Клапана двигателя что это: Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение

Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение

Клапанный механизм – это основной исполнительный компонент ГРМ (газораспределительный механизм) современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Именно этот узел отвечает за безупречно точную работу мотора и обеспечивает в процессе работы:

• своевременную подачу подготовленной топливовоздушной смеси в камеры сгорания цилиндров;
• последующий отвод выхлопных газов.

Клапаны – ключевые детали механизма, которые должны гарантировать полную герметизацию камеры сгорания при воспламенении в ней топлива. Во время работы мотора они испытывают постоянно высокую нагрузку. Вот почему к процессу их изготовления, а также особенностям конструкции, регулировкам и непосредственно самой работе клапанов ДВС предъявляются жесткие требования.

Общее устройство

Для нормальной работы двигателя в конструкции газораспределительного механизма предусмотрена установка двух типов клапанов: впускных и выпускных. Первые отвечают за пропуск в камеру сгорания топливовоздушной смеси, вторые – за отвод отработанных газов.

Клапанная группа (одновременно является оконечным элементом системы ГРМ) включает в себя основные детали:

• стальная пружина;
• устройство (механизм) для крепления возвратного механизма;
• втулка, направляющая движение;
• посадочное седло.

Эксперты MotorPage.Ru обращают внимание автовладельцев на тот факт, что именно сопряжение «седло-клапан» при работе мотора подвергается самой высокой степени воздействия экстремальных температур и разнонаправленным (вверх, вниз, в стороны) механическим нагрузкам.

Кроме того, из-за скоростной работы образуется недостаточное количество смазки. В результате – интенсивный износ и необходимость проведения ремонта двигателя, замены и установки новых деталей ГРМ с последующей регулировкой зазоров.

К каждой паре и группе клапанов предъявляются следующие требования:

• минимально возможный вес;
• антикоррозийная устойчивость;
• безупречная теплоотдача клапана;
• устойчивость к высоким температурам;
• герметичность работы при контакте с седлом;
• повышенная механическая прочность и жесткость одновременно;
• отличный показатель стойкости к механическим и ударным нагрузкам;
• максимальный уровень обтекаемости при поступлении рабочей смеси в камеру сгорания и выпуске отработанных газов.

Конструктивные особенности

Главное предназначение клапана – своевременное открывание и закрывание технологических отверстий в блоке цилиндров для выпуска отработанных газов и впуска очередной порции топливовоздушной смеси.

В процессе работы двигателя основание выпускного клапана нагревается до высоких температур. У бензиновых моторов этот параметр достигает 800 — 900°С, у дизельных силовых агрегатов – 500 — 700°С. Впускные работают при температуре порядка 300°С.

Чтобы обеспечить необходимый уровень устойчивости к таким нагрузкам, для изготовления выпускных клапанов используют специальные жаропрочные сплавы и материалы, содержащие большое количество легирующих присадок.

Конструктивно деталь состоит из двух частей:

• головка, изготавливаемая из материала, устойчивого к экстремальным нагревам;
• стержень из высококачественной легированной углеродистой стали.

Для защиты от коррозии поверхность выпускных клапанов в местах контакта с цилиндром покрывается специальным сплавом толщиной 1,5 – 2,5 мм.

К впускным клапанам требования не столь жесткие, поскольку в процессе работы двигателя они охлаждаются свежей топливовоздушной смесью. Для изготовления стержней используются низколегированные марки сплавов с повышенными параметрами прочности, а тарелки делают из жаропрочных сталей.

Требования к изготовлению пружин и втулок

Пружины. В системе ГРМ эта деталь работает в условиях экстремально высоких температурных и механических нагрузок. Задача – обеспечить плотный и надежный контакт между клапаном и седлом в момент их стыковки.

Нередко в процессе работы пружины ломаются, испытывая повышенные нагрузки, зачастую это происходит по причине вхождения ее в резонанс. Как отмечают эксперты Моторпейдж, риск подобных неисправностей гораздо ниже при использовании пружин с переменным шагом витков. Также достаточно эффективны конические или двойные (усиленные) модели.

Пружины для клапанов изготавливают из специальной легированной стальной проволоки. Ее закаляют и подвергают отпуску (технологические операции, используемые в металлургическом производстве). Защиту от коррозии обеспечивает дополнительная обработка оксидом цинка или кадмия.

Втулки. Обеспечивают отвод излишков тепловой энергии от стержня клапана, а также его перемещение в заданной (возвратно-поступательной) плоскости. Эти направляющие элементы системы постоянно омываются раскаленными парами и отработанными выхлопными газами. Функционируют также в условиях экстремальных температур.

Потому к материалу изготовления втулок тоже предъявляются высокие требования – хорошая износоустойчивость, стойкость к максимально допустимым температурам и трению. Данным запросам соответствуют некоторые виды чугуна, алюминиевая бронза, высокопрочная керамика. Именно эти материалы и используются для производства втулок.

Находим плюсы индивидуального управления клапанами — ДРАЙВ

Авторы системы говорят, что с её помощью можно модернизировать уже выпускаемые двигатели. Да, придётся изменить головку блока, но это намного проще, чем разрабатывать весь мотор полностью с нуля.

О пользе изменения фаз газораспределения ДВС на впуске и (или) выпуске мы рассказывали ещё одиннадцать лет назад. Ныне такие моторы — обычное дело. Иногда они дополняются устройством, меняющим высоту подъёма клапана. И всё же полной свободы регулирования там нет. Ведь «умные» актуаторы действуют не на сами клапаны, а сдвигают на несколько градусов распредвалы, вращение которых связано с поворотом коленчатого вала. Либо такие системы переводят работу клапана с одного кулачка на другой, с иным профилем. Избавить регулировку фаз от каких-либо ограничений позволяет другая технология: Intelligent Valve Actuation (IVA) от британской компании Camcon Auto.

Так выглядит механизм IVA для одного цилиндра. На каждый клапан (в данном примере их четыре) — свой мини-распредвал, поворачиваемый на любой желаемый угол электромотором, плюс свой механизм связи кулачок–клапан.

В таком интеллектуальном актуаторе распредвал, персональный для каждого клапана, не крутится постоянно, а поворачивается только в момент, когда клапан надо открыть или закрыть. Причём поворот идёт сначала в одну сторону, а потом в другую. Кулачок с клапаном связывает десмодромный механизм. То есть обратный ход осуществляется не за счёт пружины, а, опять же, жёстко управляется распредвалом. Клапан можно открыть намного быстрее, чем в обычном ДВС, затем оставить практически неподвижным, потом закрыть. Можно заставить его открыться дважды за один ход поршня. Или одним софтом поменять порядок зажигания в цилиндрах. Ещё можно задать персональный профиль подъёма и опускания для каждого цилиндра и в любой момент его изменить.

Система работает с моторами, чей рабочий диапазон — до 6500 об/мин. Полный подъём клапана происходит за пять миллисекунд.

