое покрытие позволяет избежать коррозии.

По причине меньших нагрузок при изготовлении впускных клапанов используют хромистые или хромоникелевые стали со средним содержанием углерода. При вводе рабочей жидкости в камеру сгорания, топливо отводит часть температуры от клапана и его составляющих, из-за чего температурные перепады у него ниже.

На эффективность работы клапана большое влияние оказывает его форма. Чем более она обтекаемая, тем выше скорость входящего или выходящего заряда смеси. Чаще всего головку клапана делают плоской, для облегчения изготовления детали, удешевления её производства и сохранения жёсткости.

Однако, в двигателях, испытывающих повышенные нагрузки, например, форсированных, в связи со спецификой самого двигателя применяют впускные клапана с вогнутыми головками. Такое устройство уменьшает массу детали и инерционную силу, возникающую при работе.

Стыковка клапана с седлом осуществляется по тонкому ободку на поверхности головки цилиндров — фаске. Стандартный угол наклона фаски впускных клапанов составляет 45°, у выпускных 45° или 30°. При изготовлении головок цилиндра фаски шлифуют, а затем, при установке клапана, каждый притирают к седлу. Ширина ободка должна быть не менее 0,8мм.

Ободок не должен прерываться по всему периметру окружности тарелки клапана. Сочленение между клапаном и седлом нужно уплотнить наверняка, вот зачем угол фаски клапана, по наружной стороне фаски, делают меньше угла седла на 0,5-1°.

В некоторых двигателях, для большей сохранности изделия, применяют устройство принудительного вращения клапана. В процессе работы на фасках откладывается нагар, нарушается уплотнение, появляются механические повреждения, это резко снижает эффективность работы мотора. Проворачиваясь, клапан ДВС распределяет нагрузку равномерно по всей поверхности фаски и принудительно очищает ее.

После фаски головки, у клапана имеется специальный поясок, в виде цилиндра. Эта конструктивная особенность позволяет уберечь его от перегрева и обгорания, а так же делает головку более жёсткой. Кроме того, при притирке, диаметр клапана остаётся прежним.

Пружинное стопорное кольцо предотвращает падение клапана в камеру сгорания двигателя, в случае, если элементы крепления хвостовика поломаются.

При соприкосновении с кулачком распределительного вала, или коромыслом, торцы клапана подвергаются большим нагрузкам. Поэтому для предания им жёсткости и износостойкости, их закаливают, или надевают на них специальные колпачки из высокопрочных сплавов.

Впускные клапана снабжают специальными резиновыми маслосъёмными колпачками, для предотвращения попадания через зазор масла в камеру сгорания в период такта впуска.

Выпускные клапана, работая в экстремальных температурных режимах, могут заклинить в отверстии направляющей втулки. Что бы этого не произошло, их стержни делают меньшего диаметра вблизи головки, по сравнению с поверхностью на остальной длине.

Сухарики, удерживающие клапанные пружины, держатся за сам клапан при помощи крепления, обеспеченного выточками.

Диаметр стержня выпускных клапанов больше диаметра стержня впускных, головка клапана — меньше. Такой конструктивный приём позволяет отвести от клапана больше тепла и понизить его температуру. Однако этот приём увеличивает сопротивление потока газов, делая очистку камеры сгорания менее эффективной. При расчётах, этот параметр сложно узнать, поэтому им пренебрегают, считая давление при выпуске большим, чем давление при впуске, что компенсирует недостаток с лихвой.

Для увеличения эффекта охлаждения выпускного клапана внутри его делают пустотелым. Пустое пространство заполняют металлом с низкой температурой плавления, обычно жидким натрием. Нагреваясь от головки клапана, пары жидкого натрия поднимаются в верхнюю, боле холодную часть, забирая большую часть тепла с собой. Там они соприкасаются с менее нагретой частью стержня и отдают тепло ей.

Пружины клапана

Пружина работает в условиях больших нагрузок. Основная её задача заключается в создании надёжной и плотной стыковки клапана и седла. Испытывая нагрузки, пружина может сломаться, зачастую это происходит по причине вхождения её в резонанс. С целью предотвращения этого явления, витки пружины делают с переменным шагом.

Так же можно изготовить коническую или двойную пружину. Двойные пружины обладают дополнительным плюсом, так как наличие двух деталей повышает надёжность механизма и уменьшает общий размер пружин.

Дабы исключить возможность резонанса в двойной пружине, направление витков внутренней и внешней пружин делают разными. Так же это позволяет удержать обломки детали, в случае поломки пружины, осколки задержатся между витками.

Пружины для клапанов изготавливают из проволоки, материал которой — сталь. После придания формы, изделие закаляют и подвергают отпуску. Для повышения прочности, обдувают воздухом с добавлением абразивного материала.

Что бы избежать коррозии, пружины обрабатывают оксидом цинка или кадмия. Концы пружин шлифуют и придают им плоскую форму. Это делается для более эффективной фиксации торцов пружин со специальными неподвижными тарелками в блоке цилиндров. Тарелки изготавливают из стали с низким содержанием углерода, верхнюю тарелку фиксируют на клапане при помощи сухарика.

Втулки клапанов и их направляющие

Отвод тепла от стержня клапана и его перемещение в возвратно поступательной плоскости обеспечивают направляющие втулки. В процессе работы сами втулки подвергаются воздействию высоких температур, омываясь горячими отработанными газами. При возвратно поступательном движении клапана между ним и поверхностью втулки возникает трение. Если смазки поступает не достаточно, то трение идёт практически на сухую.

Именно по этой причине к материалу втулок применяют ряд требований, таких, как: стойкость к износу, высоким температурам, трению. Некоторые составы чугуна, алюминиевая бронза, керамика обладают всеми свойствами, необходимыми для создания детали, удовлетворяющей таким требованиям.

Для впускных клапанов, в связи с разницей в температуре нагрева, зазоры между направляющей втулкой и стержнем делаются меньше. Нижнюю часть втулки делают под конус для предотвращения заклинивания клапана.

Выточки под клапана (седла)

Долговечность и правильная работа двигателя внутреннего сгорания напрямую зависят от качества изготовления выточки под клапана. При неправильной стыковке клапана и седла не будет обеспечиваться должная герметичность камеры сгорания, и скорый выход мотора из строя неизбежен. Седла изготавливают непосредственно в головке цилиндра, в данном случае речь идёт о чугунных головках. Либо делают их вставными, из стали, например, в алюминиевых головках.

Вставные седла удерживаются в головке путём запрессовки, или развальцовки.

Количество клапанов в двигателе

Когда речь заходит о клапанах, многие задаются вопросом: «сколько клапанов в двигателе должно быть?» Однозначного ответа нет, определить чёткое количество можно только изучив конструктивные особенности мотора. Учитывая, что в четырёхтактной силовой установке клапан осуществляет такты впуска и выпуска, значит минимальное количество на один цилиндр — два, один впускной и один выпускной.

Современные силовые установки наиболее часто используют конструкцию с четырьмя клапанами (двух впускных и двух выпускных) на каждый цилиндр. При открытии клапана в образовавшееся отверстие происходит заброс топливной смеси, или выход отработанных газов. Чем больше отверстие, тем эффективней будет наполнение или очистка. Соответственно коэффициент полезного действия мотора так же увеличится.

Увеличить отверстие за счёт увеличения тарелки клапана нельзя, поскольку её размер ограничен размером камеры сгорания. Поэтому для улучшения качества смесеобразования устанавливают большее количество клапанов на один цилиндр.

Встречаются схемы, в которых применяются два, три, и даже пять клапанов на цилиндр. Учитывая, что процесс наполнения более важен для работы двигателя, количество впускных клапанов в нечётных схемах всегда больше.

Как работают клапаны двигателя

Клапан, который пропускает в цилиндр смесь воздуха и топлива, называется впускным. Клапан, через который отработанные газы покидают двигатель, называется выпускным. Для эффективной работы двигателя при любой скорости эти клапаны должны открываться в определенные моменты.

За этот процесс отвечают грушевидные детали (кулачки), которые крепятся к распределительному валу, вращающемуся под действием цепи, ремня или набора шестерен.

Распределительный вал может находиться в верхней части блока. В этом случае над каждым кулачком вала располагаются небольшие металлические цилиндры (толкатели). Когда конец толкателя упирается в коромысло, кулачок воздействует на ножку клапана, который удерживается в поднятом (закрытом) состоянии с помощью сильной пружины.

Двигатель с верхним расположением распределительного вала

В подобной конструкции вал, расположенный в верхней части двигателя, работает под управлением ремня с внутренними зубьями, и контуры кулачков напрямую взаимодействует с толкателями, расположенными над клапанами.

Когда толкатель давит на кулачок, он задействует коромысло, которое ослабляет пружину и открывает клапан. При дальнейшем вращении контура пружина возвращается в первоначальное положение, и клапан закрывается. Такая конструкция характерна для двигателя с верхним расположением клапанов в головке цилиндра.

В некоторых двигателях отсутствуют толкатели, и клапаны открываются и закрываются с помощью двойных или одинарных распределительных валов.

Такая конструкция носит название двигателя с одним распределительным валом и клапанами в головке. В ней меньше подвижных частей, поэтому она является более мощной и может работать на высоких скоростях. В любом случае, между деталями присутствует зазор, чтобы клапан мог свободно закрываться и открываться, когда те расширяются при нагревании.

Зазоры между ножкой клапана и коромыслом или кулачком необходимы для нормальной работы системы, а их отсутствие может вызвать серьезные повреждения составных частей.

При слишком большом зазоре клапаны будут открываться слишком рано, а закрываться слишком поздно, что снизит мощность двигателя и увеличит уровень производимого им шума.

При малом зазоре клапаны не будут нормально закрываться, что приведет к ослаблению компрессии.

В некоторых двигателях зазоры регулируются автоматически под давлением смазочной жидкости.

Распределительный вал с толкателями

При конструкции, согласно которой распределительный вал находится в блоке цилиндров, длинные штанги толкателей воздействуют на коромысла, открывающие клапаны. Двигатели с верхним расположением клапанов в головке цилиндра считаются менее эффективными, чем двигатели с одним распределительным валом и клапанами в головке, т.к. большое количество подвижных частей ограничивает скорость, при которой двигатель может безопасно работать.

В двигателе с верхним расположением распределительного вала и штангами коленчатый вал находится в головке цилиндров.

При вращении вала каждый клапан открывается с помощью толкателя, штанги и коромысла. Клапан удерживается в закрытом состоянии пружиной.

Количество зубьев на звездочке ведущей цепи в два раза превышает количество зубьев на шестерне распределительного вала, поэтому вал вращается в два раза медленнее, чем двигатель.

Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке

В некоторых моделях кулачки напрямую воздействуют на короткие рычаги, именуемые пальцами.

Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке содержит меньше деталей для управления клапанами. Кулачки напрямую взаимодействуют с толкателями или короткими рычагами (пальцами), которые, в свою очередь, открывают и закрывают клапаны.

Такая система обладает меньшим весом и технической сложностью, т.к. в ней отсутствуют штанги толкателей и коромысла.

Для управления распределительным валом с помощью звездочки на коленчатом вале часто используется длинная цепь, которая иногда провисает. Эта проблема решается добавлением промежуточных звездочек и нескольких коротких цепей с большим натяжением.

Кроме того, могут быть использованы нерастягиваемые резиновые маслоупорные ремни с зубьями, которые цепляются к звездочкам на распределительном и коленчатом валах.

Клапан двигателя внутреннего сгорания — что такое клапаны двс

Чтобы четырехтактный двс любого автомобиля смог работать, в его устройство входит множество разных деталей и механизмов, которые синхронизированы между собой. Среди таких механизмов – грм. Его функция заключается в том, чтобы обеспечить своевременное срабатывание фаз газораспределения. О том, что это такое, подробно рассказывается здесь.

Если коротко, то газораспределительный механизм в нужное время открывает впускной/выпускной клапан, чтобы обеспечить своевременность процесса при выполнении конкретного такта в цилиндре. В каком-то случае требуется, чтобы оба отверстия были закрыты, в другом – открыто одно или даже оба.

Рассмотрим ближе одну деталь, которая позволяет стабилизировать данный процесс. Это клапан. В чем особенность его конструкции, а также как он работает?

Что такое клапан двигателя

Под клапаном подразумевается металлическая деталь, устанавливаемая в головке блока цилиндров. Она является частью механизма газораспределения, и приводится в движение распредвалом.

В зависимости от модификации авто двигатель будет иметь нижнее или верхнее расположение ГРМ. Первый вариант еще встречается в некоторых старых модификациях силовых агрегатов. Большинство производителей уже давно перешли на второй вид газораспределительных механизмов.

Причина тому – такой мотор легче настраивать и ремонтировать. Для регулировки клапанов достаточно снять клапанную крышку, и не нужно демонтировать весь агрегат.

Назначение и особенности устройства

Клапан – подпружиненный элемент. В спокойном состоянии он плотно закрывает отверстие. Когда распределительный вал проворачивается, кулачок, расположенный на нем, надавливает на клапан, опуская его. Благодаря этому отверстие открывается. Подробно устройство распредвала описывается в другом обзоре.

