Menu

Как определить впускной или выпускной клапан: как определить на двигателе впускной выпускной клапан на new holland b115b?

Содержание

Впускной и выпускной клапан: описание, характеристика

Главное отличие впускного клапана от выпускного — диаметр тарелки: у впускного она больше. Почему? Потому что всасывание воздуха из атмосферы в цилиндр под действием разрежения происходит с меньшей скоростью, чем выталкивание его из цилиндра поршнем.

Все просто: количество воздуха (или топливовоздушной смеси) — одинаковое, а скорость — разная. Соответственно, там, где скорость ниже, отверстие шире, а закрывающая его тарелка — больше в диаметре. 

Все это справедливо для тех клапанных механизмов, где впускных и выпускных клапанов — равное количество — по одному или по два. Впрочем, есть моторы с нечетным количеством клапанов: два впускных + один выпускной или три впускных + два выпускных. Тут все наоборот: диаметр тарелок выпускных клапанов будет больше, чем у впускных, ибо производитель компенсировал низкую скорость всасывания добавлением одного «лишнего» отверстия, а не увеличением диаметра. Подробнее о соотношении клапанов и цилиндров можно прочитать в соответствующей статье.

Второе важное отличие в конструкции клапанов — их рабочая температура. Впускные клапаны работают при 350-500 градусах, а вот выпускным тяжелее — раскаленные отработавшие газы нагревают их до 700-900 градусов. Поэтому, соответственно, выпускные клапаны часто делают более жаропрочными.

Головки (или тарелки) впускного и выпускного клапанов могут быть как одинакового диаметра, так и разного. (на автомобилях устаревших марок с малым перекрытием клапанов) -моё прим. Обычно головку впускного клапана делают большего диаметра для улучшения наполнения цилиндра. Например, размеры клапанов двигателя автомобиля ГАЗ-53А: диаметр головки впускного клапана 47 мм, а выпускного 36 мм. В дизеле КамАЗ-740 диаметр тарелки впускного клапана 51 мм, а выпускного 46 мм. Впускной большой выпускной маленький.

Выпускной клапан двигателя

Выпускной клапан — элемент ГРМ, при открытии которого происходит удаление (выпуск) отработавших газов из камеры сгорания двигателя. Выпуск газов происходит тогда, когда поршень в цилиндре двигателя направляется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ). В процессе работы двигателя выпускные клапаны подвергаются значительным термическим нагрузкам, так как постоянно контактируют с раскаленными отработавшими газами. Головка клапана при работе ДВС может разогреваться в пределах 600-800 градусов.

После окончания такта впуска и сжатия главным требованием в момент возгорания топлива в камере сгорания является максимальная герметичность. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Когда поршень принял на себя энергию расширяющихся газов после возгорания топливно-воздушной смеси, из камеры сгорания необходимо удалить эти отработавшие газы. Герметизация камеры на данном этапе уже не нужна. За удаление выхлопных газов в конструкции газораспределительного механизма отвечает выпускной тарельчатый клапан, который размещен в головке блока цилиндров (ГБЦ).

На такте впуска создается разряжение, а на такте выпуска в рабочей камере сгорания двигателя образуется повышенное давление. После сгорания смеси топлива и воздуха отработавшие газы покидают камеру сгорания через открывающийся в нужный момент выпускной клапан. Сила давления позволяет газам с легкостью выйти из рабочей камеры. Этим объясняется меньший размер тарелки выпускного клапана сравнительно с тарелкой впускного клапана. На такте впуска разрежение по своей силе меньше давления на выпуске. Выхлопные газы практически выталкиваются наружу через открытый выпускной клапан.

Эффективная герметизация камеры сгорания стала возможна благодаря использованию тарельчатых клапанов в конструкции ГРМ современных ДВС. Устройство клапана простое, элемент имеет тарелку и стержень. Фаска плавно переходит в стержень, что делает клапан достаточно прочным. Коническая форма перехода заметно снижает сопротивление выхлопных газов при выходе из камеры, а также дополнительно улучшает герметизацию.

Открытие выпускного клапана происходит благодаря полученному усилию от кулачка распределительного вала. Стержень (шток) клапана находится в направляющей втулке клапана, которая запрессована в ГБЦ. Кулачок распредвала нажимает прямо на шток клапана или на рокера, от которого усилие передается на стержень. В ГБЦ также размещено седло клапана. Седло клапана представляет собой углубление, которое по своей форме соответствует верхней части тарелки клапана. Тарелка клапана и седло клапана с филигранной точностью прижимаются друг к другу. Данное решение позволяет обеспечить максимальную герметичность в тот момент, когда закрыты впускной и выпускной клапаны. Главной задачей становится исключить прорыв газов из камеры сгорания.

На верхней части стержня клапана выполнена специальная выточка. Указанная выточка является местом установки «сухаря». Данный «сухарь» представляет собой коническое кольцо, которое разрезано на две равных части. Решение необходимо для крепления тарелки пружины клапана. Если открытие клапана осуществляется за счет «толчка» от кулачка распредвала, то закрытие клапана реализовано посредством усилия пружины клапана. Указанная пружина закрывает клапан, плотно прижимая тарелку к седлу. Дополнительно имеется механизм, который осуществляет проворачивание клапана. Это необходимо для равномерного износа клапана и очистки клапана от нагара.

Выпускной клапан работает в крайне сложных условиях. Отработавшие газы вызывают сильную коррозию выпускных клапанов. Если топливо сгорает в камере не полностью, тогда это может привести к прогару клапана. Регулировка клапанного механизма является важной процедурой в процессе эксплуатации ДВС. Раннее закрытие выпускного клапана может привести к быстрому его прогару.

В процессе эксплуатации любого ДВС тарелка клапана и седло покрываются нагаром. Избежать нагара на клапанах практически не представляется возможным. Наличие нагара вызывает постоянный перегрев выпускного клапана. Рано или поздно опорная поверхность клапана начинает выгорать, что приводит к потере герметичности в камере сгорания. Результатом становится прогрессирующая потеря мощности ДВС, затрудненный пуск и т.д.

Появившиеся от перегрева микротрещины на тарелке клапана постепенно увеличиваются, так как раскаленные газы под давлением начинают прорываться наружу из камеры сгорания. Головка клапана в таких условиях деформируется и далее разрушается. Выход клапана из строя фактически означает полную потерю цилиндром двигателя своей функциональности. После замены обязательно требуется притирка клапана к седлу для максимально точного прилегания. Игнорирование процедуры или некачественное выполнение притирки клапанов приведет к быстрому выходу нового клапана из строя.

Вполне очевидно, что перегрев является серьезной проблемой выпускных клапанов. Для изготовления выпускного клапана используется особая хромоникельмолибденовая сталь. Основой является никель, который повышает устойчивость выпускного клапана к механическому разрушению. Сталь для изготовления клапанов отличается высокой жаропрочностью.

Следующим шагом по снижению термонагруженности выпускного клапана становится его конструкция, которая отличается от устройства впускных клапанов.

Стержень выпускного клапана полый, полость заполнена металлическим натрием. Натрий расплавляется и перетекает внутри стержня клапана, что позволяет улучшить теплообмен и равномерно распределить нагрев.

Выпускной клапан также может иметь дополнительную защиту, которая способна значительно продлить срок службы элемента. Единственным недостатком можно считать конечное удорожание производства детали.

Среди наиболее распространенных способов защиты отмечены:

  • лазерное легирование;
  • метод плазменно-порошковой наплавки;
  • наплавка токами высокой частоты;

Плазменно-порошковая наплавка считается одним из наиболее экономически и практически оправданных решений. Для такой наплавки используют различные металлические порошки, в основе которых лежит кобальт или никель. Технологии нанесения покрытия разные, но главной задачей каждого из указанных способов становится наплавление тонкого слоя защиты на поверхность клапана для повышения износостойкости, устойчивости к появлению коррозионных процессов и механическому разрушению.

Впускной клапан двигателя

Впускной клапан — элемент механизма газораспределения ДВС, который отвечает за пропуск в рабочую камеру сгорания топливно-воздушной смеси или только воздуха (для дизельных ДВС или моторов с непосредственным впрыском). Впускной клапан ГРМ осуществляет открытие доступа в цилиндр двигателя, а затем перекрывает доступ перед тем моментом, когда начнется такт сжатия.

Впускные клапаны изготавливают из особой стали. К такой стали для изготовления клапанов двигателя внутреннего сгорания выдвигаются отдельные требования:

  • высокая твердость поверхности;
  • достаточная теплопроводность материала;
  • узкий коэффициент термического расширения;
  • противостояние разъедающему влиянию продуктов сгорания;
  • возможность противостоять регулярным динамическим нагрузкам при высоком нагреве;

Дополнительные требования к стали для клапанов предполагают отсутствие эффекта закаливания в момент охлаждения клапана после работы в условиях высоких температур. Это означает, что при остывании сталь не должна становится хрупкой. Данным требованиям на 100% не соответствует ни одна из разработанных сегодня марок стали.

Клапаны ДВС изготавливают из высоколегированных сильхромов, что позволяет указанной детали работать в условиях высочайшего нагрева. Такой подход обеспечил нужную прочность клапана, а также возможность элемента противостоять коррозионным процессам, которые активно прогрессируют в среде его работы при высоких температурах около 600 — 800 °C.

Клапаны размещают под определенным углом (30-45 градусов) по отношению к вертикальной оси. Отличием впускного клапана от выпускного является то, что его тарелка имеет больший диаметр сравнительно с тарелкой выпускного клапана. Такое различие вызвано тем, что момент открытия впускного клапана происходит именно тогда, кода в камере сгорания появляется разрежение. В момент выпуска в цилиндре имеет место повышение давления.

Разрежение в цилиндре на впуске уступает давлению по силе на такте выпуска. Для максимально качественного и полного наполнения рабочей топливно-воздушной смесью на впуске необходимы клапана с большей пропускной способностью. Такая пропускная способность реализована посредством увеличения диаметра тарелки впускного клапана или количества впускных клапанов.

Тарелка впускного клапана со стороны рабочей камеры сгорания плоская, а со стороны распределительного вала получает форму конуса. Данный конус еще называется фаской. В момент закрытия впускного клапана фаска прилегает к седлу клапана, которое также представляет собой коническое отверстие в ГБЦ.

Точность посадки впускного клапана обеспечена благодаря использованию направляющей втулки. В указанную втулку вставляется стержень клапана, а сама втулка называется направляющей клапана. Направляющие клапанов запрессованы в корпус ГБЦ, а также дополнительно зафиксированы посредством стопорного кольца.

Современные силовые агрегаты имеют тенденцию к увеличению количества впускных клапанов на цилиндр для улучшения пропускной способности, повышения эффективности наполнения цилиндра рабочей топливно-воздушной смесью и улучшения мощностных и других характеристик ДВС.

Клапан получает внутреннюю и наружную пружины. Данные цилиндрические пружины закрепляют на стержне клапана. Открытие впускного клапана на такте впуска становится возможным благодаря тому, что усилие от кулачка распределительного вала передается на рокера (толкатель). Конструкция современных ДВС подразумевает прямое воздействие кулачка распредвала на клапан. Пружины клапана плотно закрывают (прижимают) клапан обратно после того, как рокер сбегает с толкателя или стержень клапана прекращает контактировать с кулачком распредвала.

Между распределительным валом (его кулачком) и стержнем клапана (его торцевой частью) имеется конструктивный зазор. Такой зазор (может находиться на отметке 0,3-0,05 мм) создан для компенсации теплового расширения впускного клапана.

Открытие и закрытие впускных клапанов в четко определенный момент становится возможным благодаря угловому положению распредвала, которое в точности совпадает с аналогичным положением коленчатого вала ДВС. Получается, положение распредвала в момент открытия впускных клапанов строго соответствует положению коленвала. Конструкции двигателей могут отличаться, количество распредвалов может быть разным.

Впускной клапан начинает приоткрываться немного раньше того момента, когда поршень окажется в ВМТ (высшая мертвая точка). Это означает, что в самом начале такта впуска (когда поршень начинает опускаться вниз), впускной клапан уже немного открыт. Такое решение называется опережением открытия клапана. Различные модели силовых агрегатов имеют разное опережение, а рамки колебаний находятся в пределах от 5-и до 30-и градусов.

Закрытие впускного клапана осуществляется с небольшой задержкой. Клапан закрывается в тот момент, когда поршень в цилиндре оказывается в нижней мертвой точке и далее начинается движение вверх. Цилиндр продолжает наполняться и после начала движения поршня вверх. Такое явление происходит в результате инерционного движения во впускном коллекторе.

Основными неисправностями, которые напрямую связаны с клапанами ДВС, являются: загибание клапанов, зарастание клапанов нагаром и прогар клапана. Загибание клапанов чаще всего происходит по причине обрыва ремня ГРМ. Не менее часто гнет клапана и при неправильно выставленных метках в процессе замены приводного ремня ГРМ. Менять ремень ГРМ и выставлять метки на шкивах распредвала и коленвала нужно с повышенным вниманием.

Неисправностью клапанного механизма становится образование нагара на впускных и выпускных клапанах, что проявляется в повышенном шуме в процессе работы и падении мощности ДВС. Характерно появление металлического стука в области клапанной крышки на ГБЦ, а также проблемы с клапанами выявляют по хлопкам во впускном и выпускном коллекторе.

Нагар на клапанах и седлах не позволяет элементам плотно прилегать друг к другу, что ведет к потере необходимого показателя компрессии в двигателе. Снижение компрессии означает потерю мощности ДВС. Сильный нагар также приводит к перегреву и прогару клапана.

Неисправность пружин клапана может привести к деформации ГБЦ и заеданию стержня в направляющей клапана. Неправильный тепловой зазор между рычагом и стержнем приводит к сильному стуку клапанов. В таком случае необходимо немедленно заниматься выставлением требуемого производителем теплового зазора. Автолюбители называют эту процедуру регулировкой клапанов. Регулировать клапана нужно с определенной периодичностью в процессе эксплуатации мотора, а также если указанная возможность отрегулировать клапана двигателя изначально предусмотрена конструктивно.

Впускной клапан

Впускной клапан газораспределительного механизма открывает доступ в цилиндр топливо-воздушной смеси и прекращает доступ перед началом такта сжатия. В случае с дизельным двигателем клапан пропускает в камеру сгорания только воздух.

При обрыве ремня ГРМ впускные клапана «зависают», так как распредвал перестает вращаться. Тарелки клапанов, оказавшихся открытыми, ударяются о поверхность цилиндра

Клапана располагаются под углом от 30 до 45 градусов относительно вертикальной оси. Тарелка впускного клапана больше, чем у выпускного. Разница обусловлена тем, что в момент открытия впускного клапана в камере сгорания образуется разрежение, а в момент выпуска — повышенное давление. Сила разрежения ниже силы давления, поэтому для впуска требуются клапана с большей поверхностью головки, чтобы обеспечить пропускание необходимого объема топливо-воздушной смеси.

Устройство впускного клапана

Состоит клапан из тарелки и стержня. Плоская со стороны камеры сгорания тарелка впускного клапана имеет конусную форму со стороны распредвала (фаску). При полном закрытии она плотно прилегает к «седлу» (коническому отверстию) в головке блока цилиндров. Точную посадку впускного клапана обеспечивает направляющая втулка, в которой перемещается стержень клапана. Она запрессована в корпус головки блока цилиндров и зафиксирована стопорным кольцом.

Современная тенденция в конструировании ГРМ — увеличение количества впускных клапанов на один цилиндр. Это позволяет увеличить пропускную способность цилиндра и повысить мощность двигателя

Впускной клапан имеет внутреннюю и наружную цилиндрические пружины, которые крепятся на стержне клапана.

В действие впускной клапан приводится рычагом (рокером) от кулачка распределительного вала, или, в большинстве современных двигателей непосредственно давлением кулачка. Пружина обеспечивает постоянный контакт стержня впускного клапана с концом рокера или с кулачком.

Между кулачком распределительного вала и торцом стержня клапана конструктивно закладывается зазор. Это дает возможность компенсировать тепловое расширение впускного клапана. Величина такого зазора составляет 0,3-0,05 мм.

Принцип работы впускного клапана

Своевременное открытие и закрытие впускного клапана обеспечивает угловое положение распределительного вала, точно синхронизированного с таким же угловым положением коленчатого вала. То есть, угловое положение одного строго соответствует определенному угловому положению другого.

В зависимости от модели двигателя, впускных клапанов может быть и несколько на один цилиндр.

Для радикального изменения опережения открытия клапанов необходимо приобрести комплект спортивных распредвалов

Прежде, чем поршень достигнет высшей мертвой точки, начинает открываться впускной клапан — то есть, при такте впуска, к началу движения поршня вниз, клапан уже приоткрыт. Для разных моделей двигателей существует свое опережение открытия клапана. Пределы колебаний составляют 5-30 градусов.

А вот закрытие впускного клапана происходит с некоторой задержкой, после того как поршень достигает нижней мертвой точки и начинает движение вверх. Заполнение цилиндра продолжается даже после начала движения. Это происходит вследствие инерции во впускном коллекторе.

Характерные поломки впускных клапанов

Безусловно, самой распространенной поломкой клапанов необходимо признать их загибание в результате обрыва ремня ГРМ. То же самое может произойти и без обрыва, если заменой ремня занимался непрофессионал, ошибочно выставивший метки на шкивах коленвала и распредвала (или распредвалов). Особенно опасны обрывы для современных сложных двигателей, оснащенных механизмом изменяемых фаз газораспределения и прочими высокотехнологичными системами.

Еще одна распространенная неисправность клапанного механизма зарастание впускных и выпускных клапанов нагаром. Как правило, определить проблему можно на достаточно ранней стадии по снижению мощности и хлопкам во впускном и выпускном трубопроводах, металлическому стуку в головке блока цилиндров и падению мощности двигателя.

Отложение нагара на седлах и клапанах препятствует их плотному прилеганию и уменьшает компрессию. Вследствие этого уменьшается и мощность двигателя. Поломки пружин могут вызвать неплотное прилегание клапана к седлу и приводить к деформации головки блока цилиндров, образованию раковин или заеданию стержня. Большой тепловой зазор между рычагом и стержнем клапана также ведет к появлению резкого металлического стука и падению мощности двигателя.

Материалы для производства клапанов

Для изготовления впускных клапанов используется хромистая сталь, обладающая стойкостью против коррозии в газовых средах при температурах свыше 550 °C. Этот вид стали достаточно хрупок.

Впускные и выпускные клапаны автомобильных двигателей имеют тарельчатую форму. Клапан открывается под действием клапанного механизма, управляемого эксцентриковым кулачком. Работа кулачка синхронизирована с положением поршня и периодом вращения коленчатого вала.

В связи с этим они изготавливаются из более стойких материалов, чем впускные клапаны, и соответственно стоят дороже.

Направляющая втулка клапана расположена соосно с седлом клапана, так чтобы между рабочей фаской клапана и седлом обеспечивался герметичный газонепроницаемый контакт. Рабочая фаска клапана и седло скошены под углом 30° или 45°. Это номинальные значения угла фаски. Фактические значения могут на один-два градуса отличаться от номинальных. Клапаны и седла клапанов, используемые в большинстве двигателей, имеют номинальный угол фаски, равный 45°. Клапан прижимается к седлу под действием пружины. Пружина удерживается на стержне клапана (некоторые автомеханики называют его штоком клапана) опорной тарелкой пружины, которая, в свою очередь, контрится на стержне клапана замком (сухариками). Для демонтажа клапана необходимо сжать пружину и снять сухарики. После этого можно снять пружину, манжету, и вынуть клапан из головки.

Всесторонние испытания показали, что между различными геометрическими параметрами клапанов существуют оптимальные соотношения. В двигателях с цилиндрами внутренним диаметром от 3 до 8 дюймов (от 80 до 200 мм) для впускного клапана оптимальным будет диаметр головки, составляющий приблизительно 45% внутреннего диаметра цилиндра. Оптимальный диаметр головки выпускного клапана составляет примерно 38% внутреннего диаметра цилиндра. Впускной клапан должен быть больше по размеру, чем выпускной, чтобы пропускать ту же массу газа. Больший по размеру впускной клапан управляет низкоскоростным потоком разреженного газа. В то же время выпускной клапан управляет высокоскоростным потоком сжатого газа. С таким потоком в состоянии справиться клапан меньшего размера. Вследствие этого диаметр головки выпускного клапана составляет примерно 85% диаметра головки впускного клапана. Для нормального функционирования диаметр головки клапана должен составлять приблизительно 115% диаметра клапанного окна. Клапан должен быть достаточно большим, чтобы перекрывать окно. Высота подъема клапана над седлом составляет примерно 25% диаметра головки.