Обычный ДВС с технологией IVA может по желанию программистов реализовывать какой угодно термодинамический цикл — хоть Отто, хоть Миллера/Аткинсона, хоть с воспламенением от сжатия HCCI, хоть его маздовскую версию SCCI. Такой мотор можно простой заменой программы переводить с четырёхтактного цикла на двухтактный или даже на сверхэкономичный 12-тактный. Последний представляет собой вариацию давней идеи отключения части цилиндров под малой нагрузкой. Но в обычных ДВС электроника деактивирует, например, половину цилиндров на энное продолжительное время. А в случае IVA работают все цилиндры равномерно. Но только каждый из них получает топливо и включает зажигание не раз в четыре такта, а на каждый третий свой рабочий ход (один раз за 12 тактов). Так все цилиндры остаются в нормальном рабочем температурном режиме.

В случае рядного мотора (например, переделанной в виде опыта «четвёрки» JLR Ingenium) каждый миниатюрный распредвал системы IVA ориентирован поперёк общей оси ДВС (то есть оси коленчатого вала).

Конечно, Camcon — далеко не первая фирма, задумавшаяся над системой полного и совершенно свободного контроля за фазами газораспределения. Такие проекты существовали у GM и Форда, Ricardo и Lotus Engineering. Из последних примеров нужно вспомнить систему Qamfree вовсе без единого распредвала. Ту разработку начали в Кёнигсегге, а продолжили в фирме FreeValve вместе с Коросом. В Camcon Auto, как видим, пошли противоположным путём — поставили по персональному распредвалу на каждый клапан.

Для демонстрации фактической работы IVA авторы устройства переделали мотор Ягуара и выпустили такую легковушку на дорожные тесты.

Как говорят разработчики, потенциально система IVA может сократить выбросы углекислого газа на 15–20%. На опытных образцах моторов («турбочетвёрки» 2.0) удалось продемонстрировать экономию топлива в 7,5%. В серии IVA обходилась бы дешевле, чем гибридная силовая установка, считают британцы. А расход у машин с бензиновым агрегатом был бы примерно сопоставим с дизелем.

Фирма Camcon готова поставлять производителям комплекты своих актуаторов и наборы для адаптации их к моторам либо сотрудничать с поставщиками компонентов. Британцы прогнозируют, что на серийных машинах IVA появится в течение пяти лет.

Авторская статья «Зачем обрабатывать седла клапанов?» на сайте инженерной-технологической компании Механика

Одна из самых распространенных операций в практике современной мастерской по ремонту двигателей внутреннего сгорания – восстановление седел клапанов. На первый взгляд, это сделать довольно просто, особенно в сравнении с прочими операциями по ремонту головки блока цилиндров.

На самом деле очень сложно выполнять подобную работу и постоянно выдерживать параметры, которые имеют решающее значение для надлежащего уплотнения клапана. В этой статье мы расскажем, как и для чего обрабатывать седло клапана. Мы покажем все важные особенности, чтобы вы лучше поняли, почему этот процесс часто заканчивается неудачей.

Знаете ли вы, что рабочая температура тарелки выпускного клапана в бензиновом двигателе меняется от 500 до 800°С, в зависимости от нагрузки и рабочего такта? Знаете ли вы, что примерно 75% тепла снимает с тарелки клапана именно седло, а оставшаяся четверть тепла рассеивается в окружающую отливку головки блока, направляющие втулки, клапанные пружины и т. д.? Знаете ли вы, что когда двигатель работает на 6000 об/мин, клапан открывается и закрывается 50 раз в секунду? 

Поэтому остаются ничтожные доли секунды для надежного уплотнения камеры сгорания и передачи тепла от клапана, не так ли? Если клапан не имеет возможности рассеивать это тепло через седло, то его избыток достанется другим деталям, расположенным рядом, и вызовет различные дефекты и неисправности, такие как износ направляющих втулок, поломка самого клапана и др.

Итак, биение рабочих фасок седла является основной причиной, влияющей на его износ. Несомненно, есть и другие факторы, играющие не столь важную роль. Но мы упомянем и про них.

Почему седло клапана выходит из строя?

• На первом месте – эксцентриситет седла клапана, то есть седло не сцентрировано (не концентрично) по оси отверстия в направляющей втулке клапана.

• Другая причина неисправности седла – седло не перпендикулярно оси отверстия в направляющей втулке клапана.

В обоих этих случаях повреждения седла клапана могут быть схожими.

Какие еще проблемы могут привести к утечке газов в зазор между клапаном и седлом?

• Некачественная обработка рабочей фаски седла клапана. Одной из причин может стать биение, возникающее из-за неправильной подачи или скорости резания. По этой причине резец станка начинает вибрировать, количество материала, срезаемого с поверхности седла, становится неравномерным, и фаска получается «кривой».

• Нечто подобное может произойти и при шлифовании седел, – по причине разрушения рабочей поверхности шлифовального круга или смещения круга от оси седла из-за «засаливания» круга продуктами обработки.

Какое влияние оказывает твердость материала седла?

• Седла клапанов в некоторых двигателях имеют очень высокую твердость. Подобные седла, сильно изношенные или «выбитые», требуют для восстановления большего съема материала. Для этого нужен мощный станок, специальные резцы и тщательно подобранный режим резания. Несоблюдение этих условий неизбежно приведет к биению фасок седла, поломке инструмента, а в самом тяжелом случае – к срыву обрабатываемой головки блока со станка.

Как правильно определить причину образования биения седла после обработки?

• Если станок работает нормально, то биение седла, скорее всего, вызвано неправильно подобранным режимом резания.

• Если при измерении биения седла максимальное и минимальное отклонения всегда находятся в одном и том же месте, проблема, скорее всего, связана со станком.

• Если биение седла является случайным, проблема может заключаться в неправильной заточке инструмента, ошибках рабочего – при центрировании инструмента, подходе при резке или оценке материала седла.

Как мы говорили ранее, существуют и другие факторы, которые влияют на нормальную посадку клапана в седло. В частности, это усилие клапанной пружины и зазор между стержнем клапана и направляющей втулкой.

• Усилие пружины: если пружина слишком слабая, клапан при соприкосновении с седлом отскакивает. При этом уменьшается теплопередача от клапана к седлу. По мере увеличения оборотов двигателя возможность «отскока» увеличивается.

Имейте в виду, что не только пружина «управляет» инерцией клапана. В зависимости от конструкции конкретного двигателя инерция клапана сильно зависит от перемещения рокеров, работы систем регулировки фаз, массы толкающих штанг и прочих деталей привода клапанов.

• Зазор между стержнем и направляющей: если зазор слишком велик, то клапан будет разбивать седло, так как угол, при котором клапан садится на место, сильно меняется – в зависимости от режима работы двигателя. Чем больше зазор, тем больше биение седла.

Итак, каков оптимальный способ механической обработки седла клапана?

Сейчас существует много вариантов: от притирки и шлифования до точной обработки профиля седла на станке с ЧПУ, с использованием «многоугольных» фрез или однорезцовых. Есть превосходные полуавтоматические станки, чрезвычайно эффективные при обработке седел, делающие все операции намного проще.