Каждая деталь играет свою функцию, которую конструктивно невозможно выполнить аналогичному элементу, находящемуся рядом. На один цилиндр предусмотрено минимум два клапана. В более дорогих моделях агрегатов их по четыре. Этих элементов в большинстве случаев парное число, и они открывают разные группы отверстий: одни – впускные, а другие – выпускные.

Впускные клапаны отвечают за поступление в цилиндр свежей порции воздушно-топливной смеси, а в моторах с непосредственным впрыском (разновидность инжекторной топливной системы, она описывается здесь) – объема свежего воздуха. Этот процесс происходит в тот момент, когда поршень выполняет такт впуска (с верхней мертвой точки после удаления выхлопа движется вниз).

Выпускные клапана имеют тот же принцип открытия, только выполняют они уже другую функцию. Они открывают отверстие для удаления продуктов горения в выпускной коллектор.

Конструкция клапанов двигателя

Рассматриваемые детали входят в клапанную группу газораспределительного механизма. В совокупности с другими деталями они обеспечивают своевременную смену фаз газораспределения.

Рассмотрим особенности конструкции клапанов и смежных с ними деталей, от которых зависит их эффективная работа.

Клапаны

Клапаны имеют форму стержня, с одной стороны которого имеется головка или тарельчатый элемент, а с другой – пятка или торец. Плоская часть предназначена для герметичного закрытия отверстий в ГБЦ. Между тарелкой и стержнем сделан плавный переход, а не ступенька. Это обеспечивает обтекаемость клапану, благодаря чему он не создает сопротивление движению рабочей среды.

В одном моторе впускной и выпускной клапана будут немного отличаться. Так, у первых типов деталей тарелка будет шире, чем у вторых. Причина тому – высокая температура и большое давление при удалении через газоотвод продуктов сгорания.

Чтобы детали стоили дешевле, клапаны состоят из двух частей. Отличаются они составом. Эти две части стыкуются при помощи сварки. Рабочая фаска тарелки выпускного клапана тоже является отдельным элементом. Она наплавляется из другого типа металла, который обладает жаростойкими свойствами, а также устойчивостью к механическим нагрузкам. Помимо этих свойств торец выпускных клапанов не так сильно подвержен образованию ржавчины. Правда, эта часть во многих клапанах изготавливается из материала, идентичного металлу, из которого выполнена тарелка.

Головки впускных элементов обычно имеют плоскую форму. Такая конструкция имеет нужную жесткость и простоту исполнения. Форсированные двигатели могут оснащаться клапанами с вогнутыми тарелками. Такая конструкция немного легче стандартного аналога, благодаря чему снижается сила инерции.

Что касается выпускных аналогов, то форма их головки будет либо плоской, либо выпуклой. Второй вариант более эффективный, так как он обеспечивает лучшее удаление газов из камеры сгорания благодаря своей обтекаемости. Плюс выпуклая тарелка более прочная по сравнению с плоским аналогом. С другой стороны такой элемент тяжелее, из-за чего страдает его инерционность. Для таких типов деталей будут требоваться более жесткие пружины.

Также конструкция стержня этого типа клапанов немного отличается от впускных деталей. Чтобы обеспечить лучший теплоотвод от элемента, толщина стержня делается большей. Это повышает устойчивость к сильному нагреву детали. Однако у такого решения есть недостаток – оно создает большее сопротивление удаляемым газам. Несмотря на него, производители все же используют такую конструкцию, потому что выброс отработанного газа выполняется под сильным напором.

На сегодняшний день существует инновационная разработка клапанов с принудительным охлаждением. Такая модификация имеет пустотелый стержень. В его полость закачан жидкий натрий. Это вещество при сильном нагреве (находится возле головки) испаряется. В результате этого процесса газ поглощает тепло от металлических стенок. Пока он поднимается вверх, газ остывает, и конденсируется. Жидкое вещество стекает к основанию, где процесс повторяется.

Чтобы клапаны обеспечивали герметичность сопряжения, в седле и на тарелке выбирается фаска. Она тоже делается со скосом, чтобы устранить ступеньку. При установке клапанов на мотор их притирают к головке.

На герметичность соединения седла и головки влияет образовавшаяся на пояске коррозия, а выпускные детали часто страдают от образования нагара. Чтобы продлить срок службы клапана, некоторые двигатели оснащаются дополнительным механизмом, который при закрытии выпускного отверстия немного проворачивает клапан. Благодаря этому удаляется образовавшийся нагар.

Иногда бывает так, что хвостовик клапана ломается. Из-за этого деталь упадет в цилиндр, что повредит мотор. Для выхода из строя достаточно, чтобы коленвал совершил пару инерционных оборотов. Чтобы предотвратить подобную ситуацию, производители автоклапанов могут оснащать деталь стопорным кольцом.

Немного об особенностях пятки клапана. Эта часть подвергается силе трения, так как на нее оказывает воздействие кулачок распредвала. Чтобы клапан открылся, кулачок должен нажать на него с такой силой, чтобы сжалась пружина. Этот узел должен получать достаточно смазки, а чтобы он быстро не изнашивался, его закаляют. Некоторые разработчики моторов для предотвращения износа стержня используют специальные колпачки, которые выполнены из материалов, устойчивым к подобным нагрузкам.

Чтобы во время нагрева клапан не заклинило во втулке, часть стержня возле тарелки немного тоньше, чем часть, находящаяся возле пятки. Для фиксации клапанной пружины на торце клапанов делаются две проточки (в некоторых случаях одна), в которые вставляются сухари опоры (неподвижной тарелки, куда упирается пружина).

Клапанные пружины

На эффективность работы клапана влияет пружина. Она нужна для того, чтобы головка и седло обеспечивали герметичное соединение, и рабочая среда не проникала через образовавшийся свищ. Если эта деталь будет сильно жесткой, кулачок распредвала или пятка стержня клапана быстро износятся. С другой стороны слабая пружина не сможет обеспечить плотное прилегание двух элементов.

Так как этот элемент работает в условиях резко меняющихся нагрузок, он может сломаться. Для предотвращения быстрых поломок производители силовых агрегатов используют разные типы пружин. В некоторых ГРМ устанавливаются двойные типы. Такая модификация снижает нагрузку на отдельный элемент, тем самым увеличивая его рабочий ресурс.

В таком исполнении пружины будут иметь разное направление витков. Это предотвращает попадание частиц лопнувшей детали между витками другой. Для изготовления этих элементов используется пружинная сталь. После формирования изделия его закаляют.

По краям каждая пружина отшлифовывается, благодаря чему обеспечивается контакт всей опорной части к головке клапана и верхней тарелке, закрепленной на головке блока цилиндров. Чтобы деталь не подвергалась окислению, ее покрывают слоем кадмия и оцинковывают.

Помимо классических клапанов, работающих от ГРМ, в спортивных моделях транспорта может использоваться пневмоклапан. По сути это такой же элемент, только приводится в движение он особенным пневматическим механизмом. Благодаря этому достигается такая точность срабатывания, что мотор способен развивать невероятные обороты – вплоть до 20 тысяч.

Такая разработка появилась еще в 1980-х годах. Она способствует более четкому открытию/закрытию отверстий, чего не может обеспечить ни одна пружина. Этот привод работает от сжатого газа, находящегося в резервуаре над клапаном. Когда кулачок бьет по клапану, сила удара составляет приблизительно 10 Бар. Клапан открывается, а когда распредвал ослабляет воздействие на его пятку, сжатый газ быстро возвращает деталь на свое место. Чтобы давление не падало из-за возможных утечек, система оснащена дополнительным компрессором, резервуар которого находится под давлением около 200 Бар.

James Ellison, PBM Aprilia, CRT Test Jerez Feb 2012

Такая система используется в мотоциклах класса MotoGP. Этот транспорт при одном литре объема мотора способен развить 20-21 тысячу оборотов коленвала. Одна из моделей с подобным механизмом – одна из моделей мотоцикла Aprilia. Его мощность составила невероятные 240 л.с. Правда, для двухколесного транспорта это слишком много.

Направляющие втулки клапанов

Роль этой детали в работе клапана заключается в том, чтобы обеспечить его прямолинейное перемещение. Также втулка способствует охлаждению стержня. Эта часть нуждается в постоянной смазке. В противном случае стержень будет подвергаться постоянной термической нагрузке, а втулка быстро сотрется.

Материал, который могут использовать для изготовления таких втулок, должен обладать теплоустойчивостью, выдерживать постоянное трение, хорошо отводить тепло от смежной детали, а также выдерживать большие температуры. Такие требования может удовлетворить перлитный серый чугун, алюминиевая бронза, керамика с хромом или хромникелем. Все эти материалы имеют пористую структуру, благодаря чему способствуют удержанию масла на своей поверхности.

Втулка для выпускного клапана будет иметь немного больший зазор между стержнем, чем у впускного аналога. Причина тому – большее тепловое расширение клапана, работающего на удаление отработанного газа.

Седла клапанов

Это контактная часть отверстия ГБЦ возле каждого цилиндра и тарелки клапана. Так как эта часть головки сталкивается с механическими и термическими нагрузками, она должна обладать хорошей устойчивостью к сильному нагреву и частым ударам (когда автомобиль едет быстро, обороты распределительного вала настолько высокие, что клапана буквально падают в седло).

Если блок цилиндров и его головка изготавливается из алюминиевого сплава, седла клапанов обязательно будут выполнены из стали. Чугун и так неплохо справляется с подобными нагрузками, поэтому седло в такой модификации выполняется в самой головке.

Существуют также вставные седла. Они изготавливаются из легированного чугуна или жаростойкой стали. Чтобы фаска элемента не так сильно изнашивалась, ее выполняют путем наслоения жаростойкого металла.

Вставное седло фиксируется в отверстии головки разными способами. В некоторых случаях оно запрессовывается, а в верхней части элемента выполняется проточка, которая в процессе монтажа заполняется металлом тела головки. Благодаря этому создается целостность узла из разных металлов.

Стальное седло крепится путем развальцовки верхней части в теле головки. Существуют седла цилиндрической и конической форм. В первом случае они монтируются до упора, а вторые имеют небольшой торцевой зазор.

Количество клапанов в двигателе

Стандартный 4-тактный двигатель внутреннего сгорания оснащается одним распределительным валом и двумя клапанами на один цилиндр. В таком исполнении одна деталь отвечает за впрыск смеси воздуха или просто воздуха (если топливная система имеет непосредственный впрыск), а другая – за отвод отработанных газов в выпускной коллектор.

Более эффективная работа у модификации двигателя, в которой на один цилиндр имеется четыре клапана – по два на каждую фазу. Благодаря такой конструкции обеспечивается лучшее наполнение камеры новой порцией ВТС или воздуха, а также ускоренное удаление выхлопных газов и проветривание полости цилиндра. Такими моторами начали комплектовать автомобили, начиная с 70-х гг прошлого столетия, хотя разработка таких агрегатов началась еще в первой половине 1910-х годов.

На сегодняшний день для улучшения работы силовых агрегатов существует разработка двигателя, в котором имеется пять клапанов. Два на выпуск, и три на впуск. Примером таких агрегатов являются модели концерна Volkswagen-Audi. Хотя принцип работы грм в таком моторе идентичен классическим вариантам, но конструкция этого механизма усложнена, из-за чего инновационная разработка стоит дорого.

Похожий нестандартный подход применяет также автопроизводитель Mercedes-Benz. Некоторые двигатели этого автопроизводителя оснащаются тремя клапанами на цилиндр (2 – впускные, 1 – выпускной). Дополнительно в каждой камере котелка устанавливается по две свечи зажигания.

Число клапанов производитель определяет по размеру камеры, в которую поступает топливо и воздух. Чтобы улучшить ее наполнение, нужно обеспечить лучший приток свежей порции ВТС. Для этого можно увеличить диаметр отверстия, а вместе с ним и размер тарелки. Однако такая модернизация имеет свои рамки. А вот установить дополнительный впускной клапан вполне реально, поэтому автопроизводители разрабатывают именно такие модификации ГБЦ. Так как скорость впуска важнее выпуска (удаление выхлопа производится под давлением поршня), то при нечетном количестве клапанов больше всегда будет впускных элементов.

Из чего изготавливают клапана

Так как клапаны работают в условиях максимальных температурных и механических нагрузок, они изготавливаются из металла, устойчивого к таким факторам. Больше всего нагревается, а также сталкивается с механическим воздействием место контакта седла и тарелки клапана. При высоких оборотах мотора клапаны быстро опускаются в седла, что создает удар на краях детали. Так же в процессе сгорания смеси воздуха и топлива тонкие края тарелки подвергаются резкому нагреву.

Помимо тарелки клапана нагрузке подвергаются еще и клапанные втулки. Негативными факторами, которые приводят к износу эти элементы, является недостаточная смазка и постоянное трение при быстром передвижении клапанов.