Конструкции клапанов автомобиля

Головки клапанов авто (автомеханики часто называют их тарелками) могут иметь различную конструкцию, они могут быть как жесткими, так и эластичными. Жесткая головка обладает высокой прочностью, сохраняет форму и обладает высокой теплопроводностью. Она также отличается более высокой износоустойчивостью. Эластичная головка, в свою очередь, способна приспосабливаться к форме седла. Поэтому эластичный клапан надежно запечатывает окно, но перегревается, а изгибы при посадке в седло, когда клапан адаптируется к его форме, могут привести к его разрушению. В конструкции клапанов широко используется головка, над лицевой поверхностью которой выступает небольшая шляпка. Такой клапан обладает достаточно небольшим весом, высокой прочностью и теплопередачей, и чуть более высокой ценой. Эластичные головки чаще встречаются у впускных клапанов, а жесткие — у выпускных.

Попадание холодного воздуха на горячие выпускные клапаны сразу после остановки двигателя может привести к серьезным повреждениям клапанов. В двигателях, оснащенных выпускными коллекторными головками и/или прямоточными глушителями, холодному воздуху открыт прямой доступ к выпускным клапанам. Резкое охлаждение может вызвать коробление и/или образование трещин в клапане. В холодную ветреную погоду, когда ветер вдувает холодный наружный воздух прямо в систему выпуска отработавших газов, такие условия — не редкость. Противоточные глушители с длинными выхлопными трубами и каталитическим нейтрализатором отработавших газов снижают опасность возникновения такой ситуации.

Материалы из которых изготавливаются клапаны

Сплавы, материалы из которых изготавливаются выпускные клапаны автомобиля, состоят главным образом из хрома, обеспечивающего высокую жаростойкость, с небольшими добавками никеля, марганца и азотных соединений. Если требуется придать клапану особые характеристики, то он подвергается термообработке. Если конструкция клапана из однородного материала не может обеспечить необходимую прочность и жаростойкость, то его изготавливают сварным — из двух различных материалов. После обработки место соединения частей клапана невозможно различить. Головки клапанов изготавливаются из специальных сплавов, обладающих жаростойкостью, прочностью, коррозионной стойкостью, стойкостью к воздействию окиси свинца и высокой твердостью. Головки привариваются к стержням, изготовленным из материалов, обладающих высокой износостойкостью. В клапанах, предназначенных для работы в особо тяжелых условиях, на рабочую фаску головки и верхушку стержня впускного клапана автомобиля направляются твердосплавные материалы типа стеллита. Стеллит представляет собой сплав никеля, хрома и вольфрама и является немагнитным материалом. В тех случаях, когда необходимо повысить коррозионную стойкость, клапан алитируется. Алитирование рабочей фаски снижает ее износ при использовании неэтилированного бензина. На поверхности клапана формируется пленка окиси алюминия, предотвращающая приваривание стальной фаски клапана к чугунному седлу.

Клапаны с полым стержнем и деформацией седла

В некоторых типах особо мощных двигателей используются выпускные клапаны с полым стержнем, заполненным металлическим натрием. Натрий при нагреве клапана до рабочей температуры расплавляется, превращаясь в жидкость. Этот расплав плещется в канале стержня и отводит тепло от головки клапана в стержень. Далее тепло передается через направляющую втулку клапана и поглощается системой охлаждения. Монолитная конструкция впускного и выпускного клапана при правильном выборе материалов обеспечивает, как правило, хорошие эксплуатационные характеристики автомобильных двигателей.

Клапан прижимается к седлу рабочей фаской, герметично закрывая камеру сгорания. Седло обычно формируется как элемент конструкции в отливке чугунной головки блока цилиндров — такое седло называется встроенным седлом. Седла обычно подвергаются индукционной закалке, чтобы можно было использовать неэтилированный бензин. Это обеспечивает замедление износа седел в процессе эксплуатации двигателя. В процессе износа седла клапан все глубже садится в него — утапливается. В тех случаях, когда коррозионная стойкость и износостойкость должны быть особенно высокими, всегда используются вставные седла. В алюминиевых головках седла и направляющие втулки клапанов — только вставные. Необходимо отметить, что в алюминиевых головках рабочая температура седел выпускных клапанов на 180°Ф (100°С) ниже, чем в чугунных. Вставные седла используются в качестве спасительной меры при восстановлении сильно поврежденных встроенных седел клапанов.

Деформация седла является основной причиной преждевременного выхода из строя клапанов. Деформация седла клапана может быть обратимой — как результат воздействия высокой температуры и давления, или необратимой — как результат действия внутренних механических напряжений. Механическое напряжение — это сила, действующая на тело, которая стремится изменить его форму.

Как выбрать впускные и выпускные клапаны

Клапаны – это небольшие металлические изделия в составе системы газораспределения двигателя, ответственные за регулирование подачи горючей смеси и выпуск т.н. отработавших газов, в народе называемые выхлопом. Несмотря на простоту конструкции, клапаны бывает сложно подобрать, особенно если они требуется для тюнинга двигателя. Сегодня Avto.pro разберется с конструкцией впускных и выпускных клапанов, их назначением, особенностями эксплуатации, наиболее частыми неисправностями, а также методиками выбора.

Материалы и конструктивные особенности

В общем виде впускные и выпускные клапаны представляют собой стальную тарелку с длинным стержнем (штоком). По причине того, что клапаны подвергаются огромным тепловым и механическим перегрузкам, требования к материалам и технологиям их обработки довольно высоки. Изделия должны обладать следующими свойствами:

  • Высокая теплопроводность;
  • Высокая твердость;
  • Узкий коэффициент термического расширения;
  • Способность противостоять действию продуктов сгорания и динамическим нагрузкам при нагреве.

В тандеме с клапанами работают пружины, отвечающие за возврат клапана в седло после снятие нагрузки от распредвала и его удержания в закрытом положении, т.е. обеспечения плотной посадки. Также в газораспределительном механизме имеются направляющие втулки, дающие клапанам верное направления для совершения возвратно-поступательных движений. Обычно направляющие втулки имеют форму разборной муфты для более простой выпрессовки и запрессовки по необходимости. В отдельных случаях втулки являются одним целым с головкой цилиндра.

Сегодня на изготовление клапанов обычно идут высоколегированные сильхромы и аустенитные стали, устойчивые к экстремальным нагревам при температурах 350-900°C (зависит от типа клапана). Изделия не закаливаются, так как это повышает хрупкость материала. Сразу отметим, что фактически материалам клапанов столь высоки, что полностью им не соответствует ни одна из марок стали. Впрочем, качественные изделия достаточно живучи для того, чтобы прослужить столько же, сколько обычно служит двигатель автомобиля в принципе. При описании геометрии, конструктивных элементов и особенностях изготовления клапанов учитывают:

  • Общую длину L, диаметр тарелки D, диаметр стержня d, угол гантели и угол посадки α;
  • Общую толщину тарелки, высоту края тарелки и высоту седла;
  • Наличие выемки в тарелке и канавки в стержне;
  • Особенности закалки конца стержня.

Впускные и выпускные клапаны имеют отличную геометрию и не являются взаимозаменяемыми. Основное отличие – диаметр тарелки D – тяжело заметить невооруженным взглядом. Также могут незначительно отличаться длины стержней. Пример геометрии (1 – впускной клапан; 2 – выпускной): 1) D = 29 mm, L = 91,3 mm; 2) D = 25 mm, L = 90,2 mm. Однако есть исключение. В большинстве газораспределительных систем общее число клапанов является четным числом. Если число нечетное, то у выпускных клапанов будут тарелки больше диаметра, нежели у впускных. По этой причине при поиске запчастей для ремонта двигателя водителю необходимо проверять коды, уточнять совместимость и изучать геометрические параметры, если они есть в описании изделий.

Назначение и особенности впускных и выпускных клапанов

Во вступлении мы указали, каково назначение клапанов отдельных типов, однако в данном разделе этот момент будет разобран в подробностях. Начнем с выпускного клапана. Для лучшего понимания всего, что будет описано дальше, рекомендуем автолюбителям ознакомиться с понятием фаз газораспределения. Выпускные клапаны ответственно за удаление уже отработавших газов из камер сгорания мотора. Выпуск происходит в тот момент, когда поршень направляется от т.н. нижней мертвой точки к верхней мертвой точки. Так как температура газов и перепады давлений особенно велики, выпускные клапаны должны иметь больший запас прочности, нежели впускные. Производители защищают изделия при помощи:

  • Плазменно-порошковой наплавки;
  • Лазерного легирования;
  • Наплавки при помощи токов высокой частоты.

Для наплавки используются составы, включающие порошки кобальта или никеля. Наплавка позволяет создать тонкий защитный слой из указанных материалов, которые обеспечивают лучшую коррозионную защиту изделий, их лучшую устойчивость к механическим воздействиям и перепадам температур.

Теперь объясним, чем обусловлены столь высокие требования именно к выпускным клапанам и почему они имеют тарелки меньшего диаметра. Как только такт впуска сжатия подошел к концу, камера сгорания должна быть герметичной (клапаны закрыты). Происходит возгорание смеси, после которого отработавшие газы нужно оперативно удалить. Размещенный в головке блока цилиндров тарельчатый выпускной клапан берет эту задачу на себя. Давление в камере велико, так что отработавшие газы быстро проходят через клапан, получающий усилие от кулачка распредвала – его не нужно оснащать тарелкой большого диаметра, ведь газы фактически выталкиваются сами собой. Теперь мы можем сформулировать еще одно требования к такому клапану: точное соответствие геометрии тарелки геометрии седла. Если они не будут прижиматься друг к другу в нужный момент, то камера не будет герметизироваться. Как результат, отработавшие газы начнут прорываться через клапан.

В дальнейшем мы выделим неисправности клапанов в отдельных раздел, однако эксперты Avto.pro считают нужным сразу рассказать читателям, чем обусловлен выход из строя выпускных клапанов. Дело в том, что клапаны постепенно покрываются нагаром. Сильнее всего страдают тарелки, особенно если топливовоздушная смесь переобогащена и не сгорает полностью. Тарелка также может перегреваться. Она не оплавляется и практически не деформируется – следствие правильного подбора марки стали и технологии производства, – но вот предотвратить появление микротрещин на тарелке невозможно. Со временем именно они станут причиной потери герметичности и прорывом отработавших газов. Еще один момент: если выпускные клапаны не притираются к седлам должным образом, то герметичность также будет нарушена.

Как читатель уже наверняка догадался, впускные клапаны отвечают за пропуск в рабочие камеры сгорания или топливоздушной смеси, или одного только воздуха, что справедливо для дизеля и двигателей с непосредственным впрыском. Именно эти клапаны дают смеси и воздуху попасть в камеры, а затем герметизируют их перед началом такта сжатия. Работа впускных клапанов определяется угловым опережением распредвала. Впускные клапаны омываются свежим зарядом, а также находятся в относительно легких температурных условиях, так что требования к материалам для их изготовления не столь жесткие. Стоит добавить, что клапаны снабжают т.н. маслосъемными колпачками, о которых мы писали в данном материале. Колпачки не дают маслу попасть в камеру сгорания через образующийся в период такта впуска зазор.

Коротко о тепловом зазоре

Распределительный вал двигателя действует на клапаны кулачком или через т.н. коромысла. Здесь есть одна интересная особенность: металл расширяется при нагреве, а значит, клапан может удлиняться по ходу прогрева двигателя. В результате изменения геометрии клапана появляется тепловой зазор, который необходимо регулировать – он не должен быть слишком большим или малым. Это называется регулировкой теплового зазора клапана. Нормальная величина зазора на холодном двигателе составляет:

  • Выпускные клапаны – 0,35-0,40 mm;
  • Впускной клапан – 0,25-0,30 mm.

На морально устаревших моделях двигателях тепловые зазоры регулируется вручную. В более современных эту задачу берут на себя гидрокомпенсаторы, осуществляющие регулировку в автоматическом режиме. Об их устройстве, неисправностях и методиках выбора последних мы писали в данном материале. Ручная регулировка / проверка исправности компенсаторов обязательно – изменение зазора негативно влияет на работу двигателя. При малом зазоре падает компрессия и наблюдается прорыв газов вследствие негерметичности камер сгорания. Первыми в этом случае страдают сами клапаны (выпускные в особенности). Увеличение зазора приводит к повышению нагрузки на клапанный механизм и ухудшению наполнения цилиндров топливовоздушной смесью.

Как отмечают специалисты, регулировать клапаны стоит каждые 60-80 тыс. км пробега. Если мотор оснащен гидрокомпенсаторами, то автолюбителю стоит помнить, что появление стуков в подкапотном пространстве может свидетельствовать об их неисправности. О наличии проблем также будет снижение мощностных показателей двигателя. Зачастую работоспособность компенсаторов удается восстановить в бытовых условиях. Дело в том, что в них скапливается нагар, который легко удаляется бензином или другим растворителем.

Признаки неисправности клапанов

Несмотря на простую конструкцию и внушительный эксплуатационный ресурс, как впускные, так и выпускные клапаны периодически выходя из строя. Последние страдают чаще, так что стоит сосредоточиться на их проверке, если вы столкнулись со следующими проблемами:

  • Существенная потеря мощности двигателя;
  • Повышенная шумность выхлопа, появление хлопков;
  • Неустойчивая работа двигателя;
  • Появление стуков в подкапотном пространстве.


Последнее связано с неправильной регулировкой или выходом из строя гидрокомпенсаторов, если двигатель автомобиля ими оснащен. Автолюбителю стоит обратиться в автосервис. Специалисты приступят к частичной разборке двигателя и выяснят, связана ли ненормальная работа двигателя с неисправностью клапанов. Если причина проблем кроется именно в клапанах, то вот что можно обнаружить при их осмотре:

  • Загибание стержня. Может быть вызвано обрывом ремня ГРМ или его неправильной установкой (неправильным выставлением меток на шкивах распредвала/ов и коленвала), повышенными зазорами в приводе и неправильным монтажом;
  • Скол тарелки. Основными причинами появления сколов является неплотная посадка в седле и ударные нагрузки;
  • Сильная деформция тарелки. В основном деформируются тарелки клапанов, которые подвергаются чрезмерным механическим нагрузкам. Такое происходит при клине, превышении частоты оборотов двигателя, выходу из строя пружины клапана, несоосности седла клапана со втулкой;
  • Скопление нагара на тарелке и части стержня. Клапан покрывается нагаром при проникновении масла через образующиеся при работе ГРМ зазоры.


Зачастую при наличии проблем с клапанами рядовые автолюбители и даже специалисты говорят об их прогорании. Как показала практика, прогорание клапана является синонимом скола или сильной деформации тарелки по причинам, которые указаны в списке выше. Избежать этих проблем непросто. Вот основные причины прогорания: заводской брак, неверная величина теплового зазора, использование неподходящего топлива, износ направляющей втулки, старение пружины, износ колец цилиндров, износ маслосъемных колпачков, недостаточная эффективность работы системы охлаждения ДВС. Читатель мог подумать, что заводской брак не должен быть одной из главных причин выхода клапанов из строя. К несчастью это так, а согласно некоторым исследованиям, каждое пятое изделие на вторичном рынке автозапчастей является бракованным. По этой причине автолюбителям особенно важно знать, как правильно выбирать впускные и выпускные клапаны и продукции какой фирмы отдавать предпочтение.

Выбор новых клапанов и экскурс по производителям

Подобрать новые клапаны несложно, если их седла еще в сносном состоянии. Если седла зашлифовались, то стоит заменить и их тоже. Есть и другой вариант: выбрать клапана с тарелками чуть большего диаметра. В отдельных случаях кончики стержней придется подпиливать. Автолюбитель может выбрать клапаны самостоятельно, но последнее слово будет за мастером, который займется их установкой. Клапаны можно выбирать по:

  1. Номеру двигателя;
  2. Каталожным номерам запчастей;
  3. Геометрии: общей длине клапана, стержня, диаметру тарелку, углу седла.

Третий вариант сложно назвать надежным, но если приходится искать клапаны для специфической техники, то он может оказаться единственным. Напоминаем, что впускные и выпускные клапаны имеют разную геометрию и разные каталожные номера. Они не взаимозаменяемы, так что будьте внимательны при поиске запчастей для ремонта.

При серьезном тюнинге двигателя автолюбители придется не только модернизировать головку блока цилиндров, а также установить новые цилиндры и распредвал/ы, но и подобрать впускные и выпускные клапаны большего размера. Здесь также необходимо вести поиск по геометрии. Клапаны для тюнинга могут конструктивно отличаться от стандартных изделий. К примеру, некоторые модели имеют полые стержни, которые заполняются металлическим натрием для лучшего охлаждения. Тарелки таких клапанов обычно вогнутые.

Подбирая выпускные и впускные клапаны для ремонта двигателя, автолюбитель может выбрать оригинальные комплектующие или так называемые аналоги. Последние обычно обходятся дешевле оригиналов, но бывают исключения. Здесь действует простое правило: низкая цена не всегда соответствует высокому качеству. Мы не рекомендуем экономить на запчастях. Лучше отдать свое предпочтение клапанам таких фирм:

Неплохие отзывы покупателей собирают клапаны Osvat (Италия), Autowelt (Германия) и AMP (Польша). Чем известнее фирма, тем выше шанс нарваться на подделку. Это справедливо для немецкого TRW, тем временем как под именами намного менее известных брендов Rocky и Kolbenschmidt подделки встречаются редко. Подлинность запчастей некоторых фирм можно проверить по защитным кодам, голограммам и QR-кодам. Категорически не рекомендуем покупать клапаны на рынках или в магазинах с плохой репутацией.

Вывод

От исправности впускных и выпускных клапанов, а также смежных с ними элементов, как-то направляющих и пружин, зависит работоспособность двигателя, его мощностные показатели и экономичность. Ресурс клапанов велик, а как показывает практика, многие автолюбители не сталкиваются с необходимостью их замены на протяжении всего периода эксплуатации личного транспорта. Однако если они вышли из строя, то водитель должен действовать незамедлительно. Поиск новых запчастей обычно не занимает много времени. Установку клапанов лучше доверить специалистам.


Выпускной клапан двигателя

Выпускной клапан – элемент ГРМ, при открытии которого происходит удаление (выпуск) отработавших газов из камеры сгорания двигателя. 

Выпуск газов происходит тогда, когда поршень в цилиндре двигателя направляется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ). В процессе работы двигателя выпускные клапаны подвергаются значительным термическим нагрузкам, так как постоянно контактируют с раскаленными отработавшими газами. Головка клапана при работе ДВС может разогреваться в пределах 600-800 градусов.

После окончания такта впуска и сжатия главным требованием в момент возгорания топлива в камере сгорания является максимальная герметичность. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Когда поршень принял на себя энергию расширяющихся газов после возгорания топливно-воздушной смеси, из камеры сгорания необходимо удалить эти отработавшие газы. Герметизация камеры на данном этапе уже не нужна. За удаление выхлопных газов в конструкции газораспределительного механизма отвечает выпускной тарельчатый клапан, который размещен в головке блока цилиндров (ГБЦ).

На такте впуска создается разряжение, а на такте выпуска в рабочей камере сгорания двигателя образуется повышенное давление. После сгорания смеси топлива и воздуха отработавшие газы покидают камеру сгорания через открывающийся в нужный момент выпускной клапан. Сила давления позволяет газам с легкостью выйти из рабочей камеры. Этим объясняется меньший размер тарелки выпускного клапана сравнительно с тарелкой впускного клапана. На такте впуска разрежение по своей силе меньше давления на выпуске. Выхлопные газы практически выталкиваются наружу через открытый выпускной клапан.