Если вы владелец мастерской, то вы должны рассмотреть все варианты и определить, что лучше всего соответствует вашим потребностям. Режущий инструмент (фрезы или резцы) обеспечивают постоянную ширину седел, но они могут быть дороже, чем шлифовальные круги, и когда понадобится обработать седло с новым профилем, вам придется заказывать дополнительные резцы.

То же самое можно сказать и про использование станка с горизонтальным или вертикальным шпинделем. Поэтому все эти вопросы надо рассмотреть для себя сразу. В противном случае вам потребуется множество разнообразного и специального инструмента, а также различные навыки при обработке. В итоге всё это приведет к удорожанию ремонта двигателя.

Обработка седла клапана одним резцом является альтернативой обработке многолезвийной фрезой, поскольку вы можете создавать разные профили седла, различной ширины и под разными углами единственной резец-головкой. Причем она проще в настройке и работе. Как правило, чем более совершенным является оборудование, тем лучше должна быть квалификация рабочего, тем выше стоимость самого станка и инструмента. Но и производительность в этом случае становится выше.

Так или иначе, ваш выбор должно предопределить то, что конкретно требуется вашим клиентам. Главное, что надо обеспечить – качество, умеренную цену и сроки выполнения работ. Это именно то, от чего надо отталкиваться. Посмотрите «живое» оборудование, походите по магазинам или отраслевым выставкам. Это поможет вам составить список необходимого именно вам оборудования.

Но основой всему должен стать мерительный инструмент. Ведь только точное измерение биения фасок седла покажет, насколько эффективно соблюдается технология и используется оборудование. Допуски на биение седла клапана зависят от диаметров стержня и тарелки клапана, углов фасок седла и т.д. Обычно подобные допуски указаны в спецификации на двигатель, но отклонение более 0,05 мм является уже неприемлемым. А для большей части современных моторов и этого очень много.

Независимо от того, как обработаны седла, вы выбираете нужный инструмент и технологические операции для достижения желаемой цели – минимального биения.  

Здесь мы приводим короткий список причин, которые могут вызвать проблемы с биением:

• Изношенный режущий или шлифовальный инструмент.

• Заточка, которая на самом деле отнюдь не улучшает режущий инструмент.

• Станок ненадежно выставлен на своем фундаменте. Этот момент обычно не воспринимается всерьез как причина проблем с биением, но вибрация станка во время работы не позволит получить хорошего качества обработки.

• Резец-головка должна быть закреплена так, чтобы она не могла смещаться или вибрировать при обработке седла.

• Если станок подключен к пневмосистеме, то стоит обратить внимание на качество, объем и давление поступающего воздуха.

В заключение хотелось бы напомнить, что нужно проводить регулярные обслуживание и ремонт своего оборудования – это залог успеха вашего бизнеса: ведь исправное оборудование многое говорит о вас как о бизнесмене.

ХОТИТЕ СТАТЬ АВТОРОМ?

Пришлите свою статью

Справочная и техническая информация о деталях двигателей

Мощность двигателя, при прочих равных условиях, прямо пропорциональна количеству горючей смеси или воздуха и топлива, поступающего в его цилиндры через впускные клапаны и качества очищения цилиндра от отработанных газов через выпускные клапаны.
Для улучшения наполнения двигателя диаметр впускного клапана выполняется обычно большим, чем выпускного. Так как при выпуске скорость потока отработанной смеси выше, чем свежей впускной, за счет выталкивания отработанных газов поршнем на такте выпуска. При много клапанной системе, например у двигателя AUDI ADR, диаметр выпускной тарелки клапана больше чем у впускных, но устанавливается 3 впускных клапана и 2 выпускных, таким образом, общая площадь впускных клапанов все равно больше. Уменьшение диаметра выпускных клапанов позволяет снизить их температуру и уменьшить величину движущихся масс, приходящихся на один клапан.
Таким образом, величина впускного отверстия определяется диаметром впускного клапана. Диаметр впускного клапана ограничивается возможностями размещения его в головке блока, а высота подъема клапана – силами инерции клапанного механизма, которые не должны быть излишне большими во избежание установки слишком сильных клапанных пружин и вызванного этим слишком большого износа кулачков.

Основными элементами клапана являются головка (тарелка) и стержень (шток). С целью уменьшения гидравлических потерь на впуске и выпуске переход от головки клапана к стержню делается, возможно, более плавным.
Клапаны, особенно выпускные, работают высокой тепловой напряженности, температура тарелки впускного клапана достигает при полной нагрузке двигателя 350-500ºС, а выпускного 700-900ºС. Столь высокая тепловая напряженность выпускных клапанов обусловливается главным образом их очень сильным нагревом во время процесса выпуска. Клапаны подвергаются так же коррозирующему действию газов. Материал клапанов вследствие этого должен обладать стойкостью против коррозии и хорошо сопротивляться износу, поскольку условия смазки клапана не удовлетворительны.
Для повышения износостойкости и продления срока службы клапаны проходят дополнительную обработку, путем наваривания специального сплава (стеллита) на рабочую фаску клапана.
Для улучшения антифрикционных свойств и повышения износостойкости стержня клапана его часто азотируют или хромируют.
Выпускные клапаны форсированных двигателей иногда выполняют полыми. Заполняющее на 50-60% полость клапана легкоплавкое вещество (натрий или специальные соли) во время работы двигателя плавится и энергично взбалтывается, что обеспечивает лучший отвод тепла от головки к стержню клапана и тем самым устраняет его перегрев. Таким образом можно понизить температуру тарелки клапана на 80 –150 °C. Для уменьшения массы, в современном моторостроении находят применение полые, незаполненные впускные клапаны. Полые выпускные клапаны применяются преимущественно с целью понижения температуры в особо опасной области галтели (закруглённого перехода).

Впускные и выпускные клапаны разделяются на :

• Цельнометаллический (монометаллический) клапан. Эти клапаны производятся только из одного материала. При этом выбирается такой материал, который подходит к предъявляемым требованиям, это высокая теплостойкость и антифрикционные свойства.
• Биметаллический клапан. Биметаллические клапаны это соединение двух металлов: материала тарелки клапана с высокой теплостойкостью и материала штока клапана, который закалён со стороны конца стержня клапана, и при этом обладающего высокими антифрикционными свойствами для скольжения внутри направляющей втулки клапана. Соединение этих двух материалов выполняется при помощи сварки трением.

Клапан с наполнителем	Биметаллический клапан

Седло клапана

Седла клапанов отвечают за три основных функции: обеспечивают герметичность в закрытом положении, обеспечение оптимального воздушного потока, когда клапан открывается, и для передачи тепла от клапана к головке, когда клапан закрыт. Седла клапанов должны быть достаточно твердыми, чтобы выполнять основные функции достаточно длительный период, достаточно мягкими, чтобы предотвратить повреждение клапана, и иметь достаточную теплопроводность для отвода тепла от клапана.
Расположение и высота седла клапанов в головке блока цилиндров является определяющим фактором для достижения правильной согласованной работы всех цилиндров.