По этим причинам к клапанам предъявляются такие требования:

  1. Они должны герметично закрывать впускное/выпускное отверстия;
  2. При сильном нагреве края тарелки не должны деформироваться от ударов о седло;
  3. Должны быть хорошо обтекаемыми, чтобы поступающей или удаляемой среде не создавалось сопротивление;
  4. Деталь не должна быть тяжелой;
  5. Металл должен быть жестким и прочным;
  6. Не должен подвергаться сильному окислению (когда машина ездит редко, края головок не должны ржаветь).

Деталь, открывшая отверстие, в дизелях нагревается до 700 градусов, а в бензиновых аналогах – до 900 выше нуля. Ситуация усложняется тем, что при таком сильном нагреве открытый клапан не охлаждается. Выпускной клапан может быть изготовлен из любой высоколегированной стали, выдерживающей большой нагрев. Как уже было сказано, один клапан изготавливается из двух разных типов металла. Головка сделана из жаропрочных сплавов, а стержень – из углеродистой стали.

Что касается впускных элементов, то они охлаждаются за счет контакта с седлом. Тем не менее, их температура тоже высокая – порядка 300 градусов, поэтому не допускается, чтобы при нагреве деталь деформировалась.

Часто в состав сырья для создания клапанов входит хром, что повышает его термическую устойчивость. В процессе сгорании бензина, газа или дизтоплива выделяются некоторые вещества, которые могут агрессивно воздействовать на металлические детали (например, это окись свинца). Для предотвращения негативной реакции в материал головки клапана могут входить никель, марганец и азотные соединения.

И напоследок. Ни для кого не является секретом, что в любом двигателе со временем клапана прогорают. Вот небольшое видео о том, по каким причинам это происходит:

Вопросы и ответы:

Что делают клапана в двигателе? Во время их открывания впускные клапаны обеспечивают приток свежего воздуха (или воздушно-топливной смеси) в цилиндр. Открытые выпускные клапаны отводят отработавшие газы в выпускной коллектор.

Как понять, что прогорели клапана? Ключевым признаком прогоревших клапанов является троение мотора независимо от оборотов. При этом мощность мотора прилично снижается, а расход топлива увеличивается.

Какие части открывают и закрывают клапаны? Шток клапана связан с кулачками распределительного вала. Во многих современных двигателях между этими деталями устанавливаются еще гидрокомпенсаторы.

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ

Клапаны, устройство и назначение клапана

Кла́пан — это устройство, предназначенное для открытия, закрытия, а также регулирования потока горючей смеси, которая попадает в цилиндры двигателя и выпуска отработавших газов.

Для нормальной работы четырехтактного двигателя требуется, как минимум, по два клапана на каждый цилиндр — впускной клапан и выпускной клапан. В данный момент широкое распространение получили клапаны тарельчатого типа со стержнем. Для качественного наполнения цилиндра горючей смесью диаметр тарелки впускного клапана делается немного больше, чем у выпускного.

 

Из чего изготавливают клапана

Седла клапанов изготавливаются из чугуна или стали, затем запрессовываются в головку блока цилиндров. Клапаны во время работы двигателя подвержены значительным механическим и тепловым нагрузкам, поэтому необходимо подбирать специальный сплав для изготовления детали.

Клапана для высокофорсированных двигателей должны хорошо охлаждаться, поэтому в них применяют клапаны с полым стержнем, с наполнением натрия внутри. При достижении рабочей температуры натрий плавится и начинает перетекать от тарелки клапана, к стержню равномерно распределяя тепло. Для равномерности теплопередачи и уменьшения нагара на фасках клапана применяют механизмы вращения клапана.

 

Виды ГРМ


Существуют следующие виды газораспределительных механизмов: нижнеклапанный ГРМ и верхнеклапанный ГРМ. Сегодня, на современных автомобилях, используются только верхнеклапанные ГРМ, когда клапаны располагаются в головке цилиндров.

Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью клапанной пружины, а открывается при нажатии на стержень клапана. Клапанные пружины должны иметь определенную жесткость (оптимальную, чтобы не увеличивать ударную нагрузку на седло клапана) для гарантированного закрытия клапана во время работы.

Чтобы снизить потери на трение в ГРМ применяют ролики, которые установлены на рычагах и толкателях привода клапанов. Применение роликов в клапанном механизме заменяет трение скольжения, на трение качение, что значительно уменьшает потери на привод клапанов.

При открытии впускного клапана проходит топливно-воздушная смесь (или воздух) наполняя цилиндр двигателя. Чем больше площадь проходного сечения, тем полнее заполнится цилиндр, что приводит к повышению выходных показателей цилиндра при рабочем ходе. Для улучшения очистки цилиндров от продуктов сгорания увеличивают диаметр тарелки выпускного клапана. Правда, размеры тарелок клапанов ограничены размером камеры сгорания, выполненной в головке цилиндров. Многое также зависит от регулировки клапанов. 

Применение четырех клапанов на цилиндр началось еще в 1912 г. на двигателе автомобиля PeugeotGranPrix. Широкое использование такой схемы в серийном производстве легковых автомобилях началось только в конце 1970-х гг. Сегодня ГРМ с четырьмя клапанами на цилиндр стали практически стандартными для двигателей европейских и японских легковых автомобилей.

Mercedes выпускает двигатели, которые имеют по три клапана на цилиндр, два впускных и один выпускной, с двумя свечами зажигания (по одной с каждой стороны от выпускного клапана).

Существует практика использования даже 5 клапанов на цилиндр (3 впускных и 2 выпускных). Такой технологией практикует автомобильная группа Volksvagen-Audi, но при этом значительно усложняется привод клапанного механизма.

Принцип работы 16 клапанного двигателя

На чтение 6 мин. Просмотров 12.6k.

Сегодня будет рассказано о том, что такое 16 клапанный двигатель, каков принцип его работы, а так же затронем тему преимуществ этого агрегата над 8 клапанным.

16 клапанный двигатель

В настоящее время именно 16 клапанный двигатель взят за основу работы многих
автомобилей. Это и не странно, ведь он отличается высокой степенью экономичности и
надежности. Для 8 клапанного двигателя такие характеристики в плене эксплуатации
попросту недостижимы. Что касается воздействия на окружающую среду, то эти
экземпляры в процессе своей работы оказывают на нее минимальное отрицательное
влияние. Это очень важно в эпоху, когда растительность и свежий воздух становятся чем-
то экстравагантным. Не стоит забывать и об экономичности 16 клапанного двигателя. Он
потребляет на несколько процентов меньше горючего, чем его 8 клапанный собрат.
Именно о поколении шестнадцатиклапанных агрегатов сегодня и пойдет речь. Не забудем
мы и о принципе работы этого устройства.

16 клапанный двигатель

Устройство и работа

Начать разговор, разумеется, нужно с устройства 16 клапанного двигателя. На каждый
цилиндр в моторе в данном случае будет приходиться по 2 клапана. Это не единственное
отличие данного агрегата от своего младшего собрата. Здесь монтируется целых 2
распределительных вала. Для 16 клапанного двигателя это норма. Один из распредвалов
отвечает за управление удалением отработанных газов, то есть, по сути, осуществляет
процесс выпуска. Второй при этом полностью берет на себя открытие впускных клапанов,
которые поставляют свежую порцию горючего в цилиндры. Для этого двигателя
характерно, что с одной стороны происходит поступление бензина или дизеля к рабочему
органу, а с другой — удаляются все отработанные вещества. По сути, смешивания не
происходит. Благодаря этому и происходит экономия. Только для 16 клапанного
двигателя это характерно.

Распределительный вал

Так как строение цилиндров несколько изменено, это не могло сказаться на камере
сгорания. Она имеет некоторые отличительные особенности в своей структуре. Благодаря
новому построению в цилиндрах в значительной степени снижен риск детонации.
Опасность этого страшного явления практически сведена к минимуму. Это так же не
могло ни сказаться на популярности двигателя данного типа. Даже если человек заливает
в бензобак горючее низкого качества, на работу двигателя это не оказывает практически
никакого влияния. Разумеется, машина будет работать не так качественно, как на хорошем
горючем, но при этом никакой детонации не произойдет. Очень важный аспект, благодаря
которому каждый водитель, который страдает невнимательностью при выборе бензина,
может быть спокоен за свое существование и работу своего двигателя.
Что касается системы охлаждения, то в таких моторах она работает достаточно стабильно.
Это сказывается на их продолжительности жизни, которая значительно продлевается.

Преимущества

Здесь их вытекает огромное количество. Принцип работы шестнадцатиклапанного
двигателя говорит нам о том, что цилиндры в гораздо большей степени наполняются
смесью горючего, а это напрямую влияет на выходную мощность агрегата. она возрастает.
Причем, коэффициент полезного действия остается на высоте.
Это не единственное преимущества данной модели двигателя. Как уже отмечалось ранее,
построение камеры сгорания дает возможность защитить себя от случайной детонации,
даже если в бак льется не совсем качественное топливо. Современная действительность
такова, что на многих АЗС именно таковое и распространяется.
Система охлаждения таких агрегатов построена уникальным образом, что позволяет
долгие годы эксплуатировать 16 клапанный двигатель без особых проблем.
Компоновка устройств в камере сгорания позволяет разнести между собой такты впуска и
выпуска. Это очень сильно сказывается на КПД механизма.
Еще одной отличительной чертой данной модели является улучшение тяги на больших
оборотах. Принцип работы 8 клапанного агрегата не позволяет этого сделать.

Модернизация

Разумеется, многие люди, которые имеют в своем арсенале только 8 клапанный двигатель,
рано или поздно начинают задумываться о том, чтобы увеличить его мощность и
повысить КПД. Это можно сделать путем модернизации. По сути, она сводится к тому,
что одна головка меняется на другую. Только на новой будет присутствовать 16 клапанов.
Первая проблема, с которой придется столкнуться автолюбителю — это несоответствие
диаметров и длины болтов, которые крепят головку на ее законном месте. Здесь придется
проявить смекалку и хитрость. Так как для крепления 16 клапанной головки двигателя
используются болты с меньшим диаметром, новы модифицированные крепежи будут
иметь большее значение этого параметра, то для них придется заранее подготовить
головку, то есть попросту рассверлить уже готовые отверстия. Их длина при этом будет
оставаться неизменной. Прокладку блока цилиндров так же придется поменять. Это и
естественно, ведь старая предназначена для крепления другой головки. Если этого не
сделать, то герметизация может быть попросту нарушена.

16 клапанный двигатель с чугунным блоком цилиндров

Перед тем, как установить головку, придется внести изменения в конструкцию и самого
блока цилиндров. Конструкция поршней, которые используются для данного агрегата,
несколько отличается от тех, которые использовались в 8 клапанниках. Их попросту
нужно заменить.
Когда мы говорим о старой модели автомобиля, то вполне вероятно, что шатуны в не так
же имеют не те стандарты, которые необходимы для монтажа новинки. Здесь придется так
же потратить лишнюю копеечку, что бы произвести замену. Это характерно для машин,
которые выпускались еще в 80 и 90 годах прошлого столетия. Примером могут служить
ВАЗ 2108 или Ваз 2109.
не может модернизация двигателя не сказываться и на проводке и работе блока
управления. Некоторые датчики в шестнадцатиклапанном варианте смещены от
стандартного расположения. Придется приобрести несколько метров провода, чтобы
нарастить те элементы, до которых достать будет проблематично.
Для тех людей, кто хочет сэкономить на монтаже, есть еще несколько вариантов того, как
можно это сделать. Патрубок можно не менять, а произвести его модернизацию. Это позволит сохранить некоторое количество денежных средств, которое тратится на
приобретение коллектора с катализатором.
После того, как работа, связанная с тюнингом завершена, можно направиться к
специалисту по настройке двигателя. Он с помощью компьютера и соответствующего
программного обеспечения произведет отладку работы устройства. В противном случае
могут возникать самые разнообразные проблемы, ведь изменения самого мотора будут
весьма глобальными.
Таким образом, в настоящее врем шестнадцатиклапанные двигатели становятся все
актуальнее. они устанавливаются практически на все автомобили отечественного и
зарубежного производства. Это позволяет увеличить коэффициент полезного действия, и
значительно повысить мощностные характеристики агрегатов. Как видно,
самостоятельный тюнинг так же возможен. В этом нет ничего сверхъестественного.

Двигатели, в которых могут загнуться клапана: Зачем они нужны

Интерференционные двигатели: Почему клапана могут загнуться?

 

Вы знаете, что такое «интерференционный двигатель»? Нет? Но тогда вы наверняка слышали, что существуют двигатели, в которых клапана могут встретиться с поршнями, в результате чего силовой агрегат серьезно выйдет из строя. Такие моторы и называют интерференционными. На самом деле многие читатели представляют, что это за двигатели. Особенно те, кому приходится часто менять ремень ГРМ, чтобы предотвратить его обрыв, который в интерференционных двигателях приводит к встрече клапанов с поршнями. Но почему при обрыве ремня или цепи ГРМ во многих автомобилях происходит подобное? И зачем нужны двигатели с большим риском повреждения в случае несвоевременного технического обслуживания? Давайте разбираться. 