Эффективная герметизация камеры сгорания стала возможна благодаря использованию тарельчатых клапанов в конструкции ГРМ современных ДВС. Устройство клапана простое, элемент имеет тарелку и стержень. Фаска плавно переходит в стержень, что делает клапан достаточно прочным. Коническая форма перехода заметно снижает сопротивление выхлопных газов при выходе из камеры, а также дополнительно улучшает герметизацию.

Открытие выпускного клапана происходит благодаря полученному усилию от кулачка распределительного вала.  Стержень (шток) клапана находится в направляющей втулке клапана, которая запрессована в ГБЦ. Кулачок распредвала нажимает прямо на шток клапана или на рокер, от которого усилие передается на стержень. В ГБЦ также размещено седло клапана. Седло клапана представляет собой углубление,  которое по своей форме соответствует верхней части тарелки клапана. Тарелка клапана и седло клапана с филигранной точностью прижимаются друг к другу. Данное решение позволяет обеспечить максимальную герметичность в тот момент, когда закрыты впускной и выпускной клапаны. Главной задачей становится исключить прорыв газов из камеры сгорания.

На верхней части стержня клапана выполнена специальная выточка. Указанная выточка является местом установки «сухаря».   Данный «сухарь» представляет собой коническое кольцо, которое разрезано на две равных части. Решение необходимо для крепления тарелки пружины клапана. Если открытие клапана осуществляется за счет «толчка» от кулачка распредвала, то закрытие клапана реализовано посредством усилия пружины клапана. Указанная пружина закрывает клапан, плотно прижимая тарелку к седлу. Дополнительно имеется механизм, который осуществляет проворачивание клапана. Это необходимо для равномерного износа клапана и очистки клапана от нагара.

Выпускной клапан работает в крайне сложных условиях. Отработавшие газы вызывают сильную коррозию выпускных клапанов. Если топливо сгорает в камере не полностью, тогда это может привести к прогару клапана. Регулировка клапанного механизма является важной процедурой в процессе эксплуатации ДВС. Раннее закрытие  выпускного клапана может привести к быстрому его прогару.

В процессе эксплуатации любого ДВС тарелка клапана и седло покрываются нагаром. Избежать нагара на клапанах практически не представляется возможным. Наличие нагара вызывает постоянный перегрев выпускного клапана. Рано или поздно опорная поверхность клапана начинает выгорать, что приводит к потере герметичности в камере сгорания. Результатом становится прогрессирующая потеря мощности ДВС, затрудненный пуск и т.д.

Появившиеся от перегрева микротрещины на тарелке клапана постепенно увеличиваются, так как раскаленные газы под давлением начинают прорываться наружу из камеры сгорания. Головка клапана в таких условиях деформируется и далее разрушается. Выход клапана из строя фактически означает полную потерю цилиндром двигателя своей функциональности. После замены обязательно требуется притирка клапана к седлу для максимально точного прилегания. Игнорирование процедуры или некачественное выполнение притирки клапанов приведет к быстрому выходу нового клапана из строя.

Вполне очевидно, что перегрев является серьезной проблемой  выпускных клапанов. Для изготовления выпускного клапана используется особая хромоникельмолибденовая сталь. Основой является никель, который повышает устойчивость выпускного клапана к механическому разрушению. Сталь для изготовления клапанов отличается высокой жаропрочностью.

Следующим шагом по снижению термонагруженности выпускного клапана становится его конструкция, которая отличается от устройства впускных клапанов. 

Стержень выпускного клапана полый, полость заполнена металлическим натрием. Натрий расплавляется и перетекает внутри стержня клапана, что позволяет улучшить теплообмен и равномерно распределить нагрев.

Выпускной клапан также может иметь дополнительную защиту, которая способна значительно продлить срок службы элемента. Единственным недостатком можно считать конечное удорожание производства детали.

Среди наиболее распространенных способов защиты отмечены:

  • лазерное легирование;
  • метод плазменно-порошковой наплавки;
  • наплавка токами высокой частоты;

Плазменно-порошковая наплавка считается одним из наиболее экономически и практически оправданных решений. Для такой наплавки используют различные металлические порошки, в основе которых лежит кобальт или никель. Технологии нанесения покрытия разные, но главной задачей каждого из указанных способов становится наплавление тонкого слоя защиты на поверхность клапана для повышения износостойкости, устойчивости к появлению коррозионных процессов и механическому разрушению.

Читайте также

Чем отличается впускной клапан от выпускного – АвтоТоп

Если вы разрабатываете головку блока цилиндров для получения максимальной мощности, то не будет никаким сюрпризом, что основной целью является максимальный поток. Это, кроме всего прочего, требует использования клапанов большего размера, которые могут быть физически установлены в камеры сгорания. Это требует решения, как лучше всего разделить имеющееся пространство между впускными и выпускными клапанами. Другими словами, что лучше: большой впускной и маленький выпускной клапан, оба клапана одинакового размера или большой выпускной и маленький впускной клапан? Прежде всего, можно подумать, что большой выпускной клапан — это тот путь, которым нужно идти; ведь отработанные газы, без сомнения, занимают больший объем, чем газы, втянутые в цилиндр через впускную систему. Однако, когда мы касаемся мощности, действует другое «железное» правило: легче опустошить цилиндр, чем наполнить его.
Годы экспериментов показали, что оптимальный размер выпускного клапана должен составлять примерно около 75% от впускного или, если точнее, поток через него должен составлять примерно 75% потока через впускной клапан. Это правило применяется только тогда, когда диаметры комбинируемых клапанов равны общему имеющемуся пространству в камере, т.е. клапаны почти касаются друг друга, как часто бывает в гоночных двигателях. Если используются клапаны с размерами, меньшими, чем максимальные, а мощность не является основной целью, то баланс между потоками впускного и выпускного каналов не так критичен.

Самое простое правило, которому нужно следовать: если основным требованием является мощность, то следуйте нормальному соотношению 0,75:1. Это правило можно изменить в тех случаях, когда двигатель оснащен системой турбонаддува или впрыска закиси азота. Для этих систем требуется обеспечение большего потока выхлопных газов и может успешно использоваться соотношение диаметров выпускного и впускного клапанов, составляющее 0,9:1 (поток выхлопных газов составляет 90% от потока впускаемой смеси) или даже больше.

К сожалению, установка увеличенных выпускных клапанов имеет «ловушку», которая обычно не связана с увеличением размеров впускных клапанов. Водяная рубашка внутри головки блока цилиндров расположена рядом с седлами выпускных клапанов. Это помогает поддерживать клапаны и седла холодными, но часто препятствует установке клапанов максимального размера. Вдобавок, тонкие отливки и большое количество тепла (побочный продукт высокой мощности) могут привести к образованию трещин в седлах, и это обычно укорачивает срок службы головки блока.

Замечание. Когда главной целью конструктора является экономия, а не мощность, размер выпускного клапана может быть увеличен до соотношения 0,75:1 даже при увеличении диаметра впускного клапана. Когда поток выпускного канала увеличивается, то пробег и срок службы двигателя будут улучшены. Однако здесь есть предел, как и во всем. Выпускные клапаны, размер которых превышает 90 — 95% от размера впускного клапана, дают очень маленькую дополнительную топливную экономию, и так как они используют пространство, обычно отдаваемое впускным клапанам, то потенциал по мощности будет уменьшен.

Для работы автомобиля используется два клапана. Первый, впускающий топливную смесь в цилиндр, – это впускной клапан; другой, который выпускает переработанный воздух из мотора, – это выпускной клапан. Важно, чтобы эти два устройства были открыты и закрыты в нужное время, неважно на каком уровне движения авто, тогда можно говорить об эффективности мотора.

ДВС состоит из распредвала и коленвала, а также поршневой системы. Распределительный вал вращается благодаря цепям, ремням или нескольким шестеренкам (в зависимости от типа ГРМ). Именно эти соединения служат для синхронной работы всего механизма клапанов.

Верхнее положение вала

В зависимости от конструкции силового агрегата, вал может быть расположен, либо вверху над блоком, либо внутри него. Рассмотрим сначала первый случай.

Благодаря верхнему положению вала другие детали взаимосвязаны с цилиндрами или толкателями.

Принцип работы следующий: то, что толкает, касается детали, которая в это время передает энергию детали, а ей удается опереться о ножку клапана, он держится при помощи пружинки, отличающейся силой, приподнятым, то есть он закрыт.

В описанной системе, распредвал, находящийся в двигателе наверху, работает благодаря приводу, имеющему зубчатые зацепы. Также видно, что кулачки и устройство толкателей, находящихся прямо над двумя затворами, связаны между собой.

Давление толкателя, оказываемое на кулачок, побуждает деталь, на которой держится клапан, ослабить пружинку. Далее, когда вал вращается, пружина делает ход и становится на свое место, тогда происходит закрытие клапана.

Именно эта конструкция позволяет работать двигателю, который оснащен верхним расположением клапанного механизма.

Двигатель, имеющий один вал распределителя

Существуют двигатели внутреннего сгорания, не имеющих толкатели, поэтому для открытия и закрытия затворов используется распределительный вал в виде одинарного типа. Называется эта конструкция – однораспредвальный двигатель. Там детали клапана помещаются в головке. Конструкция имеет мало подвижных частей, именно это способствует ее надежности, позволяя действовать даже тогда, когда скорость автомобиля на пределе. При этом материал, из которого изготавливаются запчасти – металл (специальный сплав).

Для более эффективной работы мотора между элементами должно быть свободное пространство – зазор. Если зазоры между затворной ножкой, кулачком или коромыслом отсутствуют, тогда система будет работать на износ, вызвав серьезные повреждения.

Также стоит отметить, что излишние зазоры приведут к тому, что клапан совершит открытие раньше времени, а закрытие позже. Таким образом, сила ДВС будет снижена, а под высоким давлением затворов ход будет осуществляться шумнее.

Если же зазор будет мал, то и давление станет меньше, это приведет к тому, что ход затвора станет весьма затруднительным, тем самым автомобиль будет терять мощность.

Есть такие двигатели внутреннего сгорания, которые работают автоматически, сами подстраивая затворы под нужное действие. Для этого нужно обильное количество смазочной жидкости, ведь именно под ее давлением будет работать система клапанов.

Вал вместе с толкателями внутри блока

При таком положении конструкции клапанов, то есть когда она располагается внутри системы цилиндров, толкающее устройство может оказывать воздействие на деталь, непосредственно касающуюся клапана, которая его открывает. Это считается более выгодным положением, чем предыдущее, которое было рассмотрено выше. Ведь, используя много подвижных частиц, ход автомобиля уменьшается на порядок. В результате чего, впускной клапан и выпускной клапан имеют меньшее давление, что снижает на порядок мощность двигателя внутреннего сгорания.

Сравнивая дальше, можно увидеть, что ДВС, который содержит вал вверху, а также штанги распределительного вала, которые располагаются в головке цилиндра, имеет больший ход. Когда вал вращается, то затвор может открыться или закрыться под давлением хода вала. Служит для открывания и закрывания клапанов толкающее устройство, а также коромысло вместе со штангой. Благодаря пружине клапан держится в закрытом положении.

То, сколько зубчиков на звезде, которая расположена в цепи ведущего вала, определяет мощность давления кулачка на деталь, касающуюся клапана, которое способствует открыванию затворов. При этом зубчиков на шестеренке распредвала меньше раза в два, это приводит к тому, что вал вращается с несколько меньшей скоростью, чем сам двигатель внутреннего сгорания.

ДВС с одним валом

Есть такие модели ДВС, способствующие прямому воздействию кулачков на рычаги, они обычно выполняются небольшими, и их еще называют пальцами. В таком двигателе внутреннего сгорания материал затворов тщательно продуман. В нем не так много составляющих, играющих роль в открывании и закрывании заслонок. Так в частности, ход автомобиля полностью зависит от кулачков, воздействующих сразу на короткие детали, открывающие или закрывающие клапаны.

Как видим, в такой системе мало сложностей с точки зрения техники, к тому же в такой конструкции малый вес. В ней совершенно нет штанг, которые выступают как толкатель и коромысло, которое на это провоцирует толкающее устройство, оказывая на него давление.

Материал цепи, которая способствует правильному расположению вала на звезде, влияет на то, что она часто виснет.

Стержнем решения такой проблемы будет необходимость добавить несколько небольших звезд, а также натяжения короткой цепи. Еще применяют ремешки, которые являются нерастягиваемыми, их материал – это резина. Внутри каждого такого маслоупорного ремня есть звездочки, которые способствуют вращению распределительного и коленчатого вала.

Устройство клапанного механизма

Как мы уже поняли, двигатель внутреннего сгорания способствует тому, что клапаны в цилиндры ДВС впускают горючую смесь, если это бензиновое топливо, или воздух, если это дизельное топливо, а также выпускают их наружу. Поэтому есть два клапана, каждый из которых может открыться или закрыться в свое время под давлением кулачков.

Давление, оказываемое на стержни во время касания его кулачком в двигателе, имеющем сгорание горючей смеси или воздуха, смешанного с дизелем, способствует тому, что стержень, удерживающий клапан, выполненный из качественного материала, имеет хороший ход.

То, что ход идет ровно у конструкции с клапанами, говорит о правильном материале, из которого выполнена конструкция.

Наличие необходимых зазоров в металлическом материале детали стержня, на котором держится вся конструкция, способствует быстрому открыванию и закрыванию затворов. Выходит, что благодаря качественному материалу осуществляется лучшая работа мотора.

Современные детали мотора имеют правильный материал, который способствует простоте в конструкции, стоят они мало, ремонт требуется редко, а надежность конструкции на высшем уровне. Если же случается поломка, детали следует ремонтировать, либо полностью менять. Речь идет о распределительном вале, втулках направляющих, толкателе и пружине.

Еще поговорим напоследок о том, как размещаются затворы:

  1. Распределительный вал может находиться внизу относительно штанги клапана.
  2. Наличие у стержня рычажного толкателя.
  3. Распределительный вал находится вверху, а клапаны приводятся в движение благодаря коромыслу, воздействующему на толкатель.
  4. Затвор находится в верхней части двигателя, и вал оказывает на него воздействия сразу через толкатель, то есть без коромысла.

Заключение

Теперь можно подвести итоги того, как работает механизм с клапанами. Кулачок способствует передаче усилия толкателю, который в свою очередь благодаря небольшому зазору оказывает влияние на клапан, который либо открывается, либо закрывается. После того, как масло было вобрано в полость затвора, который потом впрыскивает его в цилиндр, затвор закрывается. В итоге масло при очередном такте уходит, поэтому следует снова его вобрать в себя, это уже происходит на следующем такте.

Впускной клапан малого диаметра — уменьшение количества впускаемого воздуха

Впускной клапан большого диа­метра — увеличение количества впускаемого воздуха

Пружина с переменным шагом навивки

Двойная пружина

В четырехтактных бензиновых и дизельных двигателях клапаны располагаются в головке цилиндров. Через впускные клапаны проходит только смесь воздуха и топлива, поэтому они подвергаются воздействию более низких температур, чем выпускные клапаны. У впускного клапана тарелку делают большего диаметра, чем у выпускного, так как давление на впуске меньше давления на выпуске. Двигатели разных моделей отличаются количеством клапа­нов. Двигателям с двумя и более впускными клапанами свойственно лучшее наполнение цилиндров. Дополнительный впускной клапан увеличивает проходное сечение впускных каналов, следовательно, в цилиндр поступает больше топливовоздушной смеси. То же самое касается и выпускных клапанов: два клапана на выпуске позволяют увеличить вы­пускные каналы, что облегчает выход отработавших газов из цилиндра. Клапан подверга­ется очень значительным нагрузкам даже при нормальном режиме работы двигателя. Для повышения стойкости клапана к износу, прожиганию и коррозии его поверхность подвер­гается специальной обработке. Так, например, впускные клапаны изготавливаются из стали с хромом или кремнием для повышения их износостойкости и коррозионной стойкости или магния и никеля для повышения прочности. Выпускные клапаны сделаны из сплавов на основе никеля. Клапан состоит из двух частей: стержня и тарелки. Клапан установлен в отверстии в головке цилиндров. Тарелка плотно прилегает к седлу. В процессе работы головка цилиндров нагревает седло. Часть тепла передается стержню клапана, а от него — направляющей втулке, поэтому стержень является самой холодной частью клапана. Седло клапана и направляющая втулка охлаждаются жидкостью, протекающей по рубашке вокруг впускных каналов. Открываясь и закрываясь, клапан поворачивается на небольшой угол, поэтому каждый раз он садится на новое место.

Зачем менять фазы газораспределения — ДРАЙВ

Качество работы двигателя — его КПД, мощность, крутящий момент и экономичность зависят от многих факторов, в том числе и от фаз газораспределения, то есть от своевременности открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

В обычном четырёхтактном двигателе внутреннего сгорания клапаны приводятся в действие кулачками распределительного вала. Профиль этих кулачков определяет момент и продолжительность открытия (то есть ширину фаз), а также величину хода клапанов.

В большинстве современных двигателей фазы меняться не могут. И работа таких двигателей не отличается высокой эффективностью. Дело в том, что характер поведения газов (горючей смеси и выхлопа) в цилиндре, а также во впускном и выпускном трактах меняется в зависимости от режимов работы двигателя. Постоянно изменяется скорость течения, возникают различного рода колебания упругой газовой среды, которые приводят к полезным резонансным или, наоборот, паразитным застойным явлениям. Из-за этого скорость и эффективность наполнения цилиндров при различных режимах работы двигателя неодинаковы.

Фазы газораспределения в поршневых двигателях внутреннего сгорания — это моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов (окон). Фазы газораспределения обычно выражаются в градусах поворота коленчатого вала и отмечаются по отношению к начальным или конечным моментам соответствующих тактов.

Так, например, для работы на холостом ходу уместны узкие фазы газораспределения с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия фаз (время, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно). Почему? Потому что так удаётся исключить заброс выхлопных газов во впускной коллектор и выброс части горючей смеси в выхлопную трубу.

Тюнеры часто мудрят со сдвигом фаз при помощи таких сборных звёздочек. Заменив штатный распредвал на «спортивный» с другими фазами, можно добиться существенной прибавки мощности.

При работе на максимальной мощности ситуация сильно меняется. С повышением оборотов время открытия клапанов закономерно сокращается, но для обеспечения высоких крутящего момента и мощности через цилиндры необходимо прогнать куда больший объём газов, нежели на холостом ходу. Как решить столь непростую задачу? Открывать клапаны чуть раньше и увеличивать продолжительность их открытия, иными словами, сделать фазы максимально широкими. При этом для лучшей продувки цилиндров фазу перекрытия обычно делают тем шире, чем выше обороты.

Хондовская VTEC (Variable Valve Timing and Electronic Control) так же, как и тойотовская VVT-I (Variable Valve Timing with intelligence), позволяет плавно изменять фазы газораспределения фазовращателем с гидравлическим управлением. Это достигается путём поворота распределительного вала впускных клапанов относительно вала выпускных клапанов в диапазоне 40—60° (по углу поворота коленчатого вала).

Так что при разработке и доводке двигателей конструкторам приходится увязывать ряд взаимоисключающих требований и идти на сложные компромиссы. Посудите сами. С одними и теми же фиксированными фазами двигатель должен обладать неплохой тягой на низких и средних оборотах, приемлемой мощностью — на высоких. И плюс ко всему устойчиво работать на холостом ходу, быть максимально экономичным и экологичным. Вот так задачка!

Но конструкторы такие задачи уже давно щёлкают как семечки и способны при помощи сдвига и изменения ширины фаз газораспределения менять характеристики двигателя до неузнаваемости. Поднять момент? Пожалуйста. Повысить мощность? Не вопрос. Снизить расход? Не проблема. Правда, подчас получается так, что при улучшении одних показателей приходится жертвовать другими.

Doppel-VANOS (Doppel Variable Nockenwellen Steuerung) от BMW умеет двигать фазы плавно от начального до конечного значения. При помощи гидравлики система заведует как процессами впуска, так и выпуска.