Давайте разберемся на бумаге в чем минусы разной высоты посадки клапанов в их седлах. Допустим вы считаете, что степень сжатия вашего двигателя составляет 11.25:1, но на самом деле из-за разности посадки клапанов изменился объем камеры сгорания и теперь степень сжатия может быть в пределах от 11.15:1-11.37:1. На практики такая разность в камере сгорания плохо сказывается на производительности двигателя, разное наполнение горючей смесью, сильно проточенные в результате ремонта седла просаживают клапан очень глубоко и это приводит к ухудшению продувки. Если седла уже на раз протачивались и клапан глубоко располагается относительно камеры сгорания, об этом я немного писал в предыдущей статье Дефектовка клапанов, лучше заменить седло, но есть вариант переточить его под больший диаметр клапана, это позволит вернуть исходное положение, но соответственно появляется необходимость в подходящем клапане. Тут уже можно использовать специальные тюнинг клапаны, в продаже можно найти высоко производительные и имеющие специальные напыления, о таких клапанах я напишу в следящей статье. Обдумывая замену седла можно присмотреться к разным материалам, в зависимости от ваших целей. Седла изготавливаются из бериллия, меди, чугуна, стеллита, хрома, сплавов никеля, кобальта, и порошковый металл.

Как извлечь седло клапана

Много разговоров в сети как это делать и способов не меньше. Приведу пример как быстро и качественно, без повреждения головки вынуть седло клапана и для этого понадобится старый клапан и сварочный аппарат.

Глядя на картинку все становится понятным.

Берем старый клапан и протачиваем его тарелку до внутреннего диаметра седла, вставляем его в направляющую и утапливаем почти до самого края седла, не доходя примерно 2-3 мм. Заклеиваем каналы охлаждения с боков головки если таковые имеются, устанавливаем головку горизонтально камерами сгорания вверх и наливаем холодную воду в рубашку охлаждения. Это следует сделать обязательно потому что мы будем пользоваться сваркой и это неизбежно будет нагревать камеру сгорания что может привести к ее деформации. Прихватываем в нескольких местах вставленный клапан. Нет необходимости капитально сваривать детали, это только увеличит вероятность деформации и потом сложнее будет отделить наш проточенный клапан, который пригодится для следующего седла. И так клапан приварен и остается только выбить его молотком с обратной стороны после того как все остынет, кто боится слова «молоток», могут плавно выпрессовать нехитрыми приспособлениями. Если седла изготовлены из сплава, например бериллий-медь, то сварка становится мало вероятна. В таком случае чтобы не утруждаться вытачиванием седла на станке, что не всегда доступно, можно нарезать резьбу на седле большим метчиком и также нарезать резьбу на подходящей толстостенной трубе заблаговременно приварив к ней клапан в районе резьбы и таким же образом выбить. 

Установка седла клапана

Натяг седел клапанов. Для установки в алюминиевые головки блока цилиндров, натяг (разница в диаметрах) должен быть в следующем диапазоне:

Чугунные/порошковые 0.08-0.12 мм

Бериллий медь 0.10-0.11 мм

Установка седла намного проще чем его демонтаж, изготавливается подходящая оправка по диаметру седла, направляющей для центровки, послужит так же старый клапан, головка блока предварительно очищается и нагревается до 80-90 градусов, в несколько движений молотком быстро запрессовывается седло.

Разберемся какие седла с какими клапанами используются и для чего это нужно.

 Бериллий-медь, рекомендуется к использованию с титановыми клапанами. Этот сплав седла около 98% меди обеспечивает достойный уровень теплообмена, обладает высоким сопротивлением усталости и износу при высоких температурах. Бериллий медь обеспечивает лучшую тепло передачу, чем, скажем, бронзы или железа. Недавно был разработан медно-никелевый сплав, возможно даже лучше, чем бериллий-медь. Это было сделано во многом из-за токсичности бериллия во время его обработки.
Титановые клапаны, хотя и легче по весу, но имеют тенденцию к сильному нагреванию, поэтому возникает необходимость в седле способного быстро отводить тепло.
Твердые сплавы как стеллит, хром подходят для большинства случаев, но это не лучший вариант для высоко форсированного мотора. Хоть эти сплавы как- то и адаптируются производителями по теплопроводности всё же возникает сложность в их обработке.

 

Выпускной клапан

Выпускной клапан — элемент газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания. Обеспечивает выпуск отработавших газов из камеры сгорания.

Камера сгорания должна быть герметичной в момент, когда в ней вспыхивает топливо. После того как энергия вспышки израсходована, из камеры необходимо удалить отработавшие газы, заполнить ее воздухом и бензином, и подготовить к новой вспышке. Для удаления выхлопных газов в головке блока цилиндров установлены тарельчатые клапана, обеспечивающие надежную герметизацию камеры сгорания в момент, когда они закрыты. 

Конструкция выпускного клапана

Выпускные клапаны расположены в головке блока цилиндров. Впуск топливо-воздушной смеси в цилиндр происходит при условии разрежения в камере сгорания, а выпуск – в условиях повышеного давления. Это значит, что после сгорания газы стремятся просочиться наружу, и для их выпуска достаточно открыть клапан. Поэтому, кстати, выпускные клапана всегда меньше, чем впускные — всасывающая сила разрежения уступает силе давления, выталкивающей газы наружу.

Клапанный механизм требует точной регулировки. Если клапан закрывается слишком рано, недогоревшие газы очень быстро сожгут его

Для надежной герметизации камеры сгорания во всех современных двигателях используются тарельчатые клапаны. Преимуществ у такой конструкции несколько. Клапан, состоящий из тарелки, и стержня, прост и надежен, как гвоздь. Переход от фаски к стержню выполнен плавно, что придает клапану необходимую прочность. Кроме того, коническая форма перехода способствует уменьшению сопротивления газов и улучшению герметизации.

Принцип работы выпускного клапана

Выпускной клапан открывается от усилия кулачка распределительного вала. Возвратно-поступательные движения шток клапан совершает во втулке, запрессованной в головку блока цилиндров.

В головке же находится и седло клапана. По сути, это углубление, чья форма соответствует форме верхней части тарелки. Седло и тарелка с высокой точностью притираются друг к другу. Это исключает прорыв газов из камеры сгорания в момент, когда клапана закрыты.

При появлении первой трещины на тарелке процесс разрушения приобретает характер цепной реакции. Чем больше трещина, тем больше перегрев от прорывающихся наружу струй несгоревшего топлива

Верхняя часть стержня выпускного клапана имеет выточку. В нее устанавливаются «сухари» –  разрезанное на две половины коническое кольцо. С их помощью тарелка пружины держится на клапане. Пружина создает усилие, необходимое для возврата клапана в закрытое положение.

Отдельные автомобильные двигатели имеют специальный механизм для принудительного проворачивания клапана. Таким образом обеспечивается равномерный износ детали.

Выпуск отработанных газов происходит в тот момент, когда поршень цилиндра движется от нижней мертвой точки к верхней. Выпускной клапан ДВС работает в  условиях повышенной нагрузки. Нагрев головки клапана во время работы двигателя может достигать 800 градусов.