 

Вы наверняка знаете, что в двигателях внутреннего сгорания главную работу превращения кинетической энергии в механическую выполняют поршни блока цилиндров, которые под воздействием энергии, получаемой при сгорании топлива, начинают двигаться внутри блока силового агрегата, передавая энергию на коленвал. Но помимо поршней не менее важную работу выполняют клапана, которые движутся в головке блока двигателя вверх и вниз, открывая и закрывая впускные и выпускные порты блока цилиндров. Основная работа клапанов заключается в подаче топлива и кислорода в цилиндры двигателя, где топливо и воздух сжимаются поршнями, прежде чем топливная смесь воспламеняется, приводя в движение внутренние компоненты двигателя, благодаря чему ваша машина двигается. 

 

Вот очень красивая и странно успокаивающая анимация поршней и клапанов двигателя в действии. С помощью этого ролика вы поймете, как работает двигатель внутреннего сгорания:

 

 

Как вы видели, движение клапанов осуществляется с помощью распределительного вала – распредвала (или валов/распредвалов). Распредвал приводится в движение за счет ремня или цепи (или нескольких ремней или цепей). Ремень или цепь соединяется с коленчатым валом (коленвалом) двигателя. Эти ремни или цепи называются ремни/цепи газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя, поскольку именно они приводят в движение распредвал. На распредвале есть кулачки, которые, двигаясь, контролируют время открытия и закрытия клапанов двигателя. Это объяснение простыми словами. Конечно, на самом деле все немного сложнее.

 

Смотрите также: Как работает система газораспределения и почему так важно следить за ремнем ГРМ?

 

Таким образом, клапана одновременно двигаются с поршнями двигателя вверх и вниз. Но именно из-за этого принципа работы клапанов и поршней во многих двигателях может случиться драма – клапана могут встретиться с поршнями.

Обычно, когда все работает хорошо, открытие и закрытие клапанов синхронизировано так, что при открытии клапана и поршни никогда не занимают одинаковое пространство в блоке цилиндров.

 

Когда поршень находится в самом вверху блока цилиндра двигателя и не может больше двигаться вверх, то в этом положении клапана закрыты, так как в этот момент происходит сжатие (это положение называют верхняя мертвая точка). 

 

Верхняя мертвая точка — положение поршня в цилиндре, соответствующее максимальному расстоянию между любой точкой поршня и осью вращения коленчатого вала

 

Когда положение поршня находится в верхней мертвой точке, клапан (клапана) при правильной работе двигателя не должен находиться на пути поршня.

 

Смотрите также: По каким принципам работает двигатель Инфинити с изменяемой степенью сжатия, подробная информация

 

А теперь мы поговорим непосредственно об интервенционных движках, где может произойти ужасное: клапана могут встретиться во время работы двигателя с поршнями. Это может случиться при обрыве ремня или цепи ГРМ. Естественно, если подобное произойдет во время работы мотора, то двигатель выйдет из строя. Ведь при повреждении цепи/ремня ГРМ клапана перестают перемещаться, что означает, что некоторые из них застрянут в открытом положении и обязательно встретятся с поршнями. 

 

Если поршень имеет достаточно большой ход в цилиндре, что позволяет ему фактически встретиться с открытым клапаном, то такие двигатели в науке называют интерференционными. Если же поршни не могут добраться до клапанов, то это обычные свободно работающие моторы.

 

 

Итак, если этот поршень попал в клапана, это очень и очень плохие новости для автовладельца. Клапана могут изгибаться, загибаться или ломаться. Также в результате подобного краха поршень может получить некоторый ущерб, в результате чего поршень внутри цилиндра двигателя будет сильно поврежден. Как правило, в этом случае владельца автомобиля ждет адский счет за восстановительный ремонт мотора. 

 

Вот какой звук может появиться, если произойдет худшее:

 

 

В свободно работающих двигателях при обрыве ремня или цепи ГРМ подобного разрушения клапанов и поршней не происходит, поскольку в этом случае мотор просто останавливает свою работу, а клапана и поршни не могут встретиться. В этом случае вам нужно просто заменить ремень или цепь ГРМ на новые. 

 

Читая это, кто-то, наверное, подумал: черт возьми, зачем кому-то нужно было создавать такие двигатели, где клапана могут встретиться с поршнями? Ведь при создании подобных моторов было ясно, что обрыв ремня или цепи ГРМ – вполне распространенное явление в мире. Кто создал такой двигатель и зачем?

 

Например, почти каждый современный двигатель Nissan является двигателем интерференции

 

Ответ: таких инженеров и конструкторов немало. Сегодня многие автомобильные компании выпускают двигатели, где при обрыве ремня ГРМ или цепи ГРМ клапана встречаются с поршнями. И скорее всего, у большинства наших читателей в автомобиле установлен такой мотор. Но главный вопрос: почему сегодня многие автопроизводители создают такие двигатели?

 

Основная причина в том, что все автокомпании хотят выпускать хорошие двигатели. В современном мире понятие «хороший двигатель» включает: мощность, крутящий момент, экономичность, эффективность и т. п. Но для обеспечения таких характеристик моторам необходима высокая степень сжатия.

 

От сжатия зависит, насколько топливо и воздушная смесь будут сжаты в цилиндрах двигателя. Чем больше сжать топливную смесь, тем больше энергии вы получите от 1 литра топлива. Как видите, чем больше степень сжатия, тем больше мощности получается при сгорании топлива, что, в свою очередь, снижает его расход в определенный момент времени. 

 

Большое сжатие также означает, что толкание поршней в цилиндре будет происходить дальше и дальше вверх. Сами понимаете, что это также означает, что верхняя часть поршня в двигателе с большой степенью сжатия достигнет места, где могут появиться открытые клапана. В итоге теоретически при рассинхронизации газораспределительного механизма клапана и поршни могут встретиться в одном месте и повредить друг друга. 

 

Кстати, это также объясняет, почему почти все дизельные двигатели являются интерференционными: по своей природе дизели – очень мощные компрессионные моторы (двигатели с большой степенью сжатия).

 

Преимущества высокой компрессии настолько хороши, что многие разработчики двигателей решают, что лучше производить силовые агрегаты, в которых есть риск встретиться клапанам с поршнями. Но если вы будете строго следовать рекомендациям производителя и своевременно менять цепь или ремень ГРМ (как правило, примерно каждые 100 000 км или около того, как видите, не так часто, как, например, моторное масло с фильтрами), то тогда вам действительно не нужно беспокоиться о возможном выходе двигателя из строя из-за обрыва. Правда, если вы будете приобретать оригинальные ремни и цепи ГРМ.

Но, к сожалению, все равно у многих автолюбителей есть беспокойство по поводу обрыва цепи или ремня ГРМ. Даже если своевременно менять их. Да, тогда в 99,9% случаев вряд ли двигатель выйдет из строя из-за встречи клапанов с поршнями. Но тем не менее вероятность подобного события никто не отменял. А когда у нас есть беспокойство, то нет нужного удовлетворения от владения автомобилем, в отличие от спокойствия автовладельцев, чьи автомобили оснащены обычными двигателями, в которых клапана с поршнями не могут встретиться при обрыве цепи/ремня ГРМ.

 

Хотя в целом это довольно разумный компромисс. Но, как видите, для того чтобы двигатель в 99,9% случаев не вышел из строя, нужно периодически прилагать определенные усилия и нести траты. Но тем не менее на данный момент подобные интерференционные двигатели, наверное, – лучшее решение в автопромышленности, которое помогло разработчикам улучшить экономичность и мощность современных автомобилей, а также снизить уровень выбросов вредных веществ в атмосферу. 

 

Так что если ваша машина оснащена двигателем, в котором при обрыве ремня/цепи ГРМ гнет клапана, то просто своевременно меняйте ремень и цепь. Когда менять, вы можете узнать из руководства к автомашине или в техническом центре. Также советуем для замены ремня/цепи ГРМ обращаться в проверенные автомастерские или в дилерские технические центры. Помните, что лучше переплатить, чем потом получить поврежденные клапана и поршни в двигателе. 

 

В том числе на опасность загиба клапанов о поршни стоит обратить внимание всем покупателям подержанных машин. Дело в том, что предыдущий владелец мог и не менять ремень/цепь вовремя. Поэтому если вы приобрели подержанный автомобиль, то советуем поменять ремень или цепь на новые как можно скорее. Если, конечно, ваша машина оснащена мотором, в котором есть риск повреждения клапанов о поршни.

Как работает двигатель внутреннего сгорания — Mafin Media

Готовиться смесь может по-разному. В устаревших карбюраторных двигателях горючее «готовится» в отдельном механизме авто — карбюраторе. После смешивания воздуха с топливом смесь подается в двигатель и там сгорает. У карбюраторных моторов много минусов, а их ремонтопригодность сегодня уже не так востребованна. Поэтому самые популярные системы подачи топлива — инжекторные (от англ. inject — впрыскивать). 

В зависимости от конструкции мотора топливо подается либо во впускной коллектор — трубопровод, через который авто получает воздух из окружающей среды, — либо напрямую в цилиндры. Подобные решения сложнее, но позволяют экономить топливо и снижать количество вредных выбросов в атмосферу. Основная деталь инжекторного впрыска — форсунка. Именно она впрыскивает топливо:

Компоненты двигателя: где и как сгорает смесь

Самое важное происходит в корпусе двигателя, который объединяет блок цилиндров (слева на фото) и головку блока цилиндров (справа на фото).

Блок цилиндров содержит полые внутри цилиндрические трубки, в которых размещаются поршни.

Головка блока цилиндров (ГБЦ) монтируется на блок цилиндров и образует герметичные (т. е. непроницаемые для посторонних жидкостей и газов) камеры сгорания.

Внутри камеры сгорания устанавливаются поршни — детали цилиндрической формы, совершающие возвратно-поступательные движения под действием сгорания смеси.

Поршни — часть кривошипно-шатунного механизма (КВШ), комплекса деталей, который преобразует движения поршня во вращение коленчатого вала. Последний и двигает колеса автомобиля. Так выглядит КВШ вместе с поршнями двигателя:

 

В головке блока цилиндров находятся упомянутые выше форсунки — вместе со свечами зажигания (в бензиновом моторе) и клапанами. Свечи зажигания производят электрическую искру, предназначенную для воспламенения топливно-воздушной смеси.

 

 

! — Если автомобиль оснащен непосредственным впрыском топлива (в камеру сгорания), форсунки находятся в ГБЦ, а если впрыск распределительный — форсунки установлены во впускном коллекторе вблизи впускных клапанов.

 

Клапаны относятся к механизму газораспределения и внешне напоминают большие гвозди:

Такая форма дана им неслучайно: нижней, выпуклой частью они закрывают и открывают впускные и выпускные отверстия в камере сгорания, поочередно впуская подготовленную топливно-воздушную смесь или воздух и выпуская отработанные газы. Соответственно, в зависимости от своей роли клапаны бывают впускными и выпускными.

Обычно на один цилиндр приходится от двух до четырех клапанов. За то, чтобы «доступ» в камеру сгорания открывался вовремя, и отвечает механизм газораспределения (ГРМ), в который выходят клапаны. В зависимости от мотора ГРМ приводится в действие ремнем или цепью.

Рассмотрим цилиндр в разрезе:

Четыре такта

Любой двигатель функционирует согласно циклу, состоящему из нескольких тактов, то есть ходов (движений) поршня. Большинство автомобильных моторов — четырехтактные.

Рассмотрим такты бензинового двигателя:

  1. Впуск: открывается впускной клапан, в камеру сгорания попадает топливно-воздушная смесь, а поршень идет вниз.
  2. Сжатие: оба клапана закрыты, поршень идет вверх, сжимая и нагревая смесь.
  3. Рабочий ход: оба клапана закрыты, под действием электрической искры от свечи зажигания сжатая и разогретая топливно-воздушная смесь воспламеняется, образовавшиеся при этом газы толкают поршень вниз.
  4. Выпуск: выпускной клапан открыт, поршень идет вверх, выталкивая отработанные газы в сторону выхлопной трубы.

После этого цикл повторяется. У дизельного двигателя вместо свечи установлена форсунка, и смесь воспламеняется не при помощи искры, а от сжатия — впрыска дизельного топлива через форсунку под большим давлением. Впускной клапан при этом подает в камеру сгорания только воздух. Кстати, в некоторых современных бензиновых моторах форсунка тоже впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр.

А как запускается первый такт?

Каждый автомобиль обладает набором бортовой электроники — проводов, аккумулятора, стартера и т. д. Аккумулятор за время поездок накапливает достаточно энергии, чтобы при помощи специального механизма — стартера — раскрутить коленвал и завести мотор.

И что дальше?

Мощность от двигателя к колесам передается с помощью коробки передач, редуктора и приводных валов. Если мотор соединить с колесами напрямую, автомобиль после запуска начнет движение на одной-единственной передаче, с небольшой скоростью, а после торможения сразу заглохнет. Об этих передачах и о типах коробок (автоматах, вариаторах, механиках и т. д.) Mafin Media расскажет в следующем материале.