А что если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы двигателя? Запросто. Благо способов для этого придумана масса. Один из них — применение фазовращателя — специальной муфты, которая способна под действием управляющей электроники и гидравлики поворачивать распределительный вал на определённый угол относительно его первоначального положения. Наиболее часто такая система устанавливается на впуске. С повышением оборотов муфта проворачивает вал по ходу вращения, что ведёт за собой более раннее открытие впускных клапанов и как следствие — лучшее наполнение цилиндров на высоких оборотах.

Механизм газораспределения 3,2-литровой «шестёрки» FSI от Audi приводится цепями со стороны маховика. У каждого распределительного вала свой фазовращатель.

Но неуёмные инженеры не остановились на этом и разработали ряд систем, способных не только двигать фазы, но и расширять или сужать их. В зависимости от конструкции это может достигаться несколькими способами. Например, в тойотовской системе VVTL-i после достижении определённых оборотов (6000 об/мин) вместо обычного кулачка в работу начинает вступать дополнительный — с изменённым профилем. Профиль этого кулачка задаёт иной закон движения клапана, более широкие фазы и, кстати, обеспечивает больший ход. При раскрутке коленчатого вала до максимальных оборотов (около 8500 об/мин) на частоте вращения в 6000—6500 об/мин у двигателя словно открывается второе дыхание, которое способно придать автомобилю резкий и мощный подхват при ускорении.

Система Valvetronic позволила отказаться от дроссельной заслонки, система меняет и степень открытия клапанов и фазы. Применяется она на моторах BMW с 2001 года. Ход клапана меняется при помощи электродвигателя и сложной кинематической схемы и пределах 0,2–12 мм.

Изменять момент и продолжительность открытия — это замечательно. А что если попробовать изменять высоту подъёма? Ведь такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и переложить процесс управления режимами работы двигателем на газораспределительный механизм (ГРМ).

Аналогичная система от немецкой компании Mahle.

Чем вредна заслонка? Она ухудшает наполнение цилиндров на низких и средних оборотах. Ведь во впускном тракте под прикрытым дросселем при работе двигателя создаётся сильное разрежение. К чему оно приводит? К большой инертности разреженной газовой среды (топливовоздушной смеси), ухудшению качества наполнения цилиндра свежим зарядом, снижению отдачи и уменьшению скорости отклика на нажатие педали газа.

Система Variable Valve Event and Lift System (VEL), разработанная Ниссаном, напоминает баварский Valvetronic. Специальный эксцентрик, который приводится от электродвигателя, смещает точку опоры коромысла, и за счёт этого изменяет ход клапана. Высота подъёма варьируется в пределах 0,5–2 мм.

Поэтому идеальным вариантом было бы открывать впускной клапан только на время, необходимое для достижения нужного наполнения цилиндра горючей смесью. Ответ инженеров — механическая система управления подъёмом впускных клапанов. В таких системах высота подъёма и, соответственно, продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. По разным данным, экономия от применения системы бездроссельного управления может составлять от 8% до 15%, прирост мощности и момента в пределах 5—15 %. Но и это не последний рубеж.

Так работает «трёхступенчатый» i-VTEC (Intelligent Variable Valve Timing and Lift Electronic Control). На низкой частоте вращения топливо экономится благодаря тому, что половина впускных клапанов практически дезактивирована. При переходе на средние обороты ранее «дремавшие» клапаны включаются в работу, но их амплитуда не максимальна. На мощностных режимах впускные клапаны начинают работать от единственного центрального кулачка. Он обеспечивает максимальный подъём клапанов, кроме того, его профиль специально заточен под мощностные режимы. Управление режимами осуществляется гидравликой и электроникой.

Несмотря на то что количество и размеры клапанов приблизились к максимально возможным, эффективность наполнения и очищения цилиндров можно сделать ещё выше. За счёт чего? За счёт скорости открытия клапанов. Правда, механический привод здесь сдаёт позиции электромагнитному.

Осенью 2007 года Toyota запустит в производство моторы с газораспределительным механизмом Valvematic, который будет изменять не только фазы газораспределения, но и высоту подъёма впускных клапанов. Не секрет, что многие производители достаточно давно применяют подобные системы. Но Toyota в серию такую систему запускает впервые. Мощность двухлитрового атмосферника 1AZ-FE, благодаря новому газораспределительному механизму, удалось поднять со 152 до 158 сил, а момент — с 194 до 196 Нм.

В чём ещё плюс электромагнитного привода? В том, что закон (ускорение в каждый момент времени) подъёма клапана можно довести до идеала, а продолжительность открытия клапанов позволяется менять в очень широких пределах. Электроника согласно прописанной программе время от времени ненужные клапаны может не открывать, а цилиндры отключать вовсе. Зачем? В целях экономии, например, на холостом ходу, при движении в установившемся режиме или при торможении двигателем. Да что режимы — прямо во время работы электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный. Интересно, скоро ли появятся такие системы на конвейере?

А это схема работы механизма VVTL-i, предложенная компанией Toyota. Здесь высота подъёма и продолжительность открытия обоих впускных клапанов изменяются скачкообразно. При работе двигателя на частотах вращения коленчатого вала до 6000 об/мин высота подъёма и продолжительность открытия обоих клапанов задаются кулачком (1), который через рокер (5) воздействует на оба клапана. На оборотах выше 6000 закон движения клапанов задаётся более высоким кулачком (2). Чтобы ввести его в строй, нужно переместить сухарь (3) вправо (сухарь перемещается под давлением масла, которое в нужный момент повышается в управляющей магистрали). После того как сухарь переместился вправо, кулачок (2) через шток (4), который до этого времени свободно качался, начинает воздействовать на клапаны через рокер.

Опытный образец четырёхцилиндрового мотора с электромагнитным приводом клапанов и непосредственным впрыском был создан компанией BMW. Здесь количество воздуха, поступающего в цилиндр, регулируется продолжительностью открытия клапана, ход при этом не регулируется. Якорь подпружиненного клапана помещён между двумя мощными электромагнитами, которые призваны удерживать его только в крайних положениях. Чтобы предотвратить ударные нагрузки, каждый раз при приближении к крайнему положению клапан тормозится. Положение и скорость перемещения клапана фиксируются специальным датчиком.

Пожалуй, дальнейшее увеличение эффективности работы мотора за счёт ГРМ уже невозможно. Выжать ещё больше мощности и момента с того же объёма при меньшем расходе можно будет только с применением иных средств. Например, комбинированного наддува или конструкций, изменяющих степень сжатия, других видов топлива. Но это — уже совсем другой разговор.

Впускной клапан

Впускной клапан пропускает в камеру сгорания смесь воздуха и топлива

Двигатель

Впускной клапан газораспределительного механизма открывает доступ в цилиндр топливо-воздушной смеси и прекращает доступ перед началом такта сжатия. В случае с дизельным двигателем клапан пропускает в камеру сгорания только воздух.

При обрыве ремня ГРМ впускные клапана «зависают», так как распредвал перестает вращаться. Тарелки клапанов, оказавшихся открытыми, ударяются о поверхность цилиндра

Клапана располагаются под углом от 30 до 45 градусов относительно вертикальной оси. Тарелка впускного клапана больше, чем у выпускного. Разница обусловлена тем, что в момент открытия впускного клапана в камере сгорания образуется разрежение, а в момент выпуска — повышенное давление. Сила разрежения ниже силы давления, поэтому для впуска требуются клапана с большей поверхностью головки, чтобы обеспечить пропускание необходимого объема топливо-воздушной смеси.

Устройство впускного клапана

Состоит клапан из тарелки и стержня. Плоская со стороны камеры сгорания тарелка впускного клапана имеет конусную форму со стороны распредвала (фаску). При полном закрытии она плотно прилегает к «седлу» (коническому отверстию) в головке блока цилиндров. Точную посадку впускного клапана обеспечивает направляющая втулка, в которой перемещается стержень клапана. Она запрессована в корпус головки блока цилиндров и зафиксирована стопорным кольцом.

Современная тенденция в конструировании ГРМ — увеличение количества впускных клапанов на один цилиндр. Это позволяет увеличить пропускную способность цилиндра и повысить мощность двигателя

Впускной клапан имеет внутреннюю и наружную цилиндрические пружины, которые крепятся на стержне клапана.

В действие впускной клапан приводится рычагом (рокером) от кулачка распределительного вала, или, в большинстве современных двигателей непосредственно давлением кулачка. Пружина обеспечивает постоянный контакт стержня впускного клапана с концом рокера или с кулачком.

Между кулачком распределительного вала и торцом стержня клапана конструктивно закладывается зазор. Это дает возможность компенсировать тепловое расширение впускного клапана. Величина такого зазора составляет 0,3-0,05 мм.                                           

Принцип работы впускного клапана

Своевременное открытие и закрытие впускного клапана обеспечивает угловое положение распределительного вала, точно синхронизированного с таким же угловым положением коленчатого вала. То есть, угловое положение одного строго соответствует определенному угловому положению другого.

В зависимости от модели двигателя, впускных клапанов может быть и несколько на один цилиндр.

Для радикального изменения опережения открытия клапанов необходимо приобрести комплект спортивных распредвалов

Прежде, чем поршень достигнет высшей мертвой точки, начинает открываться впускной клапан — то есть, при такте впуска, к началу движения поршня вниз, клапан уже приоткрыт. Для разных моделей двигателей существует свое опережение открытия клапана. Пределы колебаний составляют 5-30 градусов.

А вот закрытие впускного клапана происходит с некоторой задержкой, после того как поршень достигает нижней мертвой точки и начинает движение вверх. Заполнение цилиндра продолжается даже после начала движения. Это происходит вследствие инерции во впускном коллекторе.                         

Характерные поломки впускных клапанов

Безусловно, самой распространенной поломкой клапанов необходимо признать их загибание в результате обрыва ремня ГРМ. То же самое может произойти и без обрыва, если заменой ремня занимался непрофессионал, ошибочно выставивший метки на шкивах коленвала и распредвала (или распредвалов). Особенно опасны обрывы для современных сложных двигателей, оснащенных механизмом изменяемых фаз газораспределения и прочими высокотехнологичными системами.

Еще одна распространенная неисправность клапанного механизма зарастание впускных и выпускных клапанов нагаром. Как правило, определить проблему можно на достаточно ранней стадии по снижению мощности и хлопкам во впускном и выпускном трубопроводах, металлическому стуку в головке блока цилиндров и падению мощности двигателя.

Отложение нагара на седлах и клапанах препятствует их плотному прилеганию и уменьшает компрессию. Вследствие этого уменьшается и мощность двигателя. Поломки пружин могут вызвать неплотное прилегание клапана к седлу и приводить к деформации головки блока цилиндров, образованию раковин или заеданию стержня. Большой тепловой зазор между рычагом и стержнем клапана также ведет к появлению резкого металлического стука и падению мощности двигателя.

Материалы для производства клапанов

 Для изготовления впускных клапанов используется хромистая сталь, обладающая стойкостью против коррозии в газовых средах при температурах свыше 550 °C. Этот вид стали достаточно хрупок.

устройство описание клапана; выпускной клапан; детали механизма ГРМ

устройство описание клапана; выпускной клапан; детали механизма ГРМ Главная ~ фотографии;краткое описание ГБЦ

Детали механизма газораспределения

К л а п а н ы открывают и закрывают впускные и выпускные каналы. Клапан состоит из тарельчатой плоской головки и стержня. Диаметр головки впускного клапана больше, чем выпускного. Впускные клапаны изготовляют из хромистой стали; выпускные клапаны (или их головки) — из жаростойкой стали. Вставные седла клапанов, запрессованные в головку или блок цилиндров, изготовляют из жаростойкого чугуна. На рабочую поверхность головки выпускных клапанов иногда наплавляют жаростойкий сплав. Для лучшего охлаждения внутреннюю полость некоторых выпускных клапанов заполняют металлическим натрием 11 (см. рис. 3.4, а), который имеет высокую теплопроводность и температуру плавления 98°С. При движении клапана расплавленный натрий, перемещаясь внутри стержня, отводит теплоту от головки к стрежню, которая затем передается направляющей втулке 10.

Рабочая поверхность головки клапана (фаска) обычно имеет угол 45°; только у впускных клапанов двигателя ЗИЛ-130 этот угол равен 30°. Фаску головки клапана тщательно обрабатывают и притирают к седлу. Стержень клапана имеет выточку, в которую вставляют сухарики 7 для крепления упорной шайбы 6 пружины клапана. Стержни клапанов перемещаются в направляющих втулках 10 — чугунных или металлокерамических (ЗМЗ-24, ЗМЗ-53, КамАЗ-740).

Клапан прижимается к седлу одной или двумя (АЗЛК-2140 и КамАЗ-740) пружинами. При двух пружинах направление из витков должно быть различным, чтобы при поломке одной из них ее витки не могли попасть между витками другой.

Выпускные клапаны двигателей ЗИЛ-130 принудительно поворачиваются при работе, что предотвращает их заедание и обгорание. Механизм поворота состоит из неподвижного корпуса 1 (рис. 3.4, а—г), пяти шариков 2 с возвратными пружинами 9, дисковой пружины 8 и опорной шайбы 3 с замочным кольцом 4. Корпус 7 установлен на направляющей втулке 10 клапана в углублении головки цилиндров и имеет секторные пазы для шариков 2. Опорная шайба .?и дисковая пружина 8с зазором надеты на выступ корпуса. При закрытом клапане (рис. 3.4, б), когда усилие его пружины 5 невелико, дисковая пружина 8 выгнута наружной кромкой кверху, а внутренней кромкой опирается на заплечник корпуса 1. При открытии клапана усилие его пружины 5 увеличивается, дисковая пружина 8 распрямляется и ложится на шарики 2 (рис. 3.4, в). Усилие пружины 8 передается на шарики 2, и они, перекатываясь по секторным пазам корпуса, поворачивают дисковую пружину и опорную шайбу, а, следовательно, пружину клапана и клапан.

При закрытии клапана усилие его пружины уменьшается, дисковая пружина 8 прогибается и упирается в заплечник корпуса, освобождая шарики 2, которые под действием пружины 9 возвращаются в исходное положение.


Сайт управляется системой uCoz

Как определить впускной и выпускной клапаны вспомогательного двигателя? — AnswersToAll

Как определить впускной и выпускной клапаны вспомогательного двигателя?

Как определить впускной и выпускной клапаны AE?

  1. Не перепутайте всасывающий и выпускной клапаны, поскольку они имеют одинаковую форму, но сделаны из разных материалов.
  2. РИС.: Маркировка на штоке всасывающего и выпускного клапана.
  3. На рисунке S представляет собой всасывающий клапан, а E представляет собой выпускной клапан.

В чем разница между впускным и выпускным клапаном?

Неопытному глазу трудно отличить впускной клапан от выпускного. Однако впускные клапаны больше (для всасывания большего количества воздуха), а выпускные клапаны меньше. Выпускные клапаны новой конструкции имеют лопатки или лопасти вокруг штока чуть выше седла.

Что такое впускной и выпускной клапан?

Впускной и выпускной клапаны отвечают за регулирование потока газов через камеру сгорания.Впускные клапаны впускают воздух, а выпускные выпускают воздух. У них тонкий шток, ведущий к более плоской поверхности, при этом впускные клапаны часто больше выпускных.

Что такое впускной и выпускной клапан?

Их роль — регулирование потока газов в дизельном двигателе. Впускные клапаны закрывают впускное отверстие, через которое воздух поступает в камеру сгорания, а выпускной клапан регулирует поток продуктов сгорания и позволяет им выходить после цикла сгорания.

Почему впускные и выпускные клапаны разного размера?

Всасываемый воздух засасывается вакуумом, а выхлопные газы выталкиваются наружу, чтобы вытолкнуть выхлопные газы. Следовательно, выхлоп легче, чем впускной. Следовательно, впускной клапан обычно имеет больший размер, чем выпускной, чтобы уменьшить трудность всасывания и увеличить количество всасываемого воздуха.

Какой клапан больше впускной или выпускной?

Таким образом, впускные клапаны имеют больший диаметр по сравнению с выпускными клапанами, поэтому во время такта всасывания в камеру сгорания может поступать больший объем воздуха.

Для чего нужен впускной клапан?

Впускные клапаны открываются, чтобы позволить потоку топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя перед сжатием и воспламенением, в то время как выпускные клапаны открываются, чтобы обеспечить удаление выхлопных газов из процесса сгорания после воспламенения.

Почему выпускные клапаны дороже впускных?

Потому что больше сжатого воздуха занимает больше места в камере сгорания. Увеличьте размер впускного клапана, чем выпускного клапана.Потому что входящий воздух (или) топливовоздушная смесь имеет меньшее давление по сравнению с выхлопными газами.

Почему выпускной клапан больше впускного?

Почему конструкция выпускного клапана важнее впускного?

Поскольку впускные клапаны фактически охлаждаются свежим воздухом, выпускные клапаны подвергаются воздействию сгоревших газов очень высокой температуры. Из-за этого он может подвергаться очень высоким термическим нагрузкам больше, чем впускные клапаны, и, следовательно, больше шансов выйти из строя выпускных клапанов, чем впускных клапанов.

Какой клапан двигателя самый маленький?

Клапан большего размера — это впускной клапан, а меньший — выпускной.

Почему используется запаздывание впускного клапана?

Задержка впускного клапана помогает всасывать больше воздуха / свежего заряда за счет эффекта инерции протекающей воздушно-топливной смеси. Вывод выпускного клапана помогает повысить общую эффективность за счет уменьшения объема работы, необходимой для вытеснения сгоревшего газа.

Что такое положение открытия и закрытия впускного клапана?

Открытие впускного клапана перед верхней мертвой точкой на такте выпуска и закрытие выпускного клапана после верхней мертвой точки на такте впуска приводит к периоду, в течение которого оба клапана частично или полностью открыты.

Что произойдет, если не проверить зазоры клапанов?

Слишком большой или слишком маленький зазор клапана может привести к плохой работе или резкому холостому ходу, потому что двигатель не может нормально «дышать» и работать с максимальной эффективностью. Если клапанный зазор слишком мал, клапаны не закроются полностью, что приведет к чрезмерному нагреву, и двигатель потеряет мощность.

Почему площадь порта впускного клапана больше, чем площадь выпускного клапана?

В принципе порт интека больше выхлопа.Причина Во время такта впуска отверстие больше, чтобы позволить достаточному количеству воздуха или воздушно-топливной смеси попасть в цилиндр. В выхлопе нет необходимости в более широком отверстии, потому что давления внутри цилиндра достаточно для выталкивания выхлопных газов за пределы камеры.

Впускной клапан

— обзор

Клапаны, расположенные по обе стороны от насоса-турбины, аналогичны тем, которые используются во многих типах турбин. Те, которые используются в Dinorwig, будут подробно описаны в качестве примера современной практики.

Главный впускной клапан (MIV)

Каждый MIV представляет собой поворотный клапан с внутренним диаметром 2,5 м, расположенный между главным и промежуточным затворами, который изолирует турбину от воды под высоким давлением при каждом отключении (см. Рис. 5.16). Ротор клапана вращается внутри корпуса клапана на двух цапфах, к которым прикреплены рычаги управления и запорные грузы. Клапан удерживается в открытом положении за счет тяги вверх на плечах рычага от двух серводвигателей (или цилиндров), заполненных маслом под давлением. Таким образом, система является «отказоустойчивой», поскольку клапан закрывается только под действием веса.Скорость закрытия регулируется ограничителями в линии слива масла.

РИС. 5.16. Главный впускной клапан на электростанции Dinorwig

MIV закрывается каждый раз, когда машина останавливается, и в этом состоянии утечка между ротором почти сферического клапана и корпусом предотвращается с помощью сервисного уплотнения. Он имеет форму ступенчатого кольца, которое скользит в осевом направлении в корпусе из нержавеющей стали, чтобы прилегать к кольцу, прикрепленному к ротору на его промежуточной поверхности затвора. Уплотнение приводится в действие, а также удерживается и выключается за счет давления воды в напорном трубопроводе, действующего на соответствующую поверхность ступенчатого кольца.Уплотнения между ступенчатым кольцом и корпусом клапана имеют D-образную форму, чтобы предотвратить вращение в канавках: они были предметом значительных испытаний, чтобы гарантировать, что они выдержат требуемый шестилетний срок службы.