Характерные поломки выпускных клапанов 

Агрессивные отработанные газы вызывают коррозию выпускных клапанов. Продукты неполного сгорания топлива приводят к прогоранию. 

После определенного периода работы тарелка выпускного клапана и седло в головке блока покрываются нагаром.

Высокая температура накаляет нагар. Происходит выжигание опорной поверхности выпускного клапана. Это влечет за собой потерю герметичности. Появляются нарушения в работе двигателя: падает мощность, затрудняется запуск двигателя. В образовавшиеся щели устремляется под давлением струя горячих неотработанных газов. Это еще сильнее нагревает головку клапана. Как результат – деформация головки и разрушение клапана. При разрушении клапана работа цилиндра фактически прекращается.

Способы защиты от перегрева

Чтобы противостоять эрозии от перегрева выпускные клапаны изготавливаются из жаростойкой стали (хромникельвольфраммолибденовая сталь).

При замене разрушенного клапана притирка к седлу — абсолютно обязательна. Если клапан не притереть, его придется менять снова, и очень скоро

Основа сплава, из которого производятся выпускные клапана — никель. Этот металл повышает сопротивляемость клапана к механическому износу. Поскольку выпускной клапан подвергается большей термической нагрузке, чем впускной, он имеет другую структуру. Стержень выпускного клапана делается полым. Внутренняя полость заполняется металлическим натрием. Это необходимо для улучшения теплообмена.

Современные технологии дают возможность дополнительно защитить выпускные клапаны от агрессивного воздействия.

Самый универсальный способ — плазменно-порошковая наплавка. Кроме этого, существуют методы лазерного легирования и наплавки токами высокой частоты. Эти методы защиты увеличивают стоимость детали, но существенно продлевают срок ее службы.

Дефектовка клапанов

Исправные клапаны должны быстро и надёжно уплотнять камеру сгорания, выдерживать большие перепады температур и иметь хорошую износостойкость для обеспечения долговечности двигателя. Выход клапанов (или даже одного клапана) из строя приводит к нарушению работы двигателя. А в самом тяжёлом случае — к разрушению поршня, цилиндра или головки блока. Поэтому тщательная дефектовка клапанов очень важна при ремонте мотора.

Дефект 1. Сильный износ, задиры и царапины на стержне клапана.

Причины:

• Работа двигателя с недостаточным уровнем масла в картере.
• Работа двигателя на некачественном или грязном масле.
• Сильный перегрев, приводящий к разжижению масла.
• Попадание в масло топлива (бензина или дизтоплива) и, как следствие, разжижение масла.

Действия:

• Ремонт головки блока: замена направляющих втулок и клапанов, правка седёл клапанов. Проверка системы смазки, масляного насоса и при необходимости ремонт или замена масляного насоса. Чистка, промывка и продувка масляных каналов блока цилиндров и головки блока. Применение моторного масла надлежащего качества и регулярная, в предписанные производителем сроки, замена моторного масла и фильтра. Проверка системы охлаждения и при необходимости её ремонт. Проверка и при необходимости ремонт системы питания.

Дефект 2. Износ (выработка и раковины) на рабочей фаске тарелки клапана. Трещины и прогары тарелки клапана.

Причины:

• Перегрев двигателя.
• Неверно установленное опережение зажигания.
• Неотрегулированный зазор в клапанном механизме.
• Дефекты гидрокомпенсаторов.
• Дефекты и повреждения деталей газораспределительного механизма (толкателей, штанг, коромысел, распредвала, приводных шестерён).
• Неверно установленные фазы газораспределения.

Действия:

• Если выработка фаски клапана невелика — возможна шлифовка фаски. При прогарах или сильном износе — замена повреждённого клапана. Правка седла клапана обязательна в любом случае. Проверка, регулировка и при необходимости ремонт или замена деталей газораспределительного механизма. Замена гидрокомпенсаторов. Проверка системы охлаждения и при необходимости её ремонт. Проверка и при необходимости ремонт системы питания. Проверка и при необходимости ремонт системы зажигания.

Дефект 3. Изгиб стержня клапана. Повреждения (трещины и забоины) канавок под сухари.

Причины:

• Попадание в цилиндр посторонних предметов.
• Разрушение ремня или цепи привода газораспределительного механизма.
• Неверно установленные фазы газораспределения.

Действия:

• Замена повреждённого клапана, замена повреждённой направляющей втулки, правка седла клапана. Проверка, регулировка и при необходимости замена или ремонт других деталей клапанного механизма.

Примечание: Как правило, в результате описанных причин происходит соударение поршней и клапанов, что приводит к повреждению направляющих втулок, а также поршней, гильз цилиндров и головки блока цилиндров. В большинстве случаев необходима дефектовка указанных деталей и узлов.

Дефект 4. Повреждения (износ и деформация) торца стержня клапана.

Причины:

• Неотрегулированный зазор в клапанном механизме.
• Дефекты гидрокомпенсаторов.
• Дефекты и повреждения деталей привода клапанов (толкателей, штанг, коромысел).
• Неверно установленные фазы газораспределения.

Действия:

• При незначительных повреждениях возможна шлифовка торца клапана. В противном случае — замена клапана. Проверка, регулировка и при необходимости замена или ремонт других деталей газораспределительного механизма.

Двигатель — как открываются и закрываются клапаны

клапан что позволяет смешивать цилиндр впускной клапан; тот, через который выходят отработавшие газы, является выпускным клапаном. Они предназначены для открывания и закрывания в определенные моменты, чтобы позволить двигатель эффективно бежать на всех скоростях.

Работа управляется грушевидными кулачками, называемыми кулачками, на вращающемся валу, распредвал с приводом от цепи, ремня или набора шестерни от коленчатый вал .

Где распредвал установлен в блокировка двигателя , маленькие металлические баллоны толкатели сидят в каналах над каждым кулачком, а от толкателей металлический толкатель выходит в крышка цилиндра .Вершина каждого толкателя встречает коромысло который упирается в шток клапана, который удерживается в поднятом (закрытом) положении сильной спиральной пружиной, пружина клапана .

По мере того, как толкатель поднимается на кулачок, он поворачивает коромысло, которое толкает клапан вниз (открывает) против давление своей весны. Как кулачок вращается дальше, пружина клапана закрывает клапан. Это называется системой верхнего клапана (OHV).

Некоторые двигатели не иметь толкателей; Клапаны управляются более напрямую от одинарных или двойных распредвалов в самой головке блока цилиндров и в системе верхнего распредвала.

Поскольку между распределительным валом и клапаном меньше движущихся частей, метод верхнего кулачка (OHC) более эффективен и обеспечивает большую мощность при заданном объеме двигателя, чем двигатель с толкателями, поскольку он может работать на более высоких скоростях. В любой системе должен быть некоторый свободный ход в приводном механизме, чтобы клапан мог полностью закрываться, когда детали расширяются из-за нагрева.