Как это работает: клапаны

На этом двигателе BMW G450X впускные клапаны больше, чем выпускные, чтобы облегчить поток воздуха/топлива

 

Эти мелочи – полное название: тарельчатые клапаны – управляют входом и выходом в камеру сгорания. Они открываются, чтобы впустить смесь воздуха и топлива, закрываются, чтобы герметизировать камеру, когда смесь взрывается, поэтому поршень толкается вниз, затем открывается другой набор, чтобы выпустить выхлопные газы. У большинства современных мотоциклов по четыре клапана на цилиндр (два на впуск, два на выпуск), хотя у различных Yamaha их пять (три на входе), что, если вам когда-либо приходилось покупать для них прокладки, может сделать его довольно дорогим.

 

Это от нового KTM 790 Duke. Обратите внимание на гладкую форму от штока до торца – это важно для быстрого входа и выхода газов

 

Что такое клапаны?

Все тарельчатые клапаны мотоциклов имеют форму 4-дюймового гвоздя с большой плоской головкой. В современных велосипедах головка клапана (называемая лицевой стороной) находится в камере сгорания, а вал (называемый штоком) торчит из цилиндра, где он прикреплен к пружине.

 

Как они управляются?

Сверху клапана находится открывающий механизм по вашему выбору – в некоторых двигателях для соединения с распределительным валом используется коромысло (конический Ducatis), в других – палец (например, BMW R1200GS), в третьих – ковш (почти каждый японский четырехцилиндровый ), с распределительным валом прямо над ним.

Существуют и другие способы активации клапанов — в некоторых старых двигателях коромысла соединены с толкателем, который приводится в действие кулачками, расположенными ниже коленчатого вала, а современные Ducati используют десмодромную систему (мы займемся этим в другой раз).

Но давайте остановимся на наиболее распространенной конфигурации — двойном верхнем распредвале (DOHC), где один из двух распределительных валов управляет двумя впускными клапанами на цилиндр, а другой — двумя выпускными клапанами на цилиндр.

 

Как это работает

Теоретически работа клапана очень проста: кулачок толкает клапаны вниз в цилиндр против пружины, открывая клапан, чтобы газы могли течь, а затем позволяет клапану закрыться под действием пружины. Давление в камере сгорания довольно аккуратно помогает закрыть клапан.

Проблемы возникают из-за того, что это должно произойти несколько раз. Например, с двигателем велосипеда, вращающимся со скоростью 10 000 об/мин, каждый клапан должен открываться и закрываться 83 раза в секунду, поэтому он должен двигаться быстро. Эта скорость является проблемой, потому что это означает, что клапан имеет много энергии и постоянно ударяется о седло клапана.

С этим ничего не поделаешь — если сделать пружину слабее, чтобы клапан не хлопал так сильно, то клапан со временем потеряет контакт с кулачком и не откроется в нужное время.Если вы уменьшите расстояние, которое должен пройти клапан, так что у клапана будет меньший разбег для его головки в седле клапана, меньше газа может попасть в камеру сгорания или выйти из нее, что снижает мощность.

Единственным решением является металлургия — сделать более прочные и легкие клапаны, способные выдержать все удары и жар камеры сгорания. Отсюда использование титановых клапанов в некоторых двигателях спортивных мотоциклов (например, GSX-R1000 2017 года).

 

 

Вы действительно не хотите заменять все прокладки на BMW K1600!

 

Все дело во времени

Критическое значение фаз газораспределения.Изменяя ориентацию кулачков и их профили, конструкторы двигателей могут точно установить, когда открываются впускные и выпускные клапаны, как долго они остаются открытыми и когда закрываются. Это оказывает огромное влияние на то, где пиковый крутящий момент и мощность возникают в диапазоне оборотов.

Например, для мотоцикла Harley V-twin вам нужен крутящий момент в нижнем диапазоне оборотов, поэтому вы устанавливаете фазы газораспределения так, чтобы они были максимально эффективными на низких оборотах. На этих оборотах все движется не слишком быстро, поэтому, например, вы можете открывать впускные клапаны позже и закрывать их раньше, чтобы извлечь как можно больше энергии при взрыве газа.То же самое с выпускными клапанами, поэтому время, когда оба впускных и выпускных клапана открыты (перекрытие), мало.

Проблема в том, что по мере увеличения оборотов не хватает времени, чтобы влить всю необходимую смесь и выпустить весь выхлоп. Итак, с точки зрения гонщика, у двигателя заканчивается затяжка. На высокооборотном четырехцилиндровом двигателе, рассчитанном на максимальную мощность, все наоборот — вы устанавливаете фазы газораспределения для высоких оборотов, когда все движется очень быстро, поэтому впускные и выпускные клапаны должны быть открыты на больший процент цикла хода. чтобы убедиться, что вы получаете много смеси, а затем выпускаете весь выхлоп.Это хорошо, но на низких оборотах это может быть ужасно неэффективно.

Ответ, конечно же, регулировка фаз газораспределения… подробнее об этом можно прочитать здесь.

 

 

Двигатель — как клапаны открываются и закрываются

клапан что позволяет смеси попасть в цилиндр впускной клапан; тот, через который выходят отработавшие газы, является выпускным клапаном. Они предназначены для открытия и закрытия в точные моменты, чтобы позволить двигатель эффективно работать на всех скоростях.

Операция контролируется грушевидными выступами, называемыми кулачками, на вращающемся валу, распределительный вал , приводимый в движение цепью, ремнем или комплектом шестерни от коленчатый вал .

Где распределительный вал установлен в Блок двигателя , небольшие металлические цилиндры толкатели сидят в каналах над каждым кулачком, а от толкателя металлический толкатель выходит вверх в крышка цилиндра . Верхняя часть каждого толкателя встречается с коромысло который упирается в шток клапана, который удерживается в приподнятом (закрытом) положении сильной винтовой пружиной. пружина клапана .

Когда толкатель поднимается по кулачку, он поворачивает коромысло, которое толкает клапан вниз (открывается) против давление своей весны. Как кулачковый лепесток вращается дальше, пружина клапана закрывает клапан. Это называется системой с верхним расположением клапанов (OHV).

Некоторые двигатели не имеют толкателей; клапаны приводятся в действие одним или двумя распределительными валами в самой головке блока цилиндров в системе верхнего распредвала.

Поскольку между распределительным валом и клапаном меньше движущихся частей, метод с верхним расположением распредвала (OHC) более эффективен и обеспечивает большую мощность при данной мощности двигателя, чем двигатель с толкателями, поскольку он может работать на более высоких скоростях.В любой системе в рабочем механизме должен быть некоторый свободный ход, чтобы клапан мог полностью закрыться, когда детали расширились из-за нагрева.

Толкатель с заданным зазором оформление имеет важное значение между шток клапана и коромысло или кулачок, чтобы обеспечить расширение. Зазоры толкателей сильно различаются на разных автомобилях, и неправильная регулировка может иметь серьезные последствия.

Если зазор слишком большой, клапаны поздно открываются и рано закрываются, что снижает мощность и увеличивает шум двигателя.

Слишком маленький зазор препятствует правильному закрытию клапанов с последующей потерей компрессия .

Некоторые двигатели имеют саморегулирующиеся толкатели, которые гидравлически приводятся в действие давлением моторного масла.

Система с верхним расположением клапанов (OHV), приводимая в действие толкателями, имеет коленчатый вал, примыкающий и параллельный коленчатому валу в блоке цилиндров.

При вращении коленчатого вала каждый клапан открывается с помощью толкателя, толкателя и коромысла.Клапан закрывается давлением пружины.

Цепь привода распределительного вала звездочка имеет в два раза больше зубьев, чем звездочка коленчатого вала, так что распределительный вал вращается с половинной частотой вращения двигателя.

В двигателе с верхним расположением распредвала (OHC) требуется меньше деталей для управления клапанами. Кулачки воздействуют непосредственно на ковшовые толкатели или на короткие рычаги — известные как пальцы, которые, в свою очередь, воздействуют непосредственно на штоки клапанов.

Система избавляет от лишнего веса и механической сложности толкателей и коромысел.

Для привода распределительного вала от звездочки на коленчатом валу часто используется длинная цепь, но такая длинная цепь имеет тенденцию к «биванию». В некоторых конструкциях проблема решается путем установки промежуточных звездочек и двух более коротких приводных цепей, находящихся под натяжением.

Как работают клапаны в двигателе?

Принцип работы клапанов в двигателе . Клапаны двигателя представляют собой механические компоненты, которые позволяют или ограничивают поток жидкости или газа в цилиндры или камеры сгорания и из них во время работы двигателя.Они функционируют аналогично многим другим типам клапанов в том, что они блокируют или пропускают поток, но они представляют собой чисто механические устройства, которые взаимодействуют с другими компонентами двигателя, такими как коромысла, для открытия и закрытия в точной последовательности и времени.

 

Какова функция клапанов в двигателе?

В головке блока цилиндров находятся клапаны двигателя. Основной функцией клапана двигателя является подача воздуха в цилиндр и из него. Воздух используется для воспламенения топлива, которое толкает поршни вверх и вниз.

Клапаны двигателя подразделяются на два типа: впускные клапаны и выпускные клапаны. Конечно, впускной клапан позволяет воздуху поступать, а выпускной клапан позволяет воздуху выходить. Чем больше воздуха вы забираете и выпускаете из двигателя, тем эффективнее он будет генерировать больше мощности. Вот почему клапаны двигателя так важны для работы двигателя.

Поршень в цилиндре движется вверх и вниз. Клапаны расположены в верхней части хода поршня. В зависимости от производителя количество клапанов варьируется.Поскольку поршень находится в нижней части цилиндра, впускной клапан открывается, чтобы впустить воздух в цилиндр, а затем закрывается, чтобы сделать цилиндр герметичным, чтобы установить компрессию. Выпускной клапан открывается после того, как поршень завершит такты сжатия и зажигания. Затем он выключается. Однако вам может быть интересно, как клапан открывается и закрывается. Распределительный вал — это вал, который приводит в движение все клапаны. Чтобы увидеть больше информации о распределительном валу, посетите здесь.

Узнайте больше о клапанах Устройство и оборудование в Linquip

 

Различные части клапана двигателя

Из-за хлопкового движения вверх и вниз большинство клапанов двигателя имеют тарельчатую конструкцию с головкой клапана конического профиля. который прилегает к обработанному седлу клапана, чтобы перекрыть проход жидкости или газа.Из-за уникальной формы головки клапана они также известны как грибовидные клапаны. Номенклатура различных частей типичного клапана двигателя показана на следующем рисунке.

Различные детали клапана двигателя (Ссылка: thomasnet.com )

 

Шток клапана и головка клапана являются двумя наиболее важными компонентами. Головка имеет скругление, ведущее к поверхности седла, которое обработано под углом, чтобы согласовать обработку седла клапана, с которым оно будет согласовано. Уплотнение клапана от давления сгорания обеспечивается прилеганием торца клапана к седлу клапана.

Создавая усилие для перемещения штока, противодействующее посадочному давлению, создаваемому пружиной клапана, шток клапана соединяет клапан с механическими механизмами в двигателе, которые приводят клапан в действие. Пружина удерживается на месте фиксирующей канавкой, а клапан приводится в действие коромыслом, толкателем или толкателем, постоянно контактирующим с кончиком штока клапана.

 

Принцип работы клапана двигателя

Следующие шаги представляют собой рабочий процесс клапана двигателя:

  • Коленчатый вал двигателя изначально получает мощность.
  • Распределительный вал двигателя приводится в движение коленчатым валом.
  • Во время такта всасывания двигателя распределительный вал перемещается, толкая впускной клапан вниз.
  • Под действием силы пружины распределительный вал позволяет впускному клапану закрываться, когда поршень следует за тактом сжатия.
  • После такта сжатия поршень переходит в рабочий такт, когда оба клапана закрыты.
  • После рабочего такта двигателя происходит такт выпуска, при котором распределительный вал толкает и открывает выпускной клапан.
  • Поршень выталкивает выхлопные газы, и цикл продолжается.

 

Диаграмма фаз газораспределения

Диаграмма фаз газораспределения представляет собой схему, на которой показано правильное время открытия и закрытия выпускных и впускных клапанов. Движение поршня внутри цилиндра изображается на диаграмме фаз газораспределения.

Вершина окружностей, или 90 градусов относительно оси x, называется верхней мертвой точкой или ВМТ на диаграмме фаз газораспределения.Нижняя мертвая точка, или НМТ, представлена ​​270 градусами по оси x.

Зарегистрируйтесь в качестве эксперта на Linquip, чтобы получить все преимущества

 

Идеальная или теоретическая диаграмма фаз газораспределения

Идеальная диаграмма фаз газораспределения показывает, как синхронизация клапана должна соответствовать движению поршня.