Аналогичное уплотнение предусмотрено на лицевой стороне затвора ротора клапана, но оно используется только для обеспечения дополнительной безопасности во время технического обслуживания. В этих условиях часть промежуточного затвора может быть удалена, а клапан перекрыт привинченным куполом. При необходимости сервисные и ремонтные уплотнения могут быть надежно заблокированы путем вставки деталей уплотнения и применения стопорного штифта клапана.

Поскольку MIV срабатывает каждый раз, когда машина останавливается, он подвержен циклическим колебаниям давления. Поэтому эти клапаны были спроектированы на основе принципов механики разрушения так же, как и турбина. Напряжения определялись испытаниями на фотоупругой модели. Корпуса клапанов изготовлены из углеродисто-марганцевой стали.

Время открытия и закрытия клапана необходимо тщательно выбирать, чтобы избежать нежелательных скачков или гидравлических переходных процессов в системе. Такие соображения составляли часть анализа гидравлических / гидравлических ударов, в ходе которого изучали взаимодействие таких факторов, как система туннелей, уравнительные валы, скорость закрытия клапана и направляющей лопасти и характеристики напора / расхода насоса.Такие расчеты имеют первостепенное значение для обеспечения безопасности станции во время таких событий, как одновременное отключение всех машин от генерации полной нагрузки. Диаграмма, показывающая время открытия и закрытия клапана, показана на Рис. 5.17.

РИС. 5.17. Время открытия и закрытия главного впускного клапана и направляющих лопаток на электростанции Dinorwig

На Dinorwig переходные характеристики машины и гидравлические характеристики, определенные во время испытаний одиночных и одновременных отключений двух, трех и четырех машин, были настолько точно предсказаны теоретическим гидравлическим анализом, что не было сочтено необходимым подвергать систему практической демонстрации одновременной поездки шести машин с полной нагрузкой.

Клапан отсасывающей трубы

Клапан отсасывающей трубы (DTV) (см. Рис. 5.18) расположен на стороне хвостовой воды насоса-турбины и предназначен для изоляции машины от нижнего резервуара во время технического обслуживания и закрытия в случае сильного взрыва, чтобы предотвратить затопление станции. Обычно он остается открытым и не является частью какой-либо автоматической последовательности операций.

РИС. 5.18. Тяговый клапан на электростанции Dinorwig

Каждый DTV представляет собой дроссельную заслонку диаметром 3,75 м с ротором решетчатого типа.Интегрированные эксцентриковые цапфы гарантируют, что, если он будет случайно оставлен закрытым во время турбинной обработки, он откроется под потоком турбины. Открытие и закрытие осуществляется серводвигателем и системой рычагов и противовесов аналогично MIV.

Все о двигателях Клапаны

Изображение предоставлено: Максим Вивцарук / Shutterstock.com

Клапаны двигателя — это механические компоненты, используемые в двигателях внутреннего сгорания, чтобы разрешать или ограничивать поток жидкости или газа в камеры сгорания или цилиндры и из них во время работы двигателя.Функционально они работают аналогично многим другим типам клапанов в том, что они блокируют или пропускают поток, однако они представляют собой чисто механическое устройство, которое взаимодействует с другими компонентами двигателя, такими как коромысла, для открытия и закрытия в правильной последовательности и с правильный выбор времени.

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

Клапаны двигателей являются общими для многих типов двигателей внутреннего сгорания, независимо от того, работают ли они на таком топливе, как бензин, дизельное топливо, керосин, природный газ (СПГ) или пропан (LP). Типы двигателей различаются количеством цилиндров, которые представляют собой камеры сгорания, вырабатывающие энергию от воспламенения топлива. Они также различаются типом работы (2-тактный или 4-тактный) и конструктивным размещением клапанов внутри двигателя [верхний клапан (OHV), верхний кулачок (OHC) или клапан в блоке (VIB)]. .

В этой статье кратко описывается работа клапанов двигателя в типичных двигателях внутреннего сгорания, а также представлена ​​информация о типах клапанов, их конструкции и материалах.Дополнительную информацию о других типах клапанов можно найти в нашем соответствующем руководстве Общие сведения о клапанах .

Номенклатура клапанов двигателя

Большинство клапанов двигателя сконструированы как клапаны тарельчатого типа из-за их толкающего движения вверх и вниз и имеют головку клапана с коническим профилем, которая прилегает к механически обработанному седлу клапана, чтобы перекрыть проход жидкостей или газов. Их также называют грибовидными клапанами из-за характерной формы головки клапана. На рисунке 1 показана номенклатура различных элементов типичного клапана двигателя.

Рисунок 1 — Номенклатура стандартного тарельчатого клапана двигателя.

Изображение предоставлено: https://dieselnet.com

Двумя основными элементами являются шток клапана и головка клапана. Головка содержит галтель, ведущий к поверхности седла, которая обрабатывается под определенным углом, чтобы соответствовать механической обработке седла клапана, с которым она будет соответствовать. Посадка поверхности клапана на седло клапана — это то, что обеспечивает уплотнение клапана против давления сгорания.

Шток клапана соединяет клапан с механическими элементами в двигателе, которые приводят в действие клапан, создавая силу для перемещения штока против давления в седле, создаваемого пружиной клапана. Стопорная канавка используется для удержания пружины в нужном положении, а кончик штока клапана многократно контактирует с коромыслом, толкателем или толкателем, приводящим в действие клапан.

Работа двигателя

В четырехтактных или четырехтактных двигателях внутреннего сгорания используются два основных типа клапанов — впускной и выпускной.Впускные клапаны открываются, чтобы позволить потоку воздушно-топливной смеси в цилиндры двигателя перед сжатием и воспламенением, в то время как выпускные клапаны открываются, чтобы обеспечить удаление выхлопных газов из процесса сгорания после воспламенения.

При нормальной работе коленчатый вал двигателя, к которому прикреплены поршни, привязан к распределительному валу как часть механизма клапана для двигателя. Движение коленчатого вала передает движение распределительному валу через цепь ГРМ, ремень ГРМ или другой зубчатый механизм.Синхронизация и совмещение между положением коленчатого вала (которое определяет положение поршня в цилиндре) и положением распределительного вала (которое определяет положение клапанов для цилиндра) имеют решающее значение не только для максимальной производительности двигателя, но и для предотвращения столкновения поршней и клапанов в двигателях с высокой степенью сжатия.

В цикле впуска поршень впускного цилиндра опускается вниз при открытии впускного клапана. Движение поршня создает отрицательное давление, которое помогает втягивать топливно-воздушную смесь в цилиндр.Сразу после того, как поршень достигает самого нижнего положения в цилиндре (известного как нижняя мертвая точка), впускной клапан закрывается. В цикле сжатия впускной клапан закрывается, чтобы изолировать цилиндр, когда поршень поднимается в цилиндре в наивысшее положение (известное как верхняя мертвая точка), что сжимает топливно-воздушную смесь до небольшого объема. Это действие сжатия служит для обеспечения более высокого давления на поршень при воспламенении топлива, а также для предварительного нагрева смеси, чтобы способствовать эффективному сгоранию топлива.В энергетическом цикле воздушно-топливная смесь воспламеняется, что создает взрыв, который заставляет поршень вернуться в самое нижнее положение и передает химическую энергию, высвобождаемую при сжигании топливно-воздушной смеси, во вращательное движение коленчатого вала. В цикле выпуска поршень снова поднимается вверх в цилиндре, в то время как впускной клапан остается закрытым, а выпускной клапан теперь открыт. Давление, создаваемое поршнем, помогает вытеснять выхлопные газы из цилиндра через выпускной клапан в выпускной коллектор.К выпускному коллектору подсоединена выхлопная система, набор труб, который включает глушитель для снижения акустического шума и систему каталитического нейтрализатора для управления выбросами в результате сгорания двигателя. Как только поршень достигает верха цилиндра в цикле выпуска, выпускной клапан начинает закрываться, а впускной клапан начинает открываться, начиная процесс снова. Обратите внимание, что давление в цилиндре на впуске помогает держать впускной клапан открытым, а высокое давление в цикле сжатия помогает удерживать оба клапана закрытыми.

В двигателях с несколькими цилиндрами одни и те же четыре цикла повторяются в каждом из цилиндров, но выполняются последовательно, так что двигатель обеспечивает плавную мощность и минимизирует шум и вибрацию. Последовательность движения поршня, клапана и зажигания достигается за счет точной механической конструкции и электрического хронирования сигналов зажигания к свечам зажигания, которые воспламеняют топливно-воздушную смесь.

Движение клапана двигателя

Движение клапанов двигателя приводится в действие распределительным валом двигателя, который содержит ряд кулачков или кулачков, которые служат для создания линейного движения клапана за счет вращения распределительного вала.Количество кулачков на распределительном валу равно количеству клапанов в двигателе. Когда распределительный вал находится в головке блока цилиндров, двигатель называется конструкцией с верхним распредвалом (OHC); когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, двигатель называется конструкцией с верхним расположением клапана (OHV). Независимо от конструкции двигателя, основное движение клапанов двигателя происходит за счет движения кулачка против подъемника или толкателя, который создает силу, которая давит на шток клапана и сжимает пружину клапана, тем самым снимая натяжение пружины, которое удерживает клапан в закрытое положение.Это движение штока клапана поднимает клапан над седлом в головке цилиндра и открывает клапан. Как только распределительный вал поворачивается дальше и кулачок перемещается так, что эксцентриковая часть больше не находится в непосредственном контакте с толкателем или толкателем, давление пружины закрывает клапан, поскольку шток клапана перемещается по центральной части кулачка.

Поддержание надлежащего клапанного зазора между штоком клапана и коромыслом или кулачком чрезвычайно важно для правильной работы клапанов.Необходим некоторый минимальный зазор для расширения металлических деталей при повышении температуры двигателя во время работы. Конкретные значения зазора варьируются от двигателя к двигателю, и несоблюдение надлежащего зазора может иметь серьезные последствия для работы и производительности двигателя. Если зазор клапанов слишком велик, то клапаны откроются позже, чем оптимально, и закроются раньше, что может снизить производительность двигателя и увеличить шум двигателя. Если зазор клапана слишком мал, клапаны не закроются полностью, что может привести к потере сжатия.Гидравлические подъемники клапана являются самокомпенсирующимися и могут устранить необходимость в регулировке зазора клапана.

В современных двигателях внутреннего сгорания может использоваться различное количество клапанов на цилиндр в зависимости от конструкции и области применения. Меньшие двигатели, такие как те, которые используются в газонокосилках, могут иметь только один впускной клапан и один выпускной клапан. В двигателях более крупных транспортных средств, таких как 4-, 6- или 8-цилиндровые двигатели, может использоваться четыре клапана на цилиндр, а иногда и пять.

Материалы клапанов двигателя

Клапаны двигателя являются одним из компонентов двигателей внутреннего сгорания, которые подвергаются высоким нагрузкам.Потребность в надежной работе двигателя диктует, что клапаны двигателя должны быть способны проявлять устойчивость к многократному и непрерывному воздействию высокой температуры, высокого давления из камеры сгорания, а также механических нагрузок и напряжений, обусловленных динамикой двигателя.

Впускные клапаны двигателей внутреннего сгорания подвергаются меньшим тепловым нагрузкам из-за охлаждающего воздействия поступающей воздушно-топливной смеси, которая проходит мимо клапана во время впускного цикла. Выхлопные клапаны, напротив, подвергаются более высоким уровням теплового напряжения, поскольку находятся на пути выхлопных газов во время выхлопного цикла двигателя.Кроме того, тот факт, что выпускной клапан открыт во время цикла выпуска и не контактирует с головкой блока цилиндров, означает, что меньшая тепловая масса поверхности сгорания, а головка клапана имеет больший потенциал для быстрого изменения температуры.

Впускные клапаны из-за более низких рабочих температур обычно изготавливаются из таких материалов, как хром, никель или вольфрамовая сталь. В выпускных клапанах с более высокими температурами могут использоваться более жаропрочные металлы, такие как нихром, кремний-хром или кобальт-хромовые сплавы.

Поверхности клапана, которые подвергаются воздействию более высоких температур, иногда становятся более долговечными за счет приваривания к поверхности клапана стеллита, который представляет собой сплав кобальта и хрома.

Другие типы материалов, используемых для изготовления клапанов двигателя, включают нержавеющую сталь, титан и сплавы Tribaloy ® .

Кроме того, для улучшения механических свойств и характеристик износа клапанов двигателя могут применяться покрытия и обработка поверхности. Примеры этого включают хромирование, фосфатирование, нитридное покрытие и завихрение.

Типы клапанов двигателя

Помимо характеристики клапанов двигателя по функциям (впускной и выпускной), существует несколько конкретных типов клапанов двигателя, которые существуют в зависимости от конструкции и материалов. К основным типам клапанов двигателя относятся:

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

Монометаллические клапаны двигателя, как следует из их названия, изготавливаются из единого материала, который образует как шток клапана, так и головку клапана.Эти типы клапанов двигателя обладают как высокой термостойкостью, так и хорошими антифрикционными свойствами.

Биметаллические клапаны двигателя, также известные как биметаллические клапаны двигателя, изготавливаются путем соединения двух разных материалов вместе с использованием процесса сварки трением для создания клапана с аустенитной сталью на головке клапана и мартенситной сталью для штока клапана. Свойства каждой из этих сталей служат оптимальному назначению: аустенитная сталь на головке клапана обеспечивает жаропрочность и коррозионную стойкость, а мартенситная сталь для штока клапана обеспечивает высокую прочность на разрыв и абразивный износ.

Полые клапаны двигателя — это специальный биметаллический клапан, который содержит полую полость, заполненную натрием. Натрий сжижается при повышении температуры клапана и циркулирует за счет движения клапана, что помогает рассеивать тепло от более горячей головки клапана. Полая конструкция обеспечивает лучшую теплопередачу через шток, чем у сплошных клапанов, поскольку мартенситный материал штока является лучшим проводником тепла, чем аустенитный материал головки. Полые клапаны особенно подходят для использования в современных двигателях, которые обеспечивают большую мощность за счет более компактных и плотных двигателей с более высокими температурами выхлопных газов, с которыми твердые клапаны не справляются.Эти более высокие температуры выхлопных газов являются результатом нескольких условий, в том числе:

  • Стремление к процессу сжигания обедненной смеси, который сокращает выбросы парниковых газов
  • Конструкции двигателей с более высокой степенью сжатия и более высоким давлением сгорания, которые обеспечивают более высокий КПД
  • Интегрированные конструкции коллектора, поддерживающие турбокомпрессоры для повышения производительности двигателей меньших двигателей

Есть несколько других типов конструкций клапанов двигателя.Так называемые золотниковые клапаны состоят из трубки или втулки, которая находится между стенкой цилиндра и поршнем и которая скользит или вращается с приводом от распределительного вала, как и другие клапаны двигателя. Перемещение золотникового клапана приводит к тому, что отверстия, прорезанные во втулке, выравниваются с соответствующими отверстиями в стенке цилиндра в различных точках цикла двигателя, таким образом, функционируя как простой впускной и выпускной клапан двигателя без сложностей, связанных с коромыслами и подъемниками.

Характеристики клапана двигателя

Типовые клапаны двигателя соответствуют параметрам, указанным ниже.Обратите внимание, что эти данные предназначены для информационных целей, и имейте в виду, что параметры, используемые для определения клапанов двигателя, могут варьироваться от производителя к производителю. Понимая спецификации, покупатели получают больше возможностей для обсуждения своих конкретных потребностей с поставщиками клапанов двигателя.

  • Диаметр стержня — диаметр стержня клапана двигателя
  • Длина штока — расстояние от наконечника штока до головки клапана
  • Угол седла — угол среза седла головки клапана, измеренный в угловых градусах, типичные значения находятся в диапазоне 20 o -60 o
  • Материалы клапана — описывает материал или материалы, используемые для изготовления клапана
  • Покрытия — обозначает любые покрытия или обработки поверхности, нанесенные на основной материал клапана, такие как хромирование, нитрид, PVD или керамика, например

Сводка

В этой статье представлен краткий обзор клапанов двигателя, включая их сущность, ключевую номенклатуру, принцип их работы, работу клапана, материалы, типы и характеристики.Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Уведомления об авторских правах и товарных знаках

  1. Tribaloy ® является зарегистрированным товарным знаком Kennametal, Inc., Latrobe, PA.
Источники:
  1. https://www.theengineerspost.com/engine-valves-types/
  2. https: // www.aopa.org/training-and-safety/air-safety-institute/valve-safety
  3. https://www.howacarworks.com/basics/the-engine-how-the-valves-open-and-close
  4. http://grounds-mag.com
  5. https://dieselnet.com
  6. http://www.federalmogul.com/en-US/OE/Products/Pages/Product-Details.aspx?CategoryId=48&SubCategoryId=191&ProductId=840
  7. http://www.ijmerr.com/uploadfile/2015/0409/2015040

    51873.pdf

  8. https://www.eaton.com/us/en-us/catalog/engine-valvetrain/engine-valves.html
  9. http://www.nextech.co.in
  10. https://aviamech.blogspot.com/2013/02/piston-engine-valves.html
  11. https://www.centraldieselinc.com/blog/diesel-engines-101/

Другие артикулы клапана

Больше от Насосы, клапаны и аксессуары

Клапаны и порты в четырехтактных двигателях

Клапаны и порты в четырехтактных двигателях

Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир

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 в управлении подачей воздуха в цилиндр. Тарельчатые клапаны регулируют синхронизацию потока в цилиндр и из него. Конструкция впускного канала влияет на пропускную способность двигателя, а также на объемное движение воздуха, поступающего в цилиндр.

Клапаны

По мере того, как воздушный поток проходит через различные компоненты и ступени впускной системы, различные свойства и характеристики всасываемого заряда были изменены для достижения общих целей системы управления всасываемым зарядом. Фильтр всасываемого воздуха обеспечивает надлежащую чистоту воздуха, состав наддувочного воздуха и содержание кислорода контролируются путем подачи системы рециркуляции отработавших газов во всасываемый воздух, а компрессор и охладитель наддувочного воздуха обеспечивают достижение целевых значений давления и температуры во впускном коллекторе, а также плотность всасываемого заряда. в проектных пределах.Несколько заключительных аспектов управления воздухом достигаются после того, как всасываемый заряд выходит из впускного коллектора и попадает в цилиндр. Клапаны или порты контролируют время подачи воздуха в цилиндр. Кроме того, канал между впускным коллектором и цилиндром может оказывать значительное влияние на поток, когда он входит в цилиндр, и может использоваться для передачи подходящего объемного движения и кинетической энергии заряду для поддержки смешивания воздуха, топлива и промежуточного сгорания. продукты в цилиндре.

В четырехтактных двигателях всасываемый газ поступает в цилиндр через порт, расположенный в головке цилиндра, и мимо клапана, используемого для открытия и закрытия порта.В двухтактных двигателях, обсуждаемых в другом месте, обычно используются отверстия в гильзе цилиндра, которые попеременно закрываются и не закрываются 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 другие конструкции клапана, кажется, что ни одна из них не может сравниться по надежности и герметизирующей способности с тарельчатым клапаном.Наиболее распространенной конструкцией тарельчатого клапана в автомобильной промышленности является цельный клапан, в котором весь клапан изготовлен из одного и того же материала. Однако доступны и другие варианты, в том числе:

  • Конструкция приварного наконечника имеет отдельный наконечник, приваренный к штоку над канавкой. Наконечник может быть изготовлен из материала, который намного более износостойкий, чем остальная часть клапана.
  • Конструкция, состоящая из двух частей, имеет отдельный шток, приваренный над галтелем, рис. 2 слева.
  • Конструкция с внутренним охлаждением имеет полый шток, содержащий охлаждающую жидкость, такую ​​как металлический натрий или натрий-калиевая смесь, и обычно используется в сверхмощных и высокопроизводительных выпускных клапанах, рис. 2 в центре.Пики температуры клапана снижаются из-за «вибрирующего эффекта» расплавленного металла, и эти конструкции могут особенно хорошо выдерживать термические нагрузки. Температуру в полой шейке можно снизить 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 продолжение классического полого клапана с натриевым наполнением с дополнительной полостью в головке клапана.Это может привести к дополнительным скачкам температуры в головке клапана и еще больше увеличить срок службы клапана.
  • Сварная конструкция поверхности седла имеет седло клапана, которое приварено с твердым покрытием, чтобы лучше выдерживать условия, которые в противном случае привели бы к экстремальному износу седла клапана и / или коррозии.
Рисунок 2 . Примеры конструкций тарельчатого клапана

Слева: Двухкомпонентный клапан со сплошным штоком. Центр: Клапан с полым штоком.
Справа: Клапан с полым штоком с дополнительной полостью на головке клапана.