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

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

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

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

Система верхних клапанов (OHV), управляемая толкателями, имеет коленчатый вал рядом и параллельно коленчатому валу в блоке цилиндров.

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

Цепь приводная распределительного вала звездочка имеет в два раза больше зубцов, чем звездочка коленчатого вала, поэтому распределительный вал вращается с половинной скоростью вращения двигателя.

Двигатель с верхним распредвалом (OHC) требует меньшего количества деталей для управления клапанами. Кулачки действуют непосредственно на толкатели ковша или на короткие рычаги — известные как пальцы — которые, в свою очередь, действуют непосредственно на штоки клапана.

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

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

Клапаны автомобильных двигателей — Принцип работы — как они могут выйти из строя

Клапаны автомобильных двигателей — Принцип работы — Как они могут выйти из строя — Тестирование

Итак, основная функция клапанов автомобильных двигателей — впускать и выпускать воздух из цилиндров.

В результате клапаны в головке блока цилиндров являются жизненно важными компонентами двигателя и подвергаются огромным нагрузкам.

Итак, клапаны автомобильных двигателей предназначены для открывания и закрывания в определенные моменты.

Клапанами автомобильного двигателя, которые пропускают воздух в цилиндр, является впускной клапан.

Клапаны автомобильного двигателя, которые позволяют выходить газам, — это выпускные клапаны.

Верхний клапан (OHV) — Верхний распределительный вал (OHC)

Двигатель с верхним расположением клапанов (OHV) работает с помощью толкателей.

(OHV) Клапаны двигателя приводятся в действие толкателями

Двигатель с верхним распределительным валом (OHC) требует меньшего количества деталей для управления клапанами. Распределительный вал воздействует непосредственно на толкатели ковша.

(OHC) Клапаны двигателя работают на ковшах

Вот почему клапаны автомобильного двигателя играют очень важную роль в работе двигателя. Таким образом, чем больше воздуха вы можете входить и выходить из двигателя, тем эффективнее он будет.

Впускные клапаны предназначены для работы с холодными газами низкого давления и низкой плотности.

Выпускные клапаны предназначены для работы с горячими газами высокого давления и высокой плотности.

Клапаны автомобильного двигателя

Поврежденные клапаны автомобильного двигателя могут привести к:

• Пониженная мощность
• Плохой расход топлива
• Полный отказ двигателя

Клапаны автомобильных двигателей — как они могут выйти из строя

Любой клапан со временем изнашивается, если проехать достаточно миль. Но многие клапаны называют это закрытием задолго до того, как должны.Обычно из-за горения или сгибания:

Сгоревшие клапаны

Выхлопные клапаны наиболее подвержены возгоранию. Потому что они горячее, чем воздухозаборники. Следовательно, газы сгорания выходят между клапаном и его седлом. В результате горячие газы сгорания проходят через клапан; который начинает прожигать край клапана.

Сгоревший выпускной клапан

Итак, сгоревший клапан вызовет проблемы с производительностью вашего автомобиля и расходом топлива.Следовательно, грубый холостой ход, пониженная мощность, обратное зажигание и пропуски зажигания — все это симптомы сгоревших клапанов. Поступая воздух и топливо, охладите впускные клапаны. В результате они работают при гораздо более низкой температуре.

Коленчатые клапаны

Самая частая неисправность клапанов — изгиб или поломка. В результате контакта с поршнями. Клапаны контактируют с верхней частью поршня из-за неправильной синхронизации двигателя; вызвано обрывом цепи / ремня ГРМ. Наконец, если вы подозреваете, что у вашего двигателя погнутые клапаны, крайне важно не пытаться запустить двигатель.

Изогнутые клапаны

Изогнутые клапаны выше являются результатом износа ремня ГРМ, который оборвался. Ваш ремень ГРМ не работает вечно, и его необходимо заменить; в соответствии с инструкциями производителя по обслуживанию. Замена ремня ГРМ — дешевая страховка от дорогостоящего повреждения двигателя.

Как охлаждаются клапаны автомобильного двигателя

Итак, впускной и выпускной клапаны полагаются на физический контакт с седлом клапана и направляющей для охлаждения. Тепло сгорания отводится через седло клапана и направляющие.

Обработка седел клапана для обеспечения надлежащего контакта

Итак, хороший контакт седла клапана необходим для предотвращения возгорания. Если клапан не получает должного охлаждения, он может перегреться и выйти из строя.

Испытание клапана

Негерметичные клапаны автомобильного двигателя Проверка герметичности клапанов

Проверка герметичности цилиндра — отличный способ точно определить, где возникают проблемы, до того, как двигатель будет разобран. Прислушиваясь к тому, куда выходит воздух, можно на слух выявить проблему.

Впускной клапан : Свистящий воздух из впускного отверстия, карбюратора или корпуса дроссельной заслонки указывает на утечку во впускном клапане.
Выпускной клапан : слышно шипение воздуха из выпускной трубы, турбокомпрессора или выпускного коллектора, это означает, что выпускной клапан протекает.

Сколько клапанов у вас может быть

Конструкция многоклапанного двигателя обычно имеет три, четыре или пять клапанов на цилиндр для достижения улучшенных характеристик. Многоклапанный

Трехклапанный ГБЦ

Итак, это один большой выпускной клапан и два впускных клапана меньшего размера.Трехклапанная компоновка позволяет лучше дышать, чем двухклапанная. Следовательно, большой выпускной клапан приводит к ограничению (RPM), не выше, чем головка с двумя клапанами.

Головка блока цилиндров четырехклапанная

Это наиболее распространенный тип многоклапанных головок; с двумя выпускными клапанами и двумя аналогичными (или немного большего размера) впускными клапанами. Эта конструкция обеспечивает такое же дыхание по сравнению с трехклапанной головкой. Небольшие выпускные клапаны допускают высокие обороты. В результате эта конструкция очень подходит для высоких выходных мощностей.

Пятиклапанная ГБЦ

Наконец, менее распространенной является пятиклапанная головка с двумя выпускными клапанами и тремя впускными клапанами. Все пять клапанов похожи по размеру. Такая конструкция обеспечивает отличное дыхание. И, поскольку каждый клапан маленький, теоретически доступны высокие (об / мин) и очень большие выходы мощности. Хотя, по сравнению с четырехклапанным двигателем, пятиклапанная конструкция должна иметь более высокий максимум (об / мин).

Заключение

У вас может быть хорошая машина, в которой еще осталось немного жизни, но вы также можете отрицать ее состояние.Возможно, пришло время помахать им на прощание и купить новую. Конечно, для вас есть варианты, например, такие компании, как 954 JunkCar, с радостью выкупят ваш автомобиль и попытаются восстановить. Однако обновление всегда полезно, особенно для автомобиля, поскольку оно может эффективно спасти вашу жизнь. Безопасность всегда превыше всего! С другой стороны, если ваш автомобиль поддается ремонту, то проблемы с клапанами — это одна вещь, которую вы не должны игнорировать. Потому что в будущем они могут обернуться еще более серьезными и дорогостоящими проблемами.Однако их легко предотвратить или, по крайней мере, отсрочить при надлежащем обслуживании двигателя. Наконец, регулярно меняйте масло. И оперативно устраняйте любые другие проблемы с двигателем.