Идеальная или теоретическая диаграмма фаз газораспределения (Ссылка: themechanicalengineering.com )

 

  • Когда поршень приближается к верхней мертвой точке, впускной клапан открывается (IVO).
  • При приближении поршня к нижней мертвой точке впускной клапан закрывается (IVC).
  • Затем поршень переходит к такту сжатия, при котором происходит сжатие и сжигание топлива.
  • После расширения или рабочего такта бензин сгорает, толкая поршень обратно в нижнюю мертвую точку.
  • Выпускной клапан открывается, когда поршень приближается к нижней мертвой точке (EVO).
  • Теперь поршень движется к такту выпуска, выталкивая выхлопные газы через выпускной клапан.
  • Выпускной клапан закрывается, когда поршень достигает верхней мертвой точки после такта выпуска (EVC).
Фактическая диаграмма фаз газораспределения для 4-тактного бензинового двигателя

Идеальная или теоретическая диаграмма фаз газораспределения отличается от реальной диаграммы фаз газораспределения и состоит из следующих этапов: Перекрытие Диаграмма фаз газораспределения для 4-тактного бензинового двигателя (Артикул: themechanicalengineering.com )

 

Ниже описаны различные шаги.

 

Такт всасывания

Когда давление внутри цилиндра падает ниже атмосферного, такт всасывания начинается примерно за 15 градусов до верхней мертвой точки в четырехтактном бензиновом двигателе. Идеальный такт всасывания завершается, когда поршень достигает нижней мертвой точки. Однако, даже когда поршень начинает двигаться выше, впускной клапан в этой ситуации остается открытым примерно на 30 градусов.После НМТ впускной клапан закрывается на 30 градусов. В результате реальный ход всасывания длиннее идеального.

 

Такт сжатия

После НМТ такт сжатия начинается с 30 градусов и продолжается до ВМТ, когда топливо сжигается с помощью свечи зажигания. Фактический такт сжатия отличается от идеального такта сжатия на 30 градусов. Оба клапана остаются закрытыми во время этого хода.

 

Такт расширения

В четырехтактном двигателе такт расширения или рабочий такт является единственным рабочим тактом.Поршень прижимается сгоранием топлива, что способствует движению маховика. Впускной и выпускной клапаны закрыты во время такта расширения. Примерно за 50 градусов до НМТ такт расширения останавливается.

 

Такт выпуска

В четырехтактном бензиновом двигателе такт выпуска начинается примерно за 50 градусов до НМТ, когда выпускной клапан открыт, и заканчивается за 20 градусов после ВМТ, когда выпускной клапан закрыт. Во время этого хода поршень выталкивает выхлопные газы из выпускного клапана.

 

Перекрытие

Впускной и выпускной клапаны открыты в диапазоне от 40 до 45 градусов. Это называется перекрытием. И такты всасывания, и такты выпуска делят это время. При перекрытии топливо и выхлопные газы внутри цилиндра выталкиваются из цилиндра через выпускной клапан. Это способствует лучшей очистке цилиндра, что необходимо для защиты внутренних стенок цилиндра от нагара.

Подробнее о Linquip

Типы клапанов двигателя

Помимо клапанов двигателя, классифицируемых по функциям (впускные и выпускные), существуют различные типы клапанов двигателей в зависимости от конструкции и материалов.Ниже приведены наиболее распространенные типы клапанов двигателя:

  • Монометаллические клапаны двигателя
  • Биметаллические клапаны двигателя
  • Полые клапаны двигателя

Монометаллические клапаны двигателя изготовлены из одного материала, который используется для изготовления как штока клапана, так и головка клапана. Эти клапаны двигателя обладают высокой термостойкостью, а также отличными антифрикционными свойствами.

Биметаллические клапаны двигателя, также называемые биметаллическими клапанами двигателя, изготавливаются путем сварки трением двух различных материалов вместе, чтобы получить клапан с аустенитной сталью на головке клапана и мартенситной сталью на штоке клапана.Аустенитная сталь на головке клапана обеспечивает стойкость к высоким температурам и коррозионную стойкость, а мартенситная сталь на штоке клапана обеспечивает высокую прочность на растяжение и стойкость к абразивному износу.

Полые клапаны двигателя представляют собой тип биметаллического клапана с полой камерой, заполненной натрием. По мере повышения температуры клапана натрий сжижается и циркулирует за счет движения клапана, что помогает рассеивать тепло от более горячей головки клапана. Поскольку мартенситный материал штока проводит тепло лучше, чем аустенитный материал головки, полая форма обеспечивает большую передачу тепла через шток, чем цельные клапаны.Полые клапаны особенно хорошо адаптированы к современным двигателям, которые требуют большей мощности от двигателей меньшего размера и более плотной конструкции с более высокими температурами выхлопных газов, чем могут выдерживать сплошные клапаны.

Повышению температуры выхлопных газов способствуют несколько факторов, в том числе:

  • Цель уменьшить выбросы парниковых газов за счет использования метода сжигания обедненной смеси
  • Более высокая степень сжатия и более высокое давление сгорания в конструкции двигателя обеспечивают большую эффективность.
  • Конструкции со встроенным коллектором и опорой для турбонагнетателя для повышения производительности двигателей меньшего размера

На выбор предлагаются различные конструкции клапанов двигателей. Манжетные клапаны состоят из трубки или втулки, которая находится между стенкой цилиндра и поршнем, и они скользят или вращаются, как и другие клапаны двигателя, благодаря распределительному валу. Движение клапана втулки позволяет отверстиям, прорезанным во втулке, совпадать с аналогичными отверстиями в стенке цилиндра в определенные моменты цикла двигателя, действуя как основной впускной и выпускной клапан двигателя без осложнений, связанных с коромыслами и толкателями.

Различные типы клапанов двигателя (Ссылка: kishanauto.com )

 

Материалы клапанов двигателя

Клапаны двигателя являются одним из наиболее нагруженных компонентов двигателей внутреннего сгорания. Клапаны двигателя должны выдерживать многократное и продолжительное воздействие высоких температур, высокого давления из камеры сгорания, механических напряжений и нагрузок от динамики двигателя, чтобы обеспечить надежную работу двигателя.

Из-за охлаждающего эффекта поступающей воздушно-топливной смеси, протекающей через впускной клапан во время цикла впуска, впускные клапаны двигателей внутреннего сгорания подвергаются меньшей термической нагрузке.С другой стороны, выпускные клапаны подвергаются более высоким термическим нагрузкам из-за их расположения на пути выхлопных газов во время выхлопного цикла двигателя. Кроме того, поскольку выпускной клапан открыт и не соприкасается с головкой цилиндра во время цикла выпуска, меньшая тепловая масса поверхности сгорания и головки клапана имеет более высокий потенциал для быстрого изменения температуры.

Из-за более низких рабочих температур впускные клапаны обычно изготавливаются из таких материалов, как хром, никель или вольфрамовая сталь.Более термостойкие металлы, такие как нихром, кремний-хром или кобальт-хромовые сплавы, могут использоваться в выпускных клапанах для более высоких температур.

Поверхности клапанов, подвергающиеся воздействию высоких температур, иногда усиливают путем приваривания стеллита, сплава кобальта и хрома, к поверхности клапана.

Нержавеющая сталь, титан и сплавы Tribaloy® входят в число других материалов, используемых для изготовления клапанов двигателя.

Покрытия и обработка поверхности также могут использоваться для улучшения механических свойств и характеристик износа клапанов двигателя.Хромирование, нитридное покрытие, фосфатирование и вихревая обработка являются примерами этого.

 

Часто задаваемые вопросы о клапанах двигателя

  • Какие бывают типы клапанов двигателя?

Ниже приведены три типа клапанов двигателя: Клапан с тарельчатым клапаном. Клапан на втулке Клапан поворотного действия.

 

  • Как называется клапан в двигателе?

Клапаны расположены в головке двигателя и отвечают за подачу воздуха и/или топлива в цилиндры для сгорания (впускные клапаны) и за выпуск выхлопных газов из цилиндров (выпускные клапаны).

 

  • Что вызывает повреждение клапана двигателя?

Прогоревшие клапаны могут быть вызваны множеством факторов, но одной из наиболее распространенных является неспособность устранить протекающие уплотнения и направляющие, а также другие проблемы с компрессией. Когда эти проблемы сочетаются с неисправностью системы охлаждения или EGR (рециркуляции отработавших газов), очень вероятно, что клапаны будут сожжены.

 

  • Сколько стоит замена автомобильного клапана?

Определите, сколько вы должны заплатить за ремонт вашего автомобиля.Регулировка клапана стоит в среднем от 246 до 336 долларов. Ожидается, что стоимость рабочей силы будет варьироваться от 220 до 278 долларов, а стоимость запчастей — от 26 до 58 долларов.

 

  • Что вызывает плавание клапанов?

Когда блок клапанов теряет управление, происходит зависание клапана. Это вызвано отсутствием давления пружины клапана.

 

  • Как долго служат клапаны двигателя?

В двигателе для гонок по бездорожью или дрэг-рейсинге выпускной клапан, который может работать годами и 150 000 миль или более в обычном двигателе легкового автомобиля, может прослужить только один или два сезона.

Подробнее о Linquip

Купить оборудование или запросить услугу

Используя Linquip RFQ Service, вы можете рассчитывать на получение предложений от различных поставщиков из различных отраслей и регионов.

Щелкните здесь, чтобы запросить коммерческое предложение от поставщиков и провайдеров услуг

Заинтересованы в гостевых публикациях на Linquip?

Что такое клапаны двигателя? Типы, работа, механизм [объяснение]

В этой статье вы узнаете, что такое клапаны двигателя и как они работают в двигателе.Клапанный механизм и охлаждение клапана. Вы можете скачать PDF-файл этой статьи в конце.

Что такое клапаны двигателя?

Клапан — это устройство для закрытия и открытия прохода. Клапаны двигателя — это устройства, которые используются в двигателях внутреннего сгорания для разрешения или остановки потока жидкости или газа из цилиндров или камер сгорания во время работы двигателя.

Они также известны как обратные клапаны, которые используются для впрыска воздуха в транспортных средствах в составе систем контроля выбросов и рециркуляции отработавших газов.Клапаны двигателя обычно используются во всех типах двигателей внутреннего сгорания, таких как бензин, дизель, керосин, природный газ или пропан.

В автомобильных двигателях для каждого цилиндра используются два клапана двигателя: впускной (или впускной) клапан и выпускной клапан. Итак, эта статья поможет вам понять различные типы клапанов двигателя, а также их функции и работу в двигателях внутреннего сгорания.

Впускной клапан

Топливо подается в цилиндр через впускной клапан. В закрытом состоянии клапан плотно закрывает камеру сгорания.Клапаны обычно изготавливаются из аустенитной нержавеющей стали, которая является коррозионностойким и жаростойким материалом. Впускной клапан, подвергающийся меньшему нагреву, обычно изготавливается из хромоникелевой легированной стали.

Выпускной клапан

Сгоревшие газы выходят через выпускной клапан. Выпускной клапан обычно изготавливается из кремнийхромовой стали, которая представляет собой сплав кремния и хрома с необычайной термостойкостью.

Клапаны, используемые в автомобильных двигателях, называются тарельчатыми или грибовидными клапанами. Головка клапана имеет точно отшлифованную поверхность с достаточным запасом, чтобы избежать тонкой кромки.

Угловая поверхность шлифуется на головке клапана, образуя угол 45° или 30°, соответствующий углу седла клапана в головке цилиндра. На конце стержня клапана предусмотрены стопорные канавки пружинного фиксатора.

Читайте также: Список деталей двигателя автомобиля: его назначение (с иллюстрациями)

Типы клапанов двигателя

Существует 3 различных типа клапанов двигателя , а именно:

  1. Тарельчатый клапан
  2. 6
  3. Поворотный клапан
  4. Пластинчатый клапан

Тарельчатый клапан №1

Он также известен как грибовидный клапан из-за его формы.Он используется для контроля времени и количества газа, поступающего в двигатель. Это наиболее широко используемый клапан в автомобильном двигателе. Тарельчатый клапан получил свое название из-за его движения вверх и вниз.

Состоит из головки и стержня. Торец клапана обычно с углом от 30° до 45° идеально отшлифован, так как он должен совпадать с седлом клапана для идеального уплотнения.

Шток имеет стопорную канавку для фиксатора пружины, а его конец контактирует с кулачком для перемещения клапана вверх и вниз.В выхлопе перепад давления помогает герметизировать клапан. Во впускных клапанах перепад давления помогает их открыть.

Втулочный клапан №2

Втулочный клапан, как следует из названия, представляет собой трубку или втулку, которая устанавливается между поршнем и стенкой цилиндра в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, где он вращается/скользит.

 Отверстия на боковой стороне гильз совмещаются с впускными и выпускными отверстиями цилиндра на соответствующих этапах цикла двигателя.

Внутренняя поверхность втулки образует внутреннюю гильзу цилиндра, в которой скользит поршень. Гильза находится в непрерывном движении, пропуская и вытесняя газы за счет периодического совпадения выреза отверстия в гильзе с отверстиями, образованными через отливку главного цилиндра.

Преимущества

  1. Эти клапаны просты по конструкции и бесшумны в работе.
  2. Шум слышен из-за отсутствия производящих шум деталей, таких как кулачки клапанов, коромысла, толкатели клапанов и т. д.
  3. Втулочный клапан имеет меньшую склонность к детонации. Охлаждение очень эффективно, так как клапан находится в контакте с водяными рубашками.