(Источник: Mahle)

В дополнение к различным стилям конструкции клапаны могут иметь различные усовершенствования конструкции для повышения их долговечности. Деформационное упрочнение поверхности седла может использоваться для умеренного увеличения износостойкости седла в тех случаях, когда сварная конструкция поверхности седла не требуется. Обработка поверхности стержня может использоваться для уменьшения трения и / или износа, особенно если в противном случае может возникнуть адгезионный износ. Алюминирование поверхности седла клапана, а иногда и поверхности сгорания для улучшения коррозионной стойкости в среде оксида свинца когда-то было популярным для двигателей, работающих на этилированном бензине.Крышки наконечников, установленные на конце штока клапана, могут использоваться для повышения износостойкости наконечников, когда сварка разнородных металлов является проблемой.

###

Почему впускной клапан больше выпускного?

Почему впускной клапан больше, чем выпускной клапан ? Инженеры имеют особое значение при проектировании всего, как и клапаны.

В этой статье содержится следующее:

  • Почему впускной клапан больше выпускного клапана

  • Влияние сопротивления воздушному потоку

  • Влияние скорости вращения двигателя

.Почему впускной клапан больше выпускного

Клапан открывается кулачком, а пружина клапана закрывается. Когда смесь необходимо всосать в цилиндр, открывается впускной клапан ; когда необходимо отвести отработавший газ после сгорания, выпускной клапан открывается.

Так как всасываемый воздух «всасывается», а выхлопные газы «выталкиваются», всасываемый воздух труднее, чем выхлопной газ, и чем больше всасываемого воздуха, тем лучше сгорание и выше производительность двигателя.Всасываемый воздух засасывается вакуумом, а выхлопные газы выталкиваются наружу, чтобы вытолкнуть выхлопные газы. Следовательно, выхлоп легче, чем впускной. Следовательно, чтобы получить больше свежего воздуха для участия в сгорании, необходимо больше всасываемого воздуха. По этой причине впускной клапан должен быть больше, а общий размер не изменился, а выпускной клапан можно сделать только меньше. Следовательно, впускной клапан обычно имеет больший размер, чем выпускной, чтобы уменьшить трудность всасывания и увеличить количество всасываемого воздуха.Некоторые просто проектируют дополнительный впускной клапан, который имеет конструкцию только с 3 клапанами (2 в 1 ряд) и 5 ​​клапанами (3 в 2 ряда).

2. Влияние сопротивления воздушному потоку

Теоретически величина накачивания и количество выхлопа равны, а время открытия и закрытия выпускного клапана и время открытия и закрытия впускного клапана также равны .

Но это не так, потому что дроссельная заслонка регулирует скорость вращения, открытие и закрытие клапана большие и маленькие, а баллон должен быть заполнен смесью воздуха равным атмосферному давлению (около 1 кг / см2) когда всасывание завершено.Но когда газ проходит через впускную трубу и впускной клапан, он испытывает сопротивление. Чтобы преодолеть эти сопротивления и позволить смеси течь с определенной скоростью, часть давления должна поглощаться волной, поэтому давление воздуха в цилиндре всегда ниже атмосферного. Плотность газа изменяется с давлением, плотность низкого давления уменьшается, а фактический вес смешанного газа уменьшается. Чтобы устранить и уменьшить влияние сопротивления воздушного потока, площадь поперечного сечения воздушного потока на впускном клапане должна быть увеличена, то есть площадь воздушного клапана должна быть увеличена.В случае разреженного воздуха в области плато, площадь воздухозаборника должна быть увеличена, иначе двигатель не достигнет своей номинальной мощности в этих областях.

3. Влияние скорости вращения двигателя

Если исходный размер дыхательных путей не изменился, давление всасывания также изменится в зависимости от скорости и нагрузки. Когда дроссельная заслонка полностью открыта, скорость меняется в зависимости от нагрузки. Предполагая, что вес накачки равен 1, скорость увеличивается с 700 до 2 в минуту, а давление снижается с 0.95 до 0,80 при 100 об / мин, что показывает, что цилиндр

Плотность стержневого воздуха снижается, и воздушный поток не может справиться с необходимостью количества надуваемого воздуха. Потому что, когда скорость вращения увеличивается втрое, скорость движения поршня также увеличивается втрое, и скорость воздушного потока также увеличивается втрое, чтобы гарантировать, что такой же весовой остаток воздуха входит в цилиндр. Однако из-за увеличения силы в дыхательных путях на высоких скоростях поток воздуха не может быть увеличен в той же пропорции. То есть эффект накачивания лучше при замедлении, и в результате среднее эффективное давление и крутящий момент также больше (крутящий момент пропорционален среднему эффективному давлению).

Если вы хотите купить выпускные клапаны, обращайтесь в GRWA.

Впускные и выпускные клапаны и механизмы (автомобили)

3.4.

Впускные и выпускные клапаны и механизмы

3.4.1.

Функции и устройство впускных и выпускных клапанов

Клапанный механизм в двигателе регулирует движение заряда и выхлопных газов
в цилиндрах в зависимости от положения поршней в их отверстиях.В наши дни этот
расположен в головке блока цилиндров на всех двигателях. Среди обычно используемых втулочных, скользящих, поворотных и тарельчатых клапанов
наиболее распространен тарельчатый клапан, поскольку он обеспечивает приемлемый вес
, хорошую прочность и хорошие характеристики теплопередачи.
Самая популярная форма тарельчатого клапана (рис. 3.32) для автомобильного применения использует маленькую чашку
на одном конце штока. Шток клапана помещается в направляющее отверстие, выполненное по центру круглого канала
в головке блока цилиндров.Головка тарелки клапана открывает и закрывает канал
с отверстиями, ведущий к цилиндру, во время движения штока внутрь и наружу.

Рис. 3.32. Детали сборки клапана.
Впускные и выпускные каналы имеют форму изгиба вверх и наружу, выходящую из одной
или обеих сторон головки блока цилиндров. Нормальным является наличие одного впускного и одного выпускного клапана и порта
на цилиндр. Однако компоновки с двумя впускными и выпускными клапанами и отверстиями также применяются для некоторых двигателей
с высокими рабочими характеристиками или большой мощности.Кроме того, в некоторых двигателях используются двойные впускные клапаны, но только один выпускной клапан
.
Клапаны могут быть расположены вертикально или с небольшим наклоном относительно оси цилиндра,
— в соответствии с желаемым контуром камеры сгорания. Тарельчатые клапаны
имеют различную конфигурацию внутри двигателя относительно цилиндров (рис. 2.30 и раздел 2.7). В двигателе
с верхним расположением распредвала (рис. 3.33A) распределительный вал установлен в головке, либо над, либо сбоку от клапана, что улучшает работу клапана на более высоких оборотах двигателя.Клапан управляется непосредственно с помощью подъемников клапана
или толкателей кулачка, либо с помощью коромысел. В двигателе с верхним расположением клапанов (рис. 3.33B) распределительный вал
находится в блоке двигателя, а клапаны управляются толкателями клапанов, толкателями и
,
, , рис. 3.33. Клапаны и толкатели клапанов.
A. Клапан в двигателе с L-образной головкой. B. Верхний клапан.
коромысла. Двигатель с двумя верхними распредвалами имеет два распределительных вала
, расположенных с каждой стороны клапанов. Один
управляет впускными клапанами, а другой — выпускными клапанами
.
Впускные клапаны работают с холодными зарядами низкого давления и низкой плотности, тогда как выпускные клапаны работают с горячими газами с высоким давлением
и высокой плотностью. Следовательно, выпускные клапаны
подвергаются более жестким условиям эксплуатации,
и, следовательно, изготавливаются из материалов более высокого качества
, чем впускные клапаны. Впускной клапан должен быть на
больше, чем выпускной, чтобы обрабатывать ту же массу газа
(но с низкой плотностью). С этой точки зрения размер выпускных клапанов
составляет примерно 85% от впускного клапана
.Диаметр головки клапана составляет почти 115% от диаметра порта
, а высота подъема составляет около 25% от диаметра клапана
. Впускной и выпускной клапаны

Рис. 3.34. Шестерни ГРМ.
примерно 45% и 38% диаметра канала соответственно для двигателей
с диаметром канала от 75 мм до 200 мм.
Клапан открывается кулачком, который синхронизируется с поршнем
и циклом коленчатого вала. Он закрывается с помощью одной или нескольких пружин
. Кулачок приводится в движение синхронизирующими шестернями (рис.3.34), цепи
или ремни, расположенные в передней части двигателя. Установочные метки на распределительных шестернях
синхронизируют действие клапана с движением поршня.
3.4.2.


Клапанные механизмы

A. Боковой распределительный вал с толкателем и коромыслами

В приводном механизме этого типа (рис. 3.35) используются:
(a) распределительный вал, (b) кулачковый толкатель (толкатель),
(c) толкатель, (d) коромысло,
(e) коромысел, если) возвратная пружина, и
ig) тарельчатый клапан.
Привод между распределительным валом и тарельчатым клапаном
известен как клапанный механизм.
Преимущества.
(a) Можно использовать сравнительно простую короткую цепь привода ГРМ или простую зубчатую передачу.
(6) Рычаг коромысла обеспечивает некоторое увеличение подъема профиля кулачка, которое может
передаваться на шток клапана, так что можно использовать меньшую рабочую часть кулачка.
(c) Регулировка и обслуживание просты и могут выполняться без демонтажа каких-либо рабочих компонентов двигателя
.
Недостатки.
(a) Во время разгона или работы на высоких оборотах двигателя
узел толкателя и коромысла
не передает клапану точный подъем профиля кулачка, потому что
из эластичности системы и результирующего
вибрации.
(b) Для расширения и сжатия очень длинного механизма
клапанного механизма во время работы требуются большие зазоры толкателей.
(c) Из-за большого количества контактирующих стыков
, в системе наблюдается повышенный износ, а также повышенный уровень шума на
.

Б. Распредвал верхний с перевернутым скольжением

Толкатель ковша
В приводном механизме клапана (рис. 3.36) используются:
(a) распределительный вал,
(b) скользящий толкатель кулачка перевернутого ковша

Рис. 3.36. Распределительный вал верхнего расположения с
прямого действия с перевернутыми лопатками
толкателей.

Рис. 3.35. Боковой кулачок верхнего клапана —
Вал с толкателем и коромыслом —
(c) возвратная пружина и
id) тарельчатый клапан.
Преимущества.
(a) Это наиболее компактные и жесткие механизмы кулачка-клапана, которые напрямую передают клапану подъем входного профиля кулачка, спроектированный
.
(6) При соответствующей смазке происходит очень небольшой износ, так как штоки клапана
не подвергаются боковому толчку.
(c) Зазоры толкателей обычно небольшие и после регулировки сохраняются в течение очень длительного периода
.
Недостатки.
(a) Необходим более сложный привод между коленчатым валом
и распределительным валом.
(6) Смазку необходимо контролировать более точно.
и направлять, чем для других исполнительных механизмов.
(c) Регулировка толкателей относительно сложнее
, чем в других механизмах.

C. Верхний распределительный вал с поворотным коромыслом

В приводном механизме клапана этого типа (рис. 3.37) используется
(a) распределительный вал,
(6) толкатель кулачка с поворотным коромыслом,
(c) возвратная пружина и
(d) тарельчатый клапан. .
Преимущества.
(a) Использование толкателя коромысла обеспечивает передаточное отношение
, позволяющее использовать меньший профиль кулачка в
системе.
(b) Толкатель поворотного рычага имеет меньшую инерцию, чем толкатель скользящего ковша.
(c) Один распределительный вал верхнего расположения может управлять двумя отдельными рядами впускных и выпускных клапанов.
id) Регулировка толкателя обычно проста и понятна.
Недостатки.
(a) Движение от кулачка к клапану приводит к изгибу коромысла; поэтому система
должна быть относительно жесткой, и, однако, эта характеристика не совпадает с конструкцией толкателя ковша прямого действия
.
(b) Контакт между клапаном и коромыслом обеспечивает определенную боковую нагрузку на шток и направляющую клапана
.
(c) Износ и шум относительно больше, чем в толкателе скользящего ковша, из-за дополнительного шарнирного соединения
в дополнение к двум другим контактным поверхностям.
(d) Эта конфигурация требует очень точной смазки.
3.4.3.

Тарельчатый клапан

Головка тарельчатого клапана (рис. 3.38) является наиболее нагруженной деталью, поскольку она подвергается неравномерным ударным нагрузкам
по всему диаметру, когда клапан опускается на свое седло.Также головка имеет
, чтобы выдерживать термические потоки из-за колебаний температуры над головкой и между

Рис. 3.37. Верхний распределительный вал с коромыслом
прямого действия с поворотным концом. Головка
и шток. Максимальная концентрация напряжения
происходит на поверхности конического седла клапана
и в области, где диаметр
изменяется от головки к штоку. Во время работы
температура в центре выпускного клапана
может составлять от 1023 до 1123 К, а во впускном клапане
от 723 до 823 К.Поскольку механические и термические напряжения
являются циклическими, отказ
имеет усталостный характер.
Из-за воздействия как динамических инерционных нагрузок
, так и продуктов сгорания при этих высоких рабочих температурах
поверхности клапана
могут окисляться и корродировать быстрее. Седло клапана
затвердевает при работе из-за ударов, а
любой нагар между седлами создает
сильных концентраций напряжения. Любая утечка газа между седлами также приводит к локальному перегреву, который может вызвать механическое повреждение, деформацию
или коробление и, наконец, возгорание конического седла клапана.
Для увеличения срока службы клапан должен выдерживать высокие рабочие температуры, динамические нагрузки и агрессивную среду, а также иметь хорошую износостойкость во всех условиях эксплуатации
. Форма клапана должна позволять выхлопным газам
течь с очень небольшим сопротивлением между клапаном и седлом и вокруг открытой части штока
без поглощения избыточного тепла. Также он должен иметь сечение, способное выдерживать нагрузки
, возникающие в результате повторяющихся ударных нагрузок.
Выпускной клапан должен обладать
(a) достаточной прочностью и твердостью, чтобы противостоять растяжению и истиранию штока клапана
,
(b) достаточной прочности и твердости при нагревании, чтобы противостоять купированию головки и быстрому износу седла,
(c) хорошее сопротивление усталости для борьбы с повторяющимися циклическими нагрузками;
(d) хорошее сопротивление ползучести для предотвращения постоянной деформации головки при работе
при высоких температурах и переменных нагрузках;
(e) хорошая стойкость к коррозии и окислению при высоких рабочих температурах и нагружает
, а в активной коррозионной среде
(/) — умеренный коэффициент теплового расширения для ограничения термических напряжений из-за большого градиента температуры
над головкой и
(g) — хорошая теплопроводность от головки клапана, так что
тепло от горения может легко рассеиваться.
3.4.4.

Тарельчатый клапан Размеры

Ниже приведены типичные размеры клапана (рис. 3.39) относительно диаметра горловины (dt).
Максимальный диаметр конуса, d2 = 105 dt до 1,15 dt
Минимальный диаметр конуса, d \ = 0,95 dt до 1,0 dt
Ширина конического седла, c = 0,10 dt до 0,12 dt
Толщина параллельной головки, hi = 0,025 dt до 0,045 dt
Толщина параллельной и конической головки, h% = 0,10 dt до 0,14 dt

Рис. 3.38. Идентификация тарельчатого клапана.
Диаметр стержня клапана:
Для входа ds = 0,18 dt до 0,24 dt
Для выпуска ds = 0,22 dt до 0,28 dt
Головка диска изначально имеет угол
от 10 до 15 градусов относительно горизонтали, за которым следует
— небольшой радиус r, соответствующий стержню. Для улучшения передачи тепла
диаметр штока выпускного клапана на 10
на 15% больше диаметра впускного клапана. Для максимального потока свежего заряда или выхлопного газа
между головкой клапана
и его седлом площадь кольцевого отверстия клапана
должна равняться площади горловины клапана или порта.Чтобы добиться этого с помощью
, высота подъема клапана должна составлять примерно одну
четверть диаметра головки клапана. Подъем клапана, если на
меньше этого значения, ограничивает объемный КПД двигателя
, а если намного больше, увеличивает инерцию рабочего механизма клапана, вызывая шум
и быстрый износ.
3.4.5.

Седло клапана и конические углы

Угол торца клапана выбран для наилучшего возможного компромисса между открытием клапана и уплотнением клапана
.Открытие клапана является максимальным при нулевом угле торца, и сила уплотнения на клапане
увеличивается с увеличением угла. Плохое уплотнение вызывает возгорание клапана, что сокращает срок его службы.
Обычно используются конические углы седла клапана 45 или 30 градусов (рис. 3.40). Для подъема клапана GFVEN
при уменьшении угла эффективное проходное сечение вокруг клапана может быть увеличено,
, но давление на седло для заданной жесткости пружины уменьшается. Для обеспечения высокого давления в седле
и минимальных отложений на поверхности рекомендуется использовать конический угол седла клапана 45 градусов или 30 градусов
для впускного клапана и только 45 градусов для выпускного клапана из-за рассеивания тепла жидкостью
.

Рис. 3.39. Размеры тарельчатого клапана.

Рис. 3.40. Углы конической поверхности клапана и седла.
Угол клапана к плоскости головки обычно на 0,5–1 градус меньше угла
седла в головке блока цилиндров. Разница в углах конуса обеспечивает острый контакт вокруг внешнего края клапана
и его седла, так что происходит быстрое прилегание обеих поверхностей. Это защищает
контактные посадочные поверхности от возгорания и позволяет головке клапана опускаться на тарелку при ударе; таким образом нагрузка
распределяется на большую площадь поверхности.Если эффективная ширина посадочного места контакта
слишком велика, он
снижает давление уплотнения между контактными поверхностями и, следовательно, его способность очищать продукты сгорания
с поверхностей также снижается. Слишком узкие контактные поверхности сокращают путь
тепла от клапана к его седлу, когда он закрыт.
3.4.6.

Условия эксплуатации клапана

Головка клапана Нагрузка.

Во время работы головка и шейка клапана подвергаются продольным напряжениям из-за нагрузки возвратной пружины
и инерционной реакции клапана в сборе.Кроме того, в его головке возникают большие тепловые кольцевые напряжения
(окружные) из-за большого температурного градиента от
центра головки к ее краю и от макушки к параллельной части стержня. Прочность материала клапана
достаточна, чтобы выдерживать комбинацию этих двух напряжений
при условии, что контактная часть седел не деформирована или частицы углерода
не захвачены между ними. Любые неровности вокруг периферийных поверхностей контакта седла вызывают сильные локальные концентрации напряжений
, которые могут привести к выходу клапана из строя за короткий период времени.

Головка клапана и шейка.

При закрытии выпускного клапана его головка непосредственно подвергается процессу сгорания.
Когда клапан открывается, выходящие и все еще горящие газы обтекают край головки и
под ней, окружая шейку клапана (рис. 3.41A). Впоследствии они проходят через порт
проходов в выхлопную систему.


Рис. 3.41. Путь тепла и распределение температуры для выпускного клапана.
Когда клапан закрыт, большая часть тепла передается седлу клапана и охлаждающей жидкости
, циркулирующей в головке цилиндров, но когда клапан открывается, тепло проходит только через шток клапана
.Следовательно, самая горячая часть клапана — это его шейка, следующая самая горячая зона — это центральная область
коронки до ее шейки, а самая холодная зона — вокруг обода головки клапана и параллельной области
стержня, когда он входит. его направляющую (рис. 3.41B). Таким образом, температура головки клапана
может составлять всего 773 К вокруг обода головки, увеличиваясь на шейке в условиях полной нагрузки
примерно до 1073 К и может повышаться до 1173 К в ненормальных условиях.