Поделитесь новостями Danny’s Engineportal.com

Valve Functions

by Kwik-Way Products Inc.

За последние три или четыре десятилетия в автомобильной промышленности наблюдалось значительное сокращение количества выполняемых операций по обслуживанию клапанов.Причиной было сжигание этилированного высокооктанового топлива в двигателях с высокой степенью сжатия, развивающих большую мощность.

Даже когда эти двигатели нуждались в обслуживании клапанов, владелец автомобиля мог не знать об этом, потому что двигатель его машины имел большой избыток мощности, который он почти никогда не использовал.

Сегодня картина меняется. Более низкая степень сжатия и неэтилированное топливо — в порядке вещей. Они являются результатом необходимости уменьшить загрязнение воздуха. И с этими новыми условиями возникает необходимость в поддержании высокого КПД двигателя, если необходимо поддерживать стандарты производительности и контроля выбросов

Несоосность клапана может возникнуть в сравнительно новом двигателе любой марки.Сколько операторов автомобилей знают или понимают это? Оператор сервисной мастерской должен начать разрабатывать новые средства и методы продажи услуг, особенно для владельцев автомобилей, о важности обслуживания клапанов и седел клапанов. Он может легко сделать это, объяснив преимущества, которые дает операция перенастройки клапана.

Выше показан новый клапан, точный и точный с механической точки зрения во всех своих пропорциях — в том состоянии, в котором он установлен в двигателе.Поверхность клапана и шток клапана концентричны с одной и той же центральной линией — центральной линией самого штока клапана.	Сверху показан перекос клапана. Деформация происходит только в той части, которая подвергается сильному нагреву — части над направляющей — и в головке клапана. Поверхность клапана должна быть восстановлена ​​до соосности с той частью штока, которая работает в направляющей.

БЛОКИ ДВИГАТЕЛЯ МЕНЯЮТ ФОРМУ ВО ВРЕМЯ СЕЗОНА — ОБЫЧНО В ТЕЧЕНИЕ ПЕРВЫХ ПЯТИ ТЫСЯЧ МИЛЬ

Много лет назад у производителей двигателей было принято складывать блоки двигателей друг на друга в непогоду, чтобы они стали выдержанными.Они были соединены шнурами, как дерево. Между сваями были проложены рельсы, и рабочие постоянно были заняты внесением блоков и обращением сначала вверх, а затем вниз; затем снова выставить их на погоду на другой период приправы между операциями машины. Все это было сделано для устранения деформации отливки. Эта операция по приправке, как правило, длилась от шести месяцев до года после отливки.

Сравните это с нашим современным методом заливки железной руды в электрическую печь и вывода ее из завода через 48–60 часов — полностью работающий двигатель.Эти блоки подвергаются нормализации или термообработке для устранения деформаций литья. Но помните! Когда эти блоки нагреваются и охлаждение в течение определенного периода времени при работе двигателя, или когда гайки или болты головки не затягиваются равномерно с помощью динамометрического ключа, различные формы и радиусы коллектора рядом с направляющей клапана вызовут смещение направляющей относительно направляющей. сиденье, и его необходимо откорректировать, чтобы добиться максимальной производительности двигателя.

ЗАКРЕПЛЕННЫЕ СЕДЛА КЛАПАНОВ ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ КЛАПАНОВ ОТ УДАРА В С момента введения затвердевших седел клапанов, клапан не может забиваться, как раньше.Следовательно, смещение, вызванное деформацией или изменением формы металла в блоке, приведет к трению между штоком клапана и направляющей клапана. Это скоро приведет к износу направляющей клапана, а также штока клапана до такой степени, что частично снизится эффективность клапанов. На рисунке выше изображена нормально изношенная направляющая клапана. Его носят в точках A-B вверху слева и внизу справа по той причине, что седло клапана находится выше с правой стороны. Клапан сначала ударяется о верхнюю часть седла, а затем отскакивает влево.Когда пружина клапана тянет клапан вниз, трение штока клапана вызывает износ, как показано на рисунке.

БЛОК ИСКУССТВОВАН, ЕСЛИ ГОЛОВНЫЕ ГАЙКИ ЗАТЯГИВАЮТСЯ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО КЛЮЧА

Еще одним фактором, влияющим на смещение клапана, является деформация деформации, возникающая в блоке или головке из-за неравномерности затяжки, которая возникает, когда динамометрический ключ не используется. Из-за различий в позе оператора и других человеческих факторов некоторые гайки или болты головки блока цилиндров затягиваются чрезмерно, если крутящий момент не измеряется.Это всегда происходит, когда динамометрический ключ не используется. При затяжке гаек или болтов головки соблюдайте заводские рекомендации по крутящему моменту.

Если вы проверите седло клапана, ближайшее к болтам, которые сильно затянуты, вы обнаружите, что часть седла, ближайшая к болту, будет изношена до блеска; в то время как сторона сиденья, противоположная или удаленная от болта, будет изъедена или сожжена. Отсюда следует, что правильно выровненная работа клапана может быть легко испорчена неправильной затяжкой гаек или болтов головки блока цилиндров.

Правильно выровненная работа клапана может быть легко испорчена неправильной затяжкой гаек или болтов головки блока цилиндров. Лекарство простое. Динамометрическим ключом пользоваться так же легко, как и любой головной рукояткой.

УСТАНОВКА ДЛЯ ПЕРЕУСТАНОВКИ СЕДЛА КЛАПАНОВ В настоящее время используются несколько периодов времени для определения местоположения шлифовального станка для выравнивания и восстановления поверхности седел клапанов. Однако есть один общепринятый метод, который никогда не улучшался в инженерной практике. Например, в механических цехах в течение последних тридцати или сорока лет было обычной практикой использовать так называемые «машинные оправки».«Это кусок закаленной и отшлифованной стали с микроскопическим конусом от конца до конца. Каждый раз, когда прецизионная деталь с отверстием в центре возвращалась на токарный станок для обработки, такая оправка использовалась для сохранения концентричности работы станка с отверстие в центре детали. Компания Kwik-Way Manufacturing Company признала безупречную точность этой процедуры и разработала коническую оправку, которая будет использоваться для центрирования операции выравнивания седла клапана.Применение этой оправки для обслуживания седел клапанов защищено патентами, принадлежащими Kwik-Way Manufacturing Company, и, хотя она широко имитируется, она не доступна или не должна предоставляться для этого использования другими производителями.