Поворотный клапан №3

Существует множество типов поворотных клапанов. На рисунке показан поворотный клапан дискового типа. Он состоит из вращающегося диска с портом. При вращении он сообщается попеременно с впускным и выпускным коллекторами.

Преимущества

  1. Поворотные затворы просты по конструкции и дешевле.
  2. Подходят для высокоскоростных двигателей.
  3. Эти клапаны менее подвержены нагрузкам и вибрациям.
  4. Поворотные икры выполняют плавные, равномерные и бесшумные операции.

Пластинчатый клапан #4

Изображение: Википедия

Это тип обратного клапана, который открывает и закрывает поток жидкости в одном направлении под разным давлением на каждой стороне. Он состоит из механического стержня, шарнирно закрепленного на одном конце, который закрывает проход и позволяет воздуху или заряду течь только в одном направлении.

Этот клапан расположен так, что давление всасывания открывает впускной клапан и закрывает выпускной клапан. И давление выхлопа закрывает впускной клапан и открывает выпускной клапан. Они обычно устанавливаются в двухтактных двигателях.

Читайте также: Какова функция коленчатого вала? Детали, типы, применение [PDF]

Типы клапанных механизмов двигателя

Клапаны приводятся в действие кулачками, установленными на распределительном валу. Распределительный вал получает движение от коленчатого вала. Когда распределительный вал поворачивается, кулачок приводит в действие клапан.

По расположению клапанов клапанный механизм бывает двух типов:

  1. Клапанный механизм для управления клапаном в блоке цилиндров (прямой тарельчатый клапан).
  2. Клапанный механизм управления клапаном в головке блока цилиндров (верхний тарельчатый клапан).

Зазор толкателя клапана

Небольшой зазор сохраняется между толкателем клапана и штоком клапана в случае прямого тарельчатого клапана и между коромыслом и штоком клапана в случае верхнего тарельчатого клапана клапан.Это известно как зазор толкателя клапана, и иногда как зазор клапана. Этот зазор позволяет штоку клапана расширяться при нагреве двигателя.

Если не обеспечен достаточный зазор, клапан не сядет должным образом, когда двигатель перегреется, что приведет к потере мощности и подъему клапана. Лучше иметь больше зазора, чем необходимо, чем слишком мало, несмотря на небольшое увеличение шума клапанного механизма.

Зазор толкателя клапана зависит от следующих факторов:

  1. Длина штока клапана
  2. Материал клапана.
  3. Температура, при которой работает двигатель.

Гидравлический подъемник клапана

Работает очень тихо, так как обеспечивает нулевой зазор толкателя клапана. Он автоматически регулирует свою длину, чтобы компенсировать разницу в клапане. зазор толкателя. Кроме того, он обычно не требует регулировки при нормальном обслуживании.

Корпус состоит из цилиндра и масляного резервуара. Отверстие в корпусе соединено с напорной масляной магистралью от системы смазки двигателя для подачи масла в резервуар.Плунжер помещается внутрь цилиндра так, что его верхний конец касается нижней части толкателя, а его нижний конец поддерживается маслом между ним и нижней частью цилиндра.

Когда клапан закрыт, как в (а) (кулачок на нижней стороне), масло из резервуара открывает шаровой обратный клапан и поднимает плунжер, проходя между ним и дном цилиндра. Это обеспечивает нулевой зазор между узлом толкателя и толкателем, а также между коромыслом и штоком клапана.

Когда кулачок поворачивается, чтобы поднять подъемник, как в (b) (кулачок вверху).Шаровой обратный клапан закрывается, чтобы предотвратить возврат масла в резервуар, и заставляет весь толкатель поднимать толкатель, открывая клапан. Поскольку подъем начинается с нулевого зазора, шум сводится к минимуму.

Как показано в (b), во время операции подъема некоторое количество масла может просочиться между плунжером и цилиндром, что приводит к опусканию плунжера для создания зазора, если пружина не подняла его снова, когда давление на поршень освобождается при закрытии клапана двигателя.Это снова открывает шаровой обратный клапан, масло снова поступает под плунжер, и подъемник снова устанавливается на нулевой зазор.

Читайте также: Что такое поршневой палец? Работа, типы, детали, преимущества [PDF]

Эксцентриковое коромысло

Эксцентриковое коромысло автоматически компенсирует разницу в зазоре толкателя клапана. Он состоит из обычного коромысла, модифицированного для удержания эксцентрика с помощью паза и штифта.

Плунжер и пружина управляют поршнем эксцентрика.Плунжер приводится в действие пружиной и давлением масла из отверстия в коромысле.

Когда клапан двигателя закрыт (кулачок на нижней стороне), эксцентрик под действием пружины и плунжера перемещается, чтобы занять любой зазор в клапане, управляющем поездом. Когда кулачок поворачивается, открывая клапан, поршень и пружина поглощают любой удар, вызванный этим движением. Когда кулачок находится вверху, клапан полностью открыт.

Охлаждение клапана

Очевидно, что выпускной клапан работает горячее, чем впускной, потому что выпускной клапан всегда находится в контакте с горячими газами, а впускной клапан несколько охлаждается поступающим свежим зарядом.Выпускной клапан может нагреться докрасна за короткий период работы. Поверхность клапана самая горячая, а шток клапана — самая холодная часть клапана.

Стержень клапана передает тепло направляющей клапана, а поверхность клапана передает тепло седлу клапана, что способствует охлаждению клапана. Для обеспечения адекватного охлаждения головка блока цилиндров должна быть сконструирована таким образом, чтобы обеспечить хорошую циркуляцию воды вокруг критических участков клапана.

Если торец клапана правильно прилегает к седлу клапана и полностью закрывает камеру сгорания, потери компрессии и мощности не будет.

Несмотря на это, надлежащее седло клапана также обеспечивает полный контакт торца с седлом клапана, через которое может происходить больший теплообмен. Неравномерный контакт может привести к тому, что клапан нагреется на несколько сотен градусов выше нормы, что сократит срок службы клапана.

Клапан с натриевым охлаждением

Во многих двигателях большой мощности используются клапаны с натриевым охлаждением. Клапан с натриевым охлаждением имеет полый шток, частично заполненный металлическим натрием. Натрий плавится при 97,5°С.

Таким образом, при рабочих температурах натрий находится в жидком состоянии.Когда двигатель работает, клапан движется вверх и вниз, натрий выбрасывается вверх в более горячую часть клапана.

Он поглощает тепло, которое затем отдается более прохладному стержню, когда снова падает в стержень. Это действие обеспечивает охлаждение головки клапана.

Клапан с натриевым охлаждением работает на 100°C холоднее, чем клапан со сплошным штоком аналогичной конструкции при тех же условиях эксплуатации. Это означает, что клапан с натриевым охлаждением имеет более длительный срок службы. Но его использование требует большей осторожности.

Если полый шток клапана с натриевым охлаждением треснул или сломался, это потенциально опасно.Натрий воспламеняется при контакте с водой. Он вызывает глубокий и серьезный ожог кожи. Пока натрий безопасно находится в штоке клапана, опасности нет.


Заключение

Вот и все, спасибо за прочтение. Если у вас есть какие-либо вопросы или сомнения по поводу « Клапаны двигателя », сообщите нам об этом в комментариях. Поделитесь этой статьей с друзьями, если она того стоит.

Хотите бесплатные PDF-файлы, не выходя из дома? Тогда подпишитесь на вашу рассылку.

Скачать PDF этой статьи:

Читать далее:

Что такое клапан двигателя? — Определение, работа и типы

Что такое клапан двигателя?

Клапаны двигателя представляют собой механические компоненты, используемые в двигателях внутреннего сгорания для обеспечения или ограничения потока жидкости или газа в камеры сгорания или цилиндры и из них во время работы двигателя.

Функционально они аналогичны многим другим типам клапанов в том смысле, что они блокируют или пропускают поток, однако они представляют собой чисто механическое устройство, взаимодействующее с другими компонентами двигателя, такими как коромысла, для открытия и закрытия в правильной последовательности и с правильным таймингом.

Термин «клапан двигателя» может также относиться к типу обратного клапана, который используется для впрыска воздуха в составе систем контроля выбросов и рециркуляции отработавших газов в транспортных средствах. Этот тип клапана двигателя не будет рассматриваться в этой статье.

Клапаны двигателей являются общими для многих типов двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине, дизельном топливе, керосине, природном газе (СПГ) или пропане (LP). Типы двигателей различаются по количеству цилиндров, которые являются камерами сгорания, которые генерируют энергию от воспламенения топлива.

Они также различаются по типу работы (2-тактный или 4-тактный) и по конструктивному расположению клапанов в двигателе [верхний клапан (OHV), верхний кулачок (OHC) или клапан в блоке (VIB )].

Что такое верхний клапан?

Двигатель с верхним расположением клапанов (OHV) представляет собой поршневой двигатель, клапаны которого расположены в головке блока цилиндров над камерой сгорания. Это контрастирует с более ранними двигателями с плоской головкой, где клапаны располагались ниже камеры сгорания в блоке цилиндров.

Распределительный вал в традиционном двигателе с верхним расположением клапанов расположен в блоке цилиндров. Движение распределительного вала передается с помощью толкателей и коромысла для управления клапанами в верхней части двигателя.

Двигатель с верхним распределительным валом (OHC) также имеет верхние клапаны; однако, чтобы избежать путаницы, двигатели с верхним расположением клапанов, в которых используются толкатели, часто называют «двигателями с толкателями». В некоторых ранних двигателях с системой «впуск над выпуском» использовалась гибридная конструкция, сочетающая элементы как боковых, так и верхних клапанов.

Как работает клапан двигателя?

Клапан, пропускающий смесь в цилиндр, является впускным клапаном; тот, через который выходят отработавшие газы, является выпускным клапаном.Они предназначены для открытия и закрытия в точные моменты, чтобы двигатель работал эффективно на всех скоростях.

Работой управляют грушевидные кулачки, называемые кулачками, на вращающемся валу, распределительном валу, приводимом в движение цепью, ремнем или набором шестерен от коленчатого вала.

Там, где распределительный вал установлен в блоке цилиндров, небольшие металлические толкатели цилиндров находятся в каналах над каждым кулачком, а от толкателей в головку цилиндров выходит металлический толкатель. Верх каждого толкателя встречается с коромыслом, которое упирается в шток клапана, который удерживается в приподнятом (закрытом) положении сильной спиральной пружиной — пружиной клапана.

Когда толкатель поднимается по кулачку, он поворачивает коромысло, которое толкает клапан вниз (открывает) против давления его пружины. По мере дальнейшего вращения кулачка пружина клапана закрывает клапан. Это называется системой с верхним расположением клапанов (OHV).

Некоторые двигатели не имеют толкателей; клапаны приводятся в действие одним или двумя распределительными валами в самой головке блока цилиндров в системе верхнего распредвала.

Поскольку между распределительным валом и клапаном меньше движущихся частей, метод с верхним расположением распредвала (OHC) более эффективен и обеспечивает большую мощность при заданной мощности двигателя, чем двигатель с толкателями, поскольку он может работать на более высоких скоростях.В любой системе в рабочем механизме должен быть некоторый свободный ход, чтобы клапан мог полностью закрыться, когда детали расширились из-за нагрева.

Предварительно установленный зазор между штоком клапана и коромыслом или кулачком необходим для обеспечения расширения. Зазоры толкателей сильно различаются на разных автомобилях, и неправильная регулировка может иметь серьезные последствия.

Если зазор слишком большой, клапаны поздно открываются и рано закрываются, что снижает мощность и увеличивает шум двигателя.

Слишком маленький зазор препятствует правильному закрытию клапанов с последующей потерей компрессии. Некоторые двигатели имеют саморегулирующиеся толкатели, которые гидравлически приводятся в действие давлением моторного масла.

Номенклатура клапанов двигателей

Большинство клапанов двигателей спроектированы как тарельчатые клапаны из-за их хлопкового движения вверх и вниз и имеют головку клапана с коническим профилем, которая прилегает к обработанному седлу клапана для герметизации прохода жидкостей или газов. .Их также называют грибовидными клапанами из-за характерной формы головки клапана.

Двумя основными элементами являются шток клапана и головка клапана. Головка содержит скругление, которое ведет к поверхности седла, обработанной под определенным углом, чтобы соответствовать обработке седла клапана, с которым оно будет совпадать. Прилегание поверхности клапана к седлу клапана обеспечивает герметичность клапана против давления сгорания.

Шток клапана соединяет клапан с механическими элементами в двигателе, которые приводят клапан в действие, создавая усилие для перемещения штока против давления посадки, создаваемого пружиной клапана.Удерживающая канавка используется для удерживания пружины на месте, а кончик штока клапана неоднократно контактирует с коромыслом, толкателем или подъемником, который приводит клапан в действие.