Шток клапана и наконечник.

Шток клапана работает в направляющей втулке и подвергается возвратно-поступательному скользящему движению
, которое в некоторых случаях добавляется к вращающемуся колебательному движению. Направляющая втулка может достигать температуры
673 К на выходе из выпускного отверстия, постепенно снижаясь до примерно 473 К на конце пружины клапана
. Поэтому шток и направляющая должны быть изготовлены из совместимых материалов, чтобы
мог эффективно работать в течение длительного времени с очень небольшим износом в основном в условиях граничной смазки.
Наконечник штока клапана должен быть достаточно твердым, чтобы выдерживать удар толкателя, а в некоторых конструкциях
должен противостоять истиранию из-за относительного трения между наконечником штока клапана и подушкой коромысла
(рис. 3.49E). Заштрихованная ширина на рисунке представляет собой степень относительного перемещения
между коромыслом и наконечником штока клапана.
3.4.7.

Материалы тарельчатого клапана

Три основных сплава, используемых в выпускных клапанах:
(i) кремний-хромистая сталь,
(ii) аустенитная хромоникелевая сталь,
(Hi) сплавы на никелевой основе Nimonic.Кремнийхромистая сталь
может работать до температуры 923 К, и ранние выпускные клапаны
изготавливались из этой стали. Популярный состав этой стали — 0,8% углерода, 0,4% марганца,
1,3% никеля, 2% кремния, 20% хрома и остальное (75,5%) железо.
Добавление никеля до 12% значительно улучшает стойкость к горячей коррозии, так что клапан
может работать при несколько более высоких температурах. Следовательно, клапаны были изготовлены из аустенитных хромоникелевых сталей
, таких как ’21-12 ’, которые содержат 0.25% углерода, 1,5% марганца, 1% кремния
, 12% никеля и 21% хрома. Еще одна улучшенная аустенитная хромоникелевая сталь
— это ’21 -4N ’, которая обеспечивает более высокую твердость как в холодных, так и в горячих условиях и более высокую степень наклепа (
). Состав: 0,5% углерода, 0,25% кремния, 9% марганца, 21% хрома
, 4% никеля, 0,4% нитогена и 64,85% железа. Из-за большого количества хрома
и марганца сталь поглощает азот, что улучшает износостойкость
при воздействии высоких температур и нагрузок.
Для высокотемпературных операций и тяжелых двигателей больше подходят нимоновые сплавы
материалов. Примером является ’80A’, который имеет состав 0,05% углерода, 1% марганца,
0,6% кремния, 20% хрома, 2% кобальта, 2,5% титана, 1,2% алюминия, 5% железа и 67,65% никеля
. Эти сплавы на основе никеля имеют более высокую жаропрочность и твердость, а также лучшую усталостную
и коррозионную стойкость, чем аустенитные стали, но они более дороги. Чтобы преодолеть высокую стоимость клапана
, клапан, состоящий из двух частей, может быть изготовлен с головкой из сплава на основе никеля, соединенной со штоком из стали
сваркой трением.
Срок службы клапанов из аустенитной стали и нимонового сплава теперь может составлять до 150000
км по сравнению с традиционными 22000 км между заменами клапанов. Для тяжелых условий эксплуатации седла головки выпускного клапана могут быть облицованы твердым сплавом, например стеллитом
. Этот сплав на основе кобальта состоит из 1,8% углерода, 9% вольфрама, 29% хрома
и 60,2% кобальта. Поскольку впускные клапаны работают при температурах около 773 К, они не нуждаются в таком высоколегированном материале клапана
.Типичный материал впускного клапана — кремнийхромовая сталь
, которая имеет состав из 0,4% углерода, 0,5% никеля, 0,5% марганца, 3,5% кремния, 8% хрома
и 87,1% железа.
3.4.8.

Направляющие клапана

Обычно седло клапана выполнено за одно целое в головной части автомобильных двигателей.
Вставные седла также используются в некоторых двигателях, что позволяет легко ремонтировать седла клапанов. Деформация седла клапана
— одна из основных причин низкого срока службы клапана.Искажение может быть кратковременным или постоянным. Первый возникает из-за давления и теплового напряжения
, а второй — из-за механического напряжения
, поэтому при сборке двигателя необходимо соблюдать надлежащую осторожность
.

Рис. 3.42. Направляющие клапана.
A. Интеграл. B. Обычный рукав.
C. Рукав с заплечиками.
Направляющее отверстие в головке цилиндра поддерживает
и направляет скользящее действие штока клапана,
, так что головка удерживается в центральном положении
относительно седла клапана при открытии
и закрытии.Такие отверстия известны как направляющие клапана
. Для двигателей с нормальным режимом эксплуатации направляющая
состоит из просверленных и расточенных отверстий в головках блока цилиндров
из чугуна. Для головок цилиндров
из алюминиевого сплава и головок цилиндров
из высокопрочного чугуна отдельные направляющие втулки или втулки
запрессовываются в предварительно сформированные отверстия (рис. 3.4).
Направляющая втулка или втулка изготовлены из перлитного чугуна хорошего качества
для минимизации износа между штоком и направляющей или из бронзы для улучшения потока тепла
к каналам охлаждающей жидкости в головке блока цилиндров.Хотя плоская втулка подходит для большинства применений
, но иногда втулки с буртиком используются для позиционирования направляющей в головке цилиндра
. Направляющая обычно немного выступает над опорой пружины в головке цилиндров, чтобы
предотвратить чрезмерный слив масла по штоку.
Длина направляющей части втулки должна быть в 8-10 раз больше диаметра штока.
Внешний диаметр втулки втулки должен быть в пределах от 1,4 до 1,6 диаметра штока.
Зазор между штоком клапана и направляющей поверхностью втулки варьируется от 0.02 до
0,05 мм для впускных клапанов и от 0,04 до 0,07 мм для выпускных клапанов. Однако эти значения,
, в некоторой степени зависят от материалов штока и направляющих, а также от рабочих температур. Изношенные встроенные направляющие отверстия можно расширить, а старые клапаны заменить новыми клапанами
с увеличенными штоками. Когда существующие направляющие клапана изношены, их можно заменить новыми направляющими
.
Зазор между клапаном и штоком должен быть достаточным для смазки, но чрезмерный зазор
вызывает раскачивание штока и, таким образом, «раструб» направляющей клапана.По мере износа контакт между штоком
и направляющей становится менее эффективным, так что средняя рабочая температура клапана
повышается. Смазка также может ухудшиться при этой температуре в результате образования смолы.
Обычно следует избегать выступов направляющих клапана в выпускное отверстие, иначе это
может повысить рабочую температуру головки выпускного клапана. Утечка масла через направляющую клапана
является проблемой в двигателе с верхним расположением клапана, особенно вокруг штока впускного клапана, где существует разрежение
.Таким образом, для предотвращения утечки используются уплотнения подходящей конструкции из синтетических каучуков и пластмасс №
.

3.4.9.

Кольца вкладыша седла клапана

Для тяжелых условий эксплуатации с чугунными головками цилиндров или для головок цилиндров
из алюминиевого сплава используются клапанные вставки, которые выдерживают высокие рабочие температуры и коррозионную атмосферу
вокруг отверстия седла клапана. Также используется материал вставки с улучшенной ударной прочностью
и твердостью, устойчивой к износу.Эти вставки (рис. 3.43) образуют кольцо
прямоугольного сечения, имеющее коническое гнездо на одной из внутренних кромок. Вкладыш должен быть жестким, чтобы выдерживать непрерывные удары
и отводить тепло от головки тарельчатого клапана к системе охлаждающей жидкости головки цилиндров


Рис. 3.43. Кольца вкладыша седла клапана.
A. Размеры вставного кольца седла клапана. Б. Форсированная посадка.
C. Подгонка по закругленному краю. D. Подпружиненный фланец.
E. Винтовая посадка.
Для выполнения этих требований радиальная толщина стенки вставки должна составлять от 0,10
до 0,14 диаметра горловины. Внешний диаметр вставки должен быть в пределах 1,2–
в 1,3 раза больше диаметра горловины, а высота вставки должна быть в 0,15–0,25 раза больше диаметра горловины
(рис. 3.43A). Вкладыши клапана вставляются с усилием в выемки, выточенные в головке блока цилиндров.
Натяг в чугунных головках составляет порядка 0,0003 диаметра стержня выпускного клапана
.Типичная посадка с натягом составляет 0,019 мм на мм внешнего диаметра для чугунной головки блока цилиндров
и 0,025 мм на мм внешнего диаметра для головки блока цилиндров из алюминиевого сплава.
При установке этих колец с усилием или усадкой (рис. 3.43B) они обычно сжимаются в жидком кислороде
до 453 K, а затем легко прижимаются к месту. При отсутствии этого приспособления головку блока цилиндров
нагревают в кипящей воде в течение получаса, а затем как можно быстрее помещают вставку
.
В случае посадки с закругленным краем кольцо вставки вдавливается в его отверстие с выемкой, а затем кромка поверхности головки цилиндров
переворачивается, чтобы заполнить пространство, обеспечиваемое скошенной внешней верхней кромкой
вставки (FiD , 3.43C).
Для посадки с подпружиненным фланцем кольцевые пазы выполнены на противоположных сторонах в нижней части кольца
, а нижняя часть вставного кольца деформирована наружу. Когда эта вставка
вдавливается в отверстие, нижняя часть кольца выскакивает в канавку в выемке, которая фиксирует вставку
в нужном положении (рис. 3.43D).
Для некоторых головок блока цилиндров из алюминиевого сплава используется резьбовое соединение, обеспечивающее более надежный захват головки блока цилиндров
(рис.3.43E) и для компенсации большого дифференциального расширения
, которое обычно существует между вставкой и ее утопленным отверстием.
Материалы вставки седла.
В чугунной головке блока цилиндров для средних и высоких нагрузок в качестве материала вставок
используется низколегированный перлитный чугун. Типичный состав этого сплава: 3% углерода, 2% кремния, 0,4% фосфора,
0,9% молибдена, 1% хрома и 92,7% железа. Он имеет твердость от 270 до 300 по числу Бринелля
.
Для алюминиевых головок цилиндров средней и высокой нагрузок подходящим материалом вставки является аустенитный серый чугун с высоким содержанием никель-медь
, имеющий высокий коэффициент расширения, а также хорошую коррозионную стойкость
.Обычный состав этого сплава — 2,8% углерода, 2% кремния, 0,45% фосфора
, 1,8% хрома, 15% никеля, 7% меди и 70,95% железа. Он имеет твердость от
от 160 до 240 по числу Бринелля.
Для сверхпрочной и высокотемпературной чугунной головки блока цилиндров вставка
может быть изготовлена ​​из чугуна с высоким содержанием хрома, содержащего 1,8% углерода, 1,8% кремния, 0,4% молибдена,
и 14% хрома. Он имеет твердость от 270 до 320 по числу Бринелля при термообработке.
3.4.10.

возвратные пружины клапана

Возвратная пружина клапана (или пружины) гарантирует, что подъем или опускание клапана точно следует соответствующему движению профиля кулачка
, сообщаемому толкателю при рабочих условиях как ускорения, так и замедления.

Рис. 3.44. Пружины клапанные винтовые.
A. Винтовая пружина постоянного шага. B. Винтовая пружина с переменным шагом.
Обычно используются винтовые пружины (рис.3.44A), которые работают под нагрузкой на сжатие.
Когда пружина отклоняется (т.е. сжимается во время нагрузки), каждая часть пружинной проволоки скручивается на
и, следовательно, подвергается скручивающему напряжению.
Жесткость винтовой пружины, которая представляет собой способность пружины сопротивляться отклонению под действием нагрузки
, пропорциональна четвертой степени диаметра проволоки пружины и
обратно пропорциональна кубу средней пружины. диаметр катушки и количество активных катушек
при прочих равных условиях.
Следовательно, x a (d4 / D3N)
, где x — прогиб пружины,
d — диаметр пружинной проволоки,
D — диаметр витка пружины,
и N — количество активных витков.
Если диаметр проволоки увеличен вдвое, прочность пружины увеличивается в шестнадцать раз, если диаметр витка
уменьшается вдвое, его прочность увеличивается в восемь раз, а если количество активных витков уменьшается вдвое, прочность пружины
увеличивается только в два раза.
Витки пружины, которые отклоняются при приложении нагрузки, называются активными витками.Концы или часть конца
включают пружину сжатия, которая не прогибается, известная как мертвые витки. Мертвые витки
на обоих концах пружины отшлифованы плоско перпендикулярно оси пружины, а два конца
расположены диаметрально противоположно. Это предотвращает искривление длины пружины при сжатии
, так что усталостная долговечность пружины значительно снижается. Расстояние
между соседними активными витками известно как шаг пружины.
Пружина клапана в нормальном положении удерживает клапан закрытым на его седле и обеспечивает
достаточных сил инерции клапанного механизма, так что движение клапана точно следует за движением профиля
кулачка на всех скоростях.Чтобы пружина не перегружалась, активных витков должно быть не менее 4,5.
Однако слишком много витков снижает жесткость пружины, вызывая более вероятный скачок пружины. Клапан
и пружина должны немного открываться за пределы нормального полностью открытого положения, чтобы катушки
не могли столкнуться вместе, когда превышение скорости вызывает дребезг клапана.
Релаксация пружины происходит при ее пластическом отклонении при средней температуре около 423
К или даже более в циклических условиях нагрузки.В этом состоянии он не восстанавливает свою исходную свободную длину
при снятии внешней нагрузки. Следовательно, с течением времени усилие, прилагаемое пружиной
, уменьшается.

Пружина пульсации клапана.

Резонанс возникает, когда собственная частота колебаний пружины или кратных ей
колебаний синхронизируется с возмущающими колебаниями, создаваемыми действием кулачка на толкатель.
Во время резонанса витки на неподвижном конце пружины полностью или почти полностью
сближаются на начальных этапах подъема клапана из-за их инерции, а последующие витки на расстоянии
от этого конца закрываются в меньшей степени.Катушки, наиболее удаленные от толкателя кулачка, закрываются на
на заключительных этапах открытия клапана. Происходит коллапс сопротивления пружины, из-за которого
некоторые витки временно теряют свой шаг и перемещаются ближе друг к другу, подметая или колеблясь от
одного конца пружины к другому. Когда происходит это колебание пружины, естественное закрывающее действие
винтовой пружины выходит из-под контроля, и, следовательно, движение клапана больше не следует за
подъемом, задержкой и опусканием кулачкового профиля.

Пружины с переменным шагом.

Для уменьшения пульсации пружины встроена пружина с переменным шагом, в которой шаг между
соседними витками от наконечника штока клапана до неподвижной направляющей клапана и седла постепенно уменьшается на
. При открытии клапана катушки постепенно сжимаются, начиная с
конца головки блока цилиндров с малым шагом, из-за чего количество активных катушек уменьшается. И наоборот,
при закрытии клапана количество активных катушек увеличивается.Такое изменение количества активных витков
во время открытия и закрытия клапана обеспечивает переменную жесткость пружины и постоянно изменяющуюся собственную частоту
, что снижает резонанс и пульсацию пружины.

Пружины двойные.

Двойные гнезда пружин в системе обеспечивают высокие пружинные нагрузки на клапан для данного пространства между клапаном и пружиной
. Чтобы обеспечить одинаковую общую силу, жесткость каждой пружины в гнезде должна быть на
меньше, чем у одиночной пружины.Следовательно, собственные частоты вложенных пружин
также ниже (поскольку собственная частота пружины пропорциональна квадратному корню из ее жесткости
), что способствует скачку напряжения.
Одним из преимуществ использования двойных пружин является то, что при благоприятных условиях резонанс одной пружины
может частично подавляться отсутствием резонансного действия другой. Более того, если одна из пружин
сломается, другая продолжит работу. Это предотвращает падение клапана в цилиндр, вызывающее повреждение
.

Предварительное напряжение. Пружины

обычно предварительно напряжены царапанием, при котором пружина сжимается до тех пор, пока напряжение
во внешних волокнах проволоки не превысит предел текучести материала, вызывая пластическую деформацию
внешних стальных волокон. Это вызывает остаточные напряжения, так что предел текучести стали
повышается.

Дробеструйная обработка. Пружины

имеют закалочную обработку, которая значительно улучшает усталостную прочность стали
.Во время лечения пружина с высокой скоростью забрасывается круглыми частицами закаленной стали (дробью) размером
. Это создает сжимающие напряжения в
внешних волокнах катушки. Эти остаточные сжимающие напряжения помогают предотвратить развитие растягивающих напряжений
на поверхности проволоки. Но если есть какие-либо дефекты во внешних волокнах
проволоки, такие растягивающие напряжения инициируют распространение трещин, ведущих к усталостному разрушению.

Материалы пружины клапана.

Для изготовления пружин клапана используется либо обычная высокоуглеродистая сталь, либо низколегированная хромисто-ванадиевая сталь
. Высокоуглеводный сплав
на стали содержит от 0,4 до 0,8% углерода, 0,3% кремния и 1,0% марганца-
. Хромованадиевая сталь содержит от 0,4 до 0,5% углерода,
0,2% кремния, 0,6% марганца, от 1,0 до 1,5% хрома и минимум
из 0,15% ванадия. Стальная проволока поставляется в размягченном состоянии.
Полностью шлифуется до получения хорошей отделки поверхности с последующим холодным волочением
для придания необходимых высоких свойств при растяжении.Проволока наматывается на
в форме пружины и затем покрывается синим цветом, снимающим напряжение
.
3.4.11.

Фиксатор пружины клапана (замки)

Возвратная пружина (или пружины) удерживает клапан в закрытом положении
до тех пор, пока не приводится в действие распределительным валом. Он действует на стопорную пластину пружины
, закрепленную на конце штока клапана (рис. 3.45). Эта удерживающая пластина
содержит центральное коническое отверстие, которое в положении
совпадает с неглубокой круговой канавкой, обработанной около конца штока
.Два конических полуколка вклиниваются между конической стенкой пластины пружины
и желобчатой ​​частью штока. Внутренние
выступающие круглые выемки или ребра, сформированные на коллекторах, фиксируют их
в канавке штока. Непрерывное вытягивание пружинной пластины пружиной
поддерживает захват коллектора как на штоке, так и на пружинной пластине. Нижняя сторона пружинной пластины
обычно ступенчатая для установки одной или двух пружин.

Рис. 3.45. Тарельчатый клапан
удержание пружины.

Клапаны-ротаторы.

Вращатели клапана могут быть положительного или отрицательного типа. Первый тип имеет неположительное действие
, которое позволяет клапану произвольно вращаться при открытии и закрытии. Последний тип
имеет положительное действие, которое непосредственно вращает клапан во время его работы. Цель вращения клапана
— улучшить посадку клапана за счет очистки поверхностей седла от частиц углерода, которые в противном случае могли бы прикрепиться к ним.Постепенное перемещение клапана относительно его седла увеличивает срок службы клапана и седла
.

Рис. 3.46. Неположительные ротаторы клапана.
A. Разъемно-сборный клапан-вращатель.
B. Поворотный механизм затвора.

Неположительные вращатели клапана.

Из двух обычных конструкций
, используемых в неположительной компоновке
, в одном методе используются цанги с неплотной посадкой, в то время как
другой использует втулку, которая надевается на наконечник штока клапана
.

ii) Разъемные цанги Вращатель клапана.

Коллекторы, специально разработанные для этого подхода (рис. 3.46A), позволяют клапанам
вращаться при определенных условиях. Шток клапана
имеет три кольцевых паза полукруглого сечения
, а внутренняя поверхность каждой цанги
имеет три полукруглых ребра. Они прижимаются друг к другу
, обеспечивая небольшой радиальный зазор между клапаном
и коллекторами. Вибрация шестерни клапана
вращает клапан со скоростью от 15 до 25 об / мин при частоте вращения двигателя
выше 1500 об / мин.
Стержень из низкоуглеродистой стали применяется для изготовления коллекторов.
Полоса выдавливается до необходимого сечения. Длина
обрезается и прижимается до окончательной кривизны. Коллекции
окончательно закалены.

(ii) Насадка-вращатель клапана.