Типы двигателей клапанов

Существует 3 различных типа двигательных клапанов следующим образом:

  • клапан POPWOP
  • клапан втулки
  • Votary клапан

1. Popp Class

он также известен как грибовидный клапан из-за его формы. Он используется для контроля времени и количества газа, поступающего в двигатель.Это наиболее широко используемый клапан в автомобильном двигателе. Тарельчатый клапан получил свое название из-за его движения вверх и вниз.

Состоит из головки и стержня. Торец клапана обычно с углом от 30° до 45° идеально отшлифован, так как он должен совпадать с седлом клапана для идеального уплотнения. Шток имеет стопорную канавку для пружинного фиксатора, а его конец контактирует с кулачком для движения клапана вверх и вниз. В выхлопе перепад давления помогает герметизировать клапан.Во впускных клапанах перепад давления помогает их открыть.

2. Втулочный клапан

Втулочный клапан, как следует из названия, представляет собой трубку или втулку, которая устанавливается между поршнем и стенкой цилиндра в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, где он вращается/скользит.

Отверстия на стороне гильз совмещаются с впускными и выпускными отверстиями цилиндра на соответствующих этапах цикла двигателя.

Внутренняя поверхность втулки образует внутреннюю гильзу цилиндра, в которой скользит поршень.Гильза, находящаяся в непрерывном движении, пропускает и вытесняет газы за счет периодического совпадения прорези отверстия в гильзе с отверстиями, образованными через отливку главного цилиндра.

Преимущества: Эти клапаны просты по конструкции и бесшумны в работе. Шум возникает из-за отсутствия шумообразующих деталей, таких как кулачки клапанов, коромысла, толкатели клапанов и т. д. Втулочный клапан имеет меньшую склонность к детонации. Охлаждение очень эффективно, так как клапан находится в контакте с водяными рубашками.

3. Поворотный клапан

Существует множество типов поворотных клапанов. На рисунке показан поворотный клапан дискового типа. Он состоит из вращающегося диска с портом. При вращении он сообщается попеременно с впускным и выпускным коллекторами.

Преимущества: Поворотные клапаны просты по конструкции и дешевле. Они подходят для высокоскоростных двигателей. Эти клапаны имеют меньше напряжений и вибраций. Вращающиеся икры выполняют плавные, равномерные и бесшумные операции.

СВЯЗАННЫЕ ПОСТЫ

Технология регулируемых клапанов и что она делает в вашем автомобиле

Большие клапаны на настоящей полукруглой головке, как видно на скамейке в Keith Black Racing Engines.

CNET

Когда вы ознакомитесь с особенностями нового автомобиля, вас, вероятно, засыпают восторженными словами о «передовой технологии клапанного механизма» в его двигателе. Как это произошло? Они не осыпают нас подробностями о том, как работают вирусы, когда продают нам лекарства от простуды. Вот краткое объяснение того, что делают клапаны автомобильных двигателей и почему автопроизводители тратят так много времени, рассказывая вам, насколько хороши их клапаны.

Сейчас играет: Смотри: Наконец-то поймите, что переменный клапан — это технология вашего автомобиля…

6:39

Что делают клапаны

Клапаны установлены в части двигателя, называемой головкой, и отвечают за подачу воздуха и/или топлива в цилиндры для сгорания — они называются впускными клапанами — и за выпуск выхлопных газов из это сгорание вне цилиндров — это называется выпускными клапанами.

Выделены клапаны двигателя, расположенные в головке (здесь невидимы), непосредственно над цилиндрами.

Фольксваген

Это может звучать как пара валторн в оркестре, но клапаны на самом деле играют центральную роль в характере мощности, экономичности и выбросов двигателя.

Принцип работы клапанов

Клапаны двигателя приводятся в действие вращением распределительного вала с эксцентричными яйцевидными кулачками.Когда эти кулачки вращаются, верхняя часть их яйцевидной формы давит на клапан, переводя его в открытое положение.

Распределительные валы бывают разных размеров и областей применения, но все они имеют ряд эксцентриковых или яйцевидных кулачков, врезанных в них.

Литейная группа МАТ

По мере того, как этот выступ кулачка продолжает вращаться, его верхняя часть отходит от клапана, и пружина возвращает клапан в закрытое положение.

Есть три основных параметра, определяющих природу этого танца открытия и закрытия: время, подъем и продолжительность. (Вот где вам действительно нужно посмотреть видео в верхней части этой страницы!)

ГРМ

Как и все, что вращается, распределительный вал во время работы поворачивается на 360 градусов. Где в этих 360 градусах вершина яйцевидного лепестка указывает на синхронизацию клапана — синхронизацию, когда кулачок давит на клапан во время вращения вала.

Где на 360 градусах распределительного вала эта точка кулачка определяет его синхронизацию.

CNET

Это называется синхронизацией, потому что она определяет, когда открывается клапан по отношению к тому, что происходит в остальной части двигателя в данный момент времени, поскольку все в двигателе механически заблокировано.

Подъем

Высота выступа кулачка или высота его яйцевидной точки определяет подъемную силу. Чем выше этот конец, тем дальше он будет перемещать или «поднимать» клапан.Эта величина подъемной силы в значительной степени определяет, насколько большое отверстие создается в цилиндре для подачи воздуха или топлива или для выпуска выхлопных газов.

Продолжительность

Ширина или ширина кулачка определяет продолжительность или как долго он поднимает клапан. Это определяет, сколько времени баллон должен вдохнуть или выдохнуть.

Ширина или широта «плеч» по обе стороны от вершины этого кулачка определяет его продолжительность.

CNET

Узкий остроконечный выступ кулачка на короткое время открывает клапан, в то время как более широкий выступ кулачка тратит больше времени, удерживая клапан открытым при вращении распределительного вала.

Делаем все это переменным

Как вы понимаете, яйцевидные кулачки обманчиво сложны и содержат множество «команд» в своей органической форме. Но даже этих нюансов недостаточно для современных двигателей; за последние несколько десятилетий автопроизводители сделали синхронизацию, подъемную силу и продолжительность регулируемыми в зависимости от работы двигателя.

Изменяемая синхронизация

В идеале кулачки кулачков давят на клапаны в моменты времени, которые меняются в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки, что трудно представить при фиксированной форме распределительного вала, обработанной механической обработкой.Но технология VarioCam от Porsche была одним из первых примеров того, как сделать именно это, изменяя взаимосвязь между распределительным валом и шестерней, которая его вращает.

В частности, это позволило Porsche изменить синхронизацию впускных клапанов относительно положения поршней в цилиндре, а также синхронизацию выпускных клапанов. Это нечетко, но выше показано заводское изображение того, как VarioCam изменяет фазы газораспределения. В большинстве современных автомобилей с газовыми двигателями теперь используются некоторые методы изменения фаз газораспределения.

Регулируемый подъем

Знаменитые двигатели Honda с системой VTEC сделали регулируемый подъем клапанов популярным. Используя механическую связь, двигатели VTEC могут выбирать между двумя кулачками распределительного вала разной формы, каждый из которых управляет данным клапаном: один открывает клапан больше, другой открывает клапан меньше. Выбор лепестков для использования в данный момент осуществляется компьютером двигателя, который отслеживает обороты двигателя и нагрузку.

Этот переход VTEC от менее открывающегося кулачка к более открытому породил один из самых распространенных мемов во всем автодоме.

Переменная продолжительность

Длительность воздействия кулачка на клапан было, пожалуй, самым трудным фактором для изменения, но новая технология Hyundai CVVD недавно сделала это. Он изменяет продолжительность, слегка сдвигая распределительный вал в сторону от его центральной линии вращения при его вращении. Это невыносимо сложный механизм, но именно поэтому он появился спустя десятилетия после двух предыдущих переменных технологий. Он должен появиться в некоторых новых Hyundai в конце 2020 года.

Будущее

Все это довольно впечатляющая технология, но, честно говоря, это просто сложный набор лейкопластырей для столетней автомобильной технологии: клапанов, приводимых в действие распределительным валом.В будущем мы могли бы отказаться от всего аппарата Руба Голдберга и управлять автомобилями с прямым бескулачковым приводом клапана — новой технологией, использующей простой соленоид или электродвигатель для управления каждым клапаном.

Или просто поедешь на электромобиле и забудешь обо всей этой ерунде.

Клапаны и порты в четырехтактных двигателях

Клапаны и порты в четырехтактных двигателях

Ханну Яаскеляйнен, Магди К.Хайр

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , ​​чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Компоненты, расположенные после впускного коллектора в четырехтактных дизельных двигателях, выполняют важные функции по управлению подачей воздуха в цилиндр. Клапаны тарельчатого типа контролируют синхронизацию потока в цилиндр и из него. Конструкция впускного отверстия влияет на дыхательную способность двигателя, а также на объемное движение воздуха, когда он входит в цилиндр.

Клапаны

Поскольку воздушный поток проходит через различные компоненты и этапы системы впуска, различные свойства и характеристики всасываемого заряда были изменены для достижения общих целей системы управления впускным потоком. Фильтр всасываемого воздуха обеспечивает достаточную чистоту воздуха, контроль состава наддувочного воздуха и содержания кислорода путем подачи рециркуляции отработавших газов во всасываемый воздух, а компрессор и охладитель наддувочного воздуха обеспечивают соблюдение требований по давлению и температуре во впускном коллекторе, а также плотность наддувочного воздуха. в проектных пределах.Несколько заключительных аспектов управления воздухом достигаются после того, как всасываемый заряд выходит из впускного коллектора и поступает в цилиндр. Клапаны или порты контролируют время подачи воздуха в цилиндр. Кроме того, проход между впускным коллектором и цилиндром может оказывать значительное влияние на поток, когда он входит в цилиндр, и может использоваться для придания подходящему объемному движению и кинетической энергии заряду для обеспечения смешивания воздуха, топлива и промежуточного сгорания. продукты в цилиндре.

В четырехтактных двигателях впускной газ поступает в цилиндр через отверстие, расположенное в головке блока цилиндров, и через клапан, используемый для открытия и закрытия отверстия.В двухтактных двигателях, обсуждаемых в другом месте, обычно используются отверстия в гильзе цилиндра, которые поочередно закрываются и открываются поршнем.

Рисунок 1 . Номенклатура цельного тарельчатого клапана

Поток газа в цилиндр и из цилиндра в 4-тактных двигателях контролируется почти исключительно тарельчатыми клапанами (рис. 1). Хотя использовались или предлагались клапаны других конструкций, ни один из них, по-видимому, не может сравниться по надежности и уплотняющей способности с тарельчатым клапаном.Наиболее распространенной конструкцией тарельчатого клапана в автомобилестроении является цельный клапан, в котором весь клапан сделан из одного и того же материала. Однако доступны и другие варианты, в том числе:

  • Конструкция со сварным наконечником имеет отдельный наконечник, приваренный к стержню над канавкой держателя. Наконечник может быть изготовлен из материала, гораздо более износостойкого, чем остальная часть клапана.
  • Конструкция, состоящая из двух частей, имеет отдельный шток, приваренный над галтелью, рис. 2 слева.
  • Конструкция с внутренним охлаждением имеет полый шток, содержащий охлаждающую жидкость, такую ​​как металлический натрий или смесь натрия и калия, и обычно используется в выпускных клапанах с высокими эксплуатационными характеристиками для тяжелых условий эксплуатации, рис. 2 в центре.Пиковые температуры клапана снижаются благодаря «эффекту встряхивания» расплавленного металла, и эти конструкции могут особенно хорошо выдерживать тепловые нагрузки. Температура в полой шейке может быть снижена примерно на 80–130 К, что снижает общий износ клапана и вкладыша седла клапана.
  • Некоторые конструкции также имеют полую полость в головке клапана, содержащую металлический натрий, рис. 2, справа. Это расширение классического полого клапана, заполненного натрием, с дополнительной полостью в головке клапана.Это может увеличить пики температуры в головке клапана и еще больше увеличить срок службы клапана.
  • Конструкция со сварной поверхностью седла имеет седло клапана, на которое наварено твердое покрытие, чтобы лучше выдерживать условия, которые в противном случае привели бы к чрезмерному износу седла клапана и/или коррозии.
Рисунок 2 . Пример конструкции тарельчатого клапана

Слева: Клапан со сплошным штоком, состоящий из двух частей. Центр: Клапан с полым штоком.
Справа: Клапан с полым штоком и дополнительной полостью на головке клапана.

(Источник: Мале)

В дополнение к различным стилям конструкции клапаны могут иметь различные усовершенствования конструкции для повышения их долговечности. Деформационное упрочнение поверхности седла можно использовать для умеренного повышения износоустойчивости седла в тех случаях, когда нет необходимости в сварной конструкции поверхности седла. Обработку поверхности штока можно использовать для уменьшения трения и/или износа, особенно в тех случаях, когда в противном случае может возникнуть адгезионный износ. Алюминирование поверхности седла клапана, а иногда и поверхности сгорания для повышения коррозионной стойкости в среде с оксидом свинца когда-то было популярно для двигателей, работающих на этилированном бензине.Крышки наконечников, установленные на конце штока клапана, могут использоваться для повышения износостойкости наконечников, когда сварка разнородных металлов представляет проблему.

###

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.