В конструкции гильзы вращателя
(рис. 3.46 B) стальная крышка надевается на конец штока клапана
и опирается на две полукруглые цанги, которые подходят для
в канавку штока клапана ниже.
Пружина клапана поддерживает давление на фиксатор
против этих цанг и, таким образом, удерживает клапан в закрытом состоянии.Когда требуется открыть клапан
, коромысло прижимает
колпачок, который, в свою очередь, упирается в две цанги,
, а затем перемещает пружину клапана и фиксатор вниз.
Давление пружины теперь воспринимается крышкой, и, следовательно,
клапан освобождается от давления пружины. Он по-прежнему перемещается на
вниз, потому что закрытый конец крышки затем упирается
в конец штока клапана, но он может свободно вращаться.

(Hi) Положительное вращение клапана (Rotocap).

Эта компоновка (рис.3.47) включает пластину
, удерживающую шарик, с шестью наклонными канавками (на рисунке показаны только четыре)
для катания шариков. Маленькая пружина толкает каждый из этих
шариков в сторону. Тарельчатая пружинная шайба типа Бельвиль
надевается поверх этих шариков, образуя верхнее кольцо, которое
поддерживается на своем внешнем крае фиксатором седла пружины. Этот фиксатор удерживает вместе весь узел
, а также обеспечивает седло для спиральных пружин клапана.
В закрытом положении клапана тарельчатая шайба подвешена между держателем седла пружины
и держателем шара, так что шарики свободно перемещаются к вершине аппарели и упираются
в конец канавки.При открытии клапана тарельчатая пружинная шайба отклоняется

Рис. 3.47. Положительный вращатель клапана.
A. Клапан закрыт. B. Клапан открыт.
с увеличением сжимающей нагрузки на пружину клапана. Внешний край вогнутой шайбы
упирается в фиксатор седла пружины, как и раньше, но теперь внутренняя часть шайбы
упирается в шесть шариков и, следовательно, толкает их вниз по пандусам. Наклоны
имеют такую ​​форму, что при сохранении контакта с шайбой фиксатор седла пружины поворачивается и, следовательно,
тарельчатый клапан поворачивается на ту же величину.
Когда клапан закрывается, шайба возвращается в исходное положение между фиксатором седла пружины
и фиксатором шара. Это снимает нагрузку на шарики, из-за чего пружины с небольшим смещением
теперь толкают шарики вверх по их пандусам и тем самым возвращают фиксатор седла пружины и узел клапана
в исходное положение.
3.4.12.

Коромысло

Вал коромысла обеспечивает жесткую опору шарнира
для коромысел.Эти валы изготовлены из полых стальных труб
. Эти
устанавливаются и зажимаются на опорах из чугуна или алюминиевого сплава
, которые обычно устанавливаются между каждой парой скальных рычагов
(рис. 3.48). Следовательно, четырехцилиндровый двигатель
имеет четыре кронштейна опоры постамента
.
Для смазки в коромысле просверливаются радиальные отверстия для совмещения с каждым коромыслом
, и оба конца вала заглушены для предотвращения утечки масла. Одна из опор
обычно имеет вертикальное просверленное отверстие для подачи масла от распределительного вала к полому коромыслу
.Это отверстие совпадает с соответствующим радиальным отверстием на валу. При сборке
коромысел и вала эти два отверстия должны совпадать, чтобы восстановить подачу масла на вал.
Материалом для этих трубчатых валов является углеродистая сталь, типичный состав которой включает 0,55% углерода
, 0,2% кремния, 0,65% марганца и остальное железо. После обработки вал
закален, чтобы выдерживать трение.
3.4.13.

Коромысло

Коромысло качается или колеблется вокруг своей оси (рис.3.49) и передает движение толкателя вверх и вниз на
штоку тарельчатого клапана. Следовательно, этот рычаг действует как балка-качалка.
Ось (вал или сферическая опора шарнира) смещена и расположена в толкателе
так, что при заданном подъеме выступа кулачка соответствующий срок службы клапана примерно в 1,4 раза больше. Этот
позволяет получить профиль лепестка на 40% меньше, чем это необходимо. Фактическое отношение поворота коромысла
и, следовательно, размер кулачка варьируются в определенной степени в зависимости от требований конструкции.Коромысла
могут быть изготовлены из материалов, которые могут быть отлиты, кованы или подвергнуты холодному прессованию
для придания формы. Они отливаются из ковкого чугуна с индукционной закалкой на отдельных участках.
Для ковки среднеуглеродистой стали с типичным составом 0,55% углерода, 0,2% кремния,
0,65% марганца и остальное (98,6%) железо. Его можно упрочнить закалкой
от температуры 1085 K до 1115 K, а затем отпуском при подходящей температуре от
825 K до 975 K.Для холодного прессования может использоваться низкоуглеродистая сталь состава 0,2% углерода, 0,8% марганца
, остальное (99%) железо. Коромысла, изготовленные по методу
, включают в себя контактную площадку из закаленной стали, прикрепленную к концу штока клапана.

Рис. 3.48. Коромысло-вал в сборе.

Рис. 3.49. Коромысла клапана.
A. Кованые или литые коромысла с центральным шарниром и регулировкой конца.
B. Коромысло из штампованного стального листа с центральным шарниром и регулировкой конца.
C. Коромысло из литого или прессованного листа с центральным шарниром и регулировкой.
D. Кованые или литые коромысла с концевым шарниром и регулировкой.
E. Наилучшая с геометрической точки зрения компоновка коромысла к штоку клапана.

3.4.14.

Толкатель

Толкатель представляет собой стойку, которая передает возвратно-поступательное движение кулачкового толкателя на один конец
поворотного коромысла. Оба конца стержня-толкателя составляют часть пары полусферических шарнирных соединений
, которые позволяют стержню слегка наклоняться и вращаться, когда коромысло
колеблется вокруг своих шарниров.Нижняя часть стержня имеет выпуклую форму и подходит к соответствующей выемке в толкателе
. Верх стержня расширен для поддержки седла с вогнутой выемкой, которое совпадает с регулируемым винтом толкателя
на конце коромысла. Для двигателей средней мощности толкатель
в целом сплошной (рис. 3.49B), но для больших двигателей используются полые штоки с закаленными концевыми частями
, вставленными в трубопровод (рис. 3.49C). Толкатели
обычно изготавливаются из углеродисто-марганцевой стали, популярный состав
которой равен 0.35% углерода, 0,2% кремния, 1,5% марганца и остальное (97,95%) железа. Стержень
упрочняется закалкой от температуры от 1113 до 1143 К, а затем отпуском от
823 до 933 К. Это дает твердость от 220 до 280 по числу Бринелля. В качестве альтернативы используется сталь
с более высоким содержанием углерода, подходящая для индукционной закалки.
3.4.15.

Опорный толкатель (толкатель) и подъемник

Толкатель кулачка (рис. 3.50) через свой эксцентрический выступ преобразует угловое движение распределительного вала
в возвратно-поступательное движение.Это движение прямо пропорционально величине
профиля лепестка, которая отклонена от основной окружности. Двумя распространенными формами скользящих толкателей являются
грибовидный толкатель и толкатель ведра или ствола.
В грибовидном толкателе используется цельный цилиндрический направляющий стержень относительно небольшого диаметра. Шток
имеет большую головку в форме диска или гриба, сформированную на одном конце для контакта с профилем кулачка.
Другой его конец имеет вогнутую форму с углублением для образования полушарового шарнирного соединения с нижней частью
выпуклого конца толкателя.
Толкатель ведра или ствола представляет собой полую цилиндрическую гильзу с закрытым дном. Его верхняя сторона
вогнута с углублением для размещения полусферического конца толкателя. Нижняя сторона втулки
плоская для передачи подъема профиля кулачка на толкатель. Иногда на цилиндрических стенках образуются винтовые пазы
для уменьшения веса, а также для улучшения смазки.
Толкатель грибовидного типа может включать более короткий толкатель, что улучшает жесткость
. При этом толкатель ковша обеспечивает поддержку боковой тяги.Центральная линия хода
толкателя немного смещена от средней ширины кулачка (рис. 3.50C) для распределения износа
по его нижней поверхности. Следовательно, во время работы ведомый элемент имеет тенденцию вращаться каждый раз, когда лепесток
касается его.
Чтобы иметь очень небольшую кривизну, поверхность толкателя имеет сферический радиус
около 1 м (рис. 3.50A). Чтобы соответствовать центру поверхности толкателя, которая выступает с этой кривизной примерно на 0,08
мм, кулачки шлифуют с конусом порядка 3-4 градусов
(рис.3.50B). Эта комбинация помогает снизить износ толкателей и кулачков. В двигателях с L-образной головкой зазор клапана
регулируется с помощью регулировочного винта толкателя, а в двигателях с I-образной головкой — регулировочными винтами коромысла
.

Рис. 3.50. Кулачковые толкатели (толкатель).
A. Последователь грибов. B. Привод ведра или ствола.
C. Толкатель ковша закрытого типа с винтовыми пазами. D. Роликовый толкатель.
Роликовые толкатели используются для некоторых тяжелых условий эксплуатации.Однако эти толкатели
должны быть предотвращены от вращения, для чего всегда имеется направляющий винт с прорезью (рис. 3.50D).
Двигатели последней модели имеют гидравлические толкатели (толкатели), которые работают очень тихо и не имеют зазора клапана
. Основные части гидравлических толкателей состоят из полого цилиндрического корпуса
, в котором находится плотно прилегающий полый плунжер, обратный клапан и чашка толкателя. Давление моторного масла
подается через канал двигателя к внешнему корпусу толкателя. Поднутренная часть позволяет маслу под давлением
окружать корпус толкателя.Отверстия в поднутрении позволяют маслу под давлением поступать на
в центр плунжера. Затем он стекает вниз через обратный клапан в зазор
между нижней частью плунжера и внутренней нижней частью основания корпуса толкателя и заполняет это пространство
маслом под давлением двигателя. Принцип действия гидравлического толкателя показан
на рис. 3.51.

Рис. 3.51. Гидравлическое управление толкателем (подъемником).
Толкатель входит в чашку на верхнем открытом конце плунжера толкателя.Отверстие в чашке толкателя
, конце толкателя и полой толкателе позволяет маслу перемещаться от центра поршня толкателя вверх
через толкатель к коромыслу, где оно смазывает узел коромысла. Когда кулачок
начинает прижимать толкатель к клапанному механизму, масло под плунжером толкателя сжимается
, и оно пытается вернуться в центр толкателя. Однако обратный клапан толкателя улавливает масло
под толкателем толкателя, гидравлически блокируя рабочую длину.Затем толкатель открывает клапан
как единое целое. Когда толкатель возвращается в плоскость кулачка, давление масла в двигателе
снова заменяет любое вытекшее масло.
Как и распределительный вал, толкатель изготовлен из охлажденного низколегированного чугуна
, содержащего железо, углерод, кремний, марганец и хром.
3.4.16.

Регулировка зазора толкателя для механизмов толкателя

Зазор толкателя предназначен для компенсации расширения и сжатия клапана и
его рабочего механизма.В зависимости от метода регулировки толкателя используются два основных типа коромысла
: (i) регулировка конца толкателя и (ii) регулировка центрального шарнира.

Регулировка конца толкателя.

Коромысла поворачиваются по центру на валу коромысла (рис. 3.49A и B). Рычаг имеет упрочненную лицевую прокладку
с изогнутой поверхностью на одном конце для плавного контакта с наконечником штока клапана.
В отверстии с резьбой на другом конце находится регулируемый винт толкателя с контргайкой.Наконечник этого винта
имеет закаленный сферический шарик. Этот шарик входит в соответствующую вогнутую выемку, образованную в верхней части
толкателя.
Для регулировки калибр валка нужного размера вставляется между наконечником штока клапана и подушкой коромысла
. Затем контргайка немного ослабляется и с помощью отвертки поворачивается винт
толкателя для увеличения или уменьшения зазора. Для обеспечения правильного зазора щуп
должен просто ощущаться, когда он протягивается через наконечник штока клапана.Затем затягивают контргайку и повторно проверяют
зазор. Иногда используются самостопорящиеся винты (рис. 3.49А).

Регулировка центральной оси.

Этот механизм (рис. 3.49C) включает в себя коромысло из полого ковкого чугуна или штампованной стали типа
, имеющего изогнутую контактную поверхность наконечника клапана на одном конце. На другом конце закаленная сферическая выемка
принимает толкатель с шариковым концом. Коромысло вращается на шарнирном опоре
из цементированного чугуна.Самоконтрящаяся гайка на стойке шпильки, закрепленная в головке блока цилиндров,
удерживает коромысло. Толкатели расположены и позиционируются с помощью направляющих вилок, закрепленных на головке блока цилиндров
.
Для регулировки зазора толкателя щуп вставляется между наконечником штока клапана
и поверхностью коромысла. Затем центральную самоконтрящуюся гайку поворачивают в любую сторону до тех пор, пока не будет получен правильный зазор
за счет ощущения захвата, которое наконечник штока клапана и коромысло придают щупу
.

Расположение распределительного вала для регулировки толкателя толкателя.

Перед измерением зазора толкателя необходимо повернуть распределительный вал до тех пор, пока толкатель
не окажется на основании кулачка и наиболее удален от выступа кулачка. Один из трех различных способов позиционирования распределительного вала
заключается в следующем.
Коленчатый вал вращается до полного открытия регулируемого клапана. Затем его поворачивают на
еще на один полный оборот, чтобы подвести толкатель к основанию кулачка.Распределительный вал
вращается с половинной скоростью вращения коленчатого вала. Следовательно, чтобы переместить выступ кулачка из его верхнего положения
в нижнее, то есть перемещения распределительного вала на 180 градусов, требуется соответствующее перемещение коленчатого вала
на 360 градусов.
3.4.17.

Клапан охлаждения

Необходимо охладить выпускной клапан прямо или косвенно, так как он сильно нагревается из-за
прохождения горячих выхлопных газов. Поверхность клапана и шток проводят тепло в окружающую среду, и
они относительно холоднее, чем головка клапана.Плохой клапан может вызвать перегрев клапана.
значительно сокращает срок его службы. Дополнительная циркуляция воды обычно обеспечивается около седла выпускного клапана
в головке двигателя. Клапаны с натриевым охлаждением используются в двигателях большой мощности и авиационных двигателях
. Эти клапаны имеют полую головку и шток, который частично заполнен натрием
или смесью солей. Во время работы клапана движение натрия
вверх и вниз передает тепло вблизи головной части с большей скоростью.
3.4.18.

ГРМ клапана двигателя

Во время сборки двигателя привод между коленчатым валом и распределительным валом
должен быть правильно подключен, чтобы клапаны открывались и закрывались в правильные моменты времени относительно
движения коленчатого вала и поршня. Эта операция известна как синхронизация клапанов,
, которая выполняется в три основных этапа, как показано ниже. Для двигателя с более чем одним распределительным валом
время каждого из них необходимо синхронизировать индивидуально.
(a) Установите коленчатый вал в положение, в котором один из клапанов должен открываться или закрываться. (Обычно
работает с точкой открытия впускного клапана, но можно использовать любую другую точку
.)
(b) Установите распределительный вал в положение, в котором он собирается открыть впускной клапан (или что-то еще
точка выбрана).
(c) Подсоедините привод к распределительному валу.
Подходящие части двигателя обычно имеют маркировку, помогающую синхронизировать клапаны (рис. 3.34).
ГРМ или звездочка прикреплены к коленчатому валу шпонкой и могут быть установлены только в одном положении.
Шестерня или звездочка распределительного вала аналогичным образом прикреплена к распределительному валу таким образом, что ее можно прикрепить
только в одном положении. Совместив отмеченные зубья на этих шестернях, коленчатый вал и распределительный вал
устанавливаются в правильные положения для соединения привода распределительного вала. Эти шестерни
при сборке скрыты внутри крышки привода ГРМ. Чтобы можно было проверить синхронизацию без снятия крышки
, шкив обычно маркируется в положении, соответствующем ВМТ в одном из цилиндров
.Если шкив не имеет такой маркировки, положение ВМТ можно найти любым из
из нескольких методов, пример которых приведен ниже.
На большинстве современных двигателей поршень можно нащупать, вставив шток через отверстие для свечи зажигания
. Проверните двигатель до тех пор, пока поршень не окажется примерно на 10 мм ниже своего наивысшего положения, и сделайте прорезь
на штоке точно напротив верхней части отверстия для заглушки, когда конец штока
опирается на поршень. Отметьте шкив коленчатого вала напротив подходящей фиксированной контрольной точки.Теперь поверните на
коленчатый вал двигателя, чтобы поршень прошел ВМТ и начал двигаться вниз по цилиндру.
Остановитесь, когда отметка на штоке достигнет верха отверстия для пробки, и нанесите вторую отметку на шкив
напротив фиксированной контрольной отметки. Отметьте середину расстояния между двумя отметками
на шкиве. Поршень находится в ВМТ, когда эта последняя отметка противоположна фиксированной контрольной точке.
Отметки фаз газораспределения также могут быть нанесены на маховик. Если окружность маховика
разделить на 360, получается цифра, которая представляет собой расстояние, измеренное вокруг обода маховика
, эквивалентное одному градусу.Например, если окружность маховика составляет 800
мм, а точка открытия впускного клапана составляет 9 градусов до ВМТ, измеряемое расстояние
вокруг обода маховика составляет (800 x 9/360 =) 20 мм.
Существует несколько способов определения точки открытия клапана. Прежде всего, должен быть правильный зазор клапана
, поскольку изменение зазора приводит к значительному изменению момента времени
. (Некоторые производители устанавливают зазор для фаз газораспределения, отличный от того, который используется для хода
).Если клапаны приводятся в действие толкателем и конец толкателя доступен, его можно легко вращать между пальцем и большим пальцем, когда клапан находится на своем седле, но он становится жестким, чтобы повернуть
, когда клапан находится на своем седле, и становится жестким, чтобы поворачиваться, как только клапан начинает открываться. Альтернативный метод
заключается в том, что щуп вставляется в зазор между коромыслом
(или толкателем), и шток клапана зажимается в момент, когда клапан начинает открываться. В этом случае
зазор клапана должен быть увеличен на величину, равную толщине используемого щупа.

Технологический обратный клапан Parker из нержавеющей стали 316 с седлом из фторуглеродной резины, входное / выходное отверстие с наружной резьбой 1/4 «NPT, 6000 фунтов на кв. Дюйм: Промышленные обратные клапаны: Amazon.com: Industrial & Scientific


Цена: 63 доллара.69 $ 63,69 +17,69 $ перевозки
Депозит без импортных сборов и $ 17.69 Доставка в РФ Подробности
Материал Нержавеющая сталь
Марка Паркер
Внешняя отделка Нержавеющая сталь
Размер входного соединения 0.25 дюймов
Тип входного соединения Национальная труба с конусом
Тип выходного соединения MNPT
Размер выходного соединения 0,25 дюйма
Спецификация соответствует ASTM

  • Убедитесь, что это подходит введя номер вашей модели.
  • Упругое сиденье, изготовленное по индивидуальному заказу, устойчивое к выбросам
  • Тарельчатый клапан с обратным остановом сводит к минимуму напряжение пружины
  • 100 процентов заводских испытаний на наличие трещин и повторной посадки
  • Отслеживание теплового кода
  • Колпачок из ASTM A 276, тип 316
]]>
Характеристики данного продукта
Фирменное наименование Паркер
Тип разъема Резьбовой
Внешний вид Нержавеющая сталь
Рейтинг 316
Размер входного соединения 0.25 дюймов
Тип входного соединения Национальная труба с конусом
Длина 2,18 дюйма
Нижний температурный диапазон -26 градусов_цельсия
Материал Нержавеющая сталь
Максимальное давление 6000 фунтов на квадратный дюйм
Максимальное давление пара Описание Не оценено
Измерительная система Дюйм
Номер модели 4M-C4L-1-SS
Кол-во позиций 1
Размер выходного соединения 0.25 дюймов
Тип выходного соединения MNPT
Номер детали 4M-C4L-1-SS
Размер 0,25 дюйма
Соответствие спецификации ASTM
Стиль Резьбовой
Код UNSPSC 40141600
Верхний температурный диапазон 204 градуса Цельсия
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.