НЕТ, НО КОНУСНАЯ ОПОРА ПРАВИЛЬНО ВЫРАВНИВАЕТ РАБОТУ РЕКОНДИЦИОНИРОВАНИЯ СЕДЛА КЛАПАНА Коническая оправка Kwik-Way, широко известная как Pilot, имеет микроскопическую конусность по всей штанге (той части, которая входит в направляющую).Когда он вставлен в направляющую, он выравнивается от наименее изнашиваемой части направляющей, которая направлена ​​к центру, а не от частей раструба на обоих концах. Обратите внимание (рисунок справа), что оправка не соприкасается с изношенными частями A-B в верхней и нижней части направляющей и не смещается из-за этих изношенных частей. Он точно выравнивается по неизношенной части. Эксцентриметр Kwik-Way (ниже) измеряет концентричность седла клапана относительно направляющей. Некоторые из имитаций имеют прямую поверхность для большей части стержня с конической или пробковой частью примерно на дюйм вверху.Поскольку клапан смещен с одной стороны направляющей клапана из-за несоосности и особенностей натяжения пружины клапана, износ, вызванный смещением штока клапана с одной стороны, делает верхнюю часть направляющей наиболее неудовлетворительной точкой с точки зрения который нужно найти для ремонта сиденья. Седло не подлежит ремонту и выравниванию, поэтому оно будет концентричным с фактической центральной линией направляющей клапана.

ПРОВЕРКА ИЗНОСА НАПРАВЛЯЮЩЕЙ КЛАПАНА

При ремонте седла клапана в двигателе, который много раз использовался, сначала необходимо определить, не превышает ли износ направляющей точки, в которой направляющая будет пригодна для дальнейшего использования.

С помощью конической оправки Kwik-Way можно определить степень износа. Конические оправки Kwik-Way производятся с шагом в одну тысячную дюйма в размерах меньшего и большего размера. Используя ряд оправок, можно легко определить степень износа направляющей. Когда оправка вставлена ​​в направляющую, она фактически становится пробкой для изношенной направляющей. Не рекомендуется использовать направляющие с износом более 0,003 дюйма.

Вставьте оправку другого типа в направляющую клапана, где имеется значительный износ сверху и снизу.Попробуйте использовать такую ​​оправку, как упомянуто в предыдущих параграфах, и будет чрезмерное смещение из-за вклинивания пробки или конической части оправки в изношенную часть направляющей. Обратите внимание (рисунок слева), что коническая или пробковая верхняя часть оправки или пилота этого типа будет контактировать с верхней изношенной частью направляющей, что также приводит к контакту нижней части с нижней изношенной частью направляющей. Следовательно, он смещен из-за этих изношенных частей. Проверив такую ​​оправку индикатором, легко доказать это, поскольку практически невозможно получить одно и то же показание дважды.Коническая оправка Kwik-Way может быть повторно вставлена ​​любое количество раз и проверена индикатором, и будет доказано, что она будет правильно выравниваться при каждой установке. Будет обнаружено, что седло, выточенное из конической оправки Kwik-Way, концентрично с фактической центральной линией направляющей штока клапана.

КЛАПАНЫ ДВИГАТЕЛЯ ВЫПОЛНЯЮТ ФУНКЦИИ, ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ СЖАТИЯ УПЛОТНЕНИЯ Клапаны в двигателе выполняют множество функций. Во-первых, они должны позволять забор топлива и воздуха.Затем они должны уплотнить сжатие. После взрыва выпускной клапан должен позволять сгоревшим газам выходить из камеры сгорания. Затем есть еще одна функция, которую должны выполнять клапаны. Они должны направлять эти газы и обеспечивать им возможность входить и выходить из камеры сгорания как можно быстрее, и, когда газы покидают камеру сгорания, они должны быть направлены таким образом, чтобы они не завихрялись или не забивались каким-либо образом. это предотвратит полную очистку цилиндра.Ужасное давление, при котором газы проходят через выпускной коллектор, обычно создает вакуум в цилиндре, что, в свою очередь, способствует полной продувке цилиндра.

Много лет назад, до того, как двигатели работали на высокой скорости, вопрос обтекаемости газов не считался важным. Если учесть, что при средней скорости 50 миль в час в каждом цилиндре каждую секунду происходит двадцать воздухозаборников, двадцать взрывов и двадцать выхлопных газов, нетрудно понять важность оптимизации расхода газов.Сегодня автомобильные инженеры осознают это и во многих случаях изменили форму клапана в сторону дизайна тюльпана или сконструировали их с большим буртиком на нижней стороне клапана. Этот патрубок предназначен для обтекания газов таким образом, чтобы они могли свободно выходить из выпускного коллектора. Большинство тарельчатых клапанов выполнены под углом в сорок пять градусов, и, будучи круглыми, они позволяют (при условии, что клапан правильно выровнен) выхлопные газы устремляться навстречу друг другу по кругу и под огромным давлением с огромной скоростью.Это фактически создает вакуум, который полностью очищает цилиндр. Если газы не направляются за патрубок под клапан, они сталкиваются и, так сказать, завихрение, которое вызовет скопление в коллекторе. Это скопление будет препятствовать правильному удалению газов.

ФОРМУ ОТВЕРСТИЙ КЛАПАНА НЕ ИЗМЕНЯЙТЕ

По этой причине обслуживающий персонал должен избегать вырезания отверстия под седлом клапана и должен быть очень внимательным, чтобы не повредить радиус, который может быть над седлом клапана, особенно в дизельных двигателях.Этот радиус был специально помещен туда конструктором двигателя.

НЕПРАВИЛЬНОЕ ВЫРАВНИВАНИЕ КЛАПАНОВ И СЕДЛА КЛАПАНОВ ВЛИЯЕТ НА ПРОТЕКУ ГАЗОВ

Поскольку форма клапана и штока влияет на обтекаемость газов, смещенный клапан или седло клапана деформировано из-за неравномерно затянутых болтов с головкой, что очень серьезно повлияет на работу двигателя. Время будет изменено в результате того, что клапан сначала контактирует с верхней частью, а затем вступает в контакт с седлом за счет натяжения пружины.Время, которое проходит между контактом высокой точки и контактом клапана с седлом, хотя и является чрезвычайно коротким, действительно имеет большое значение из-за хода поршня. Рассмотрим смещенный выпускной клапан или седло клапана, которое деформировано из-за отсутствия контроля крутящего момента, в результате чего клапан сначала контактирует с одной стороной седла. Это приводит к более быстрому охлаждению клапана на этой стороне — сжатию галтели — в результате чего клапан сильнее давит на седло в одной точке, в то время как остальная часть клапана открыта с трещинами.Обычно такая трещина раскрывается шириной 0,015 дюйма. Таким образом, горячие газы, выходящие из камеры сгорания, проходят только через часть клапана, заставляя галтели расширяться на нем. конкретная сторона, которая открывает отверстие еще шире, что еще больше ухудшает положение клапана.

Поскольку газы, которые проходят через эту утечку, не встречаются с газами, которые должны проходить со стороны, которая закрыта, они ударяются о выпускной коллектор с одной стороны, вызывая завихрение потока газа (см. Стр. 11).Это вызовет закупорку, которая предотвратит полную продувку цилиндра, так что когда поршень

достигает верхней точки хода продувки, в цилиндре будет небольшое сжатие. Это можно сравнить с превращением шланга высокого давления в слив в тазу. Струя, ударяющая в чашу «лоб в лоб», закружится или закипит, а чаша наполнится и вытечет через край. Слегка направив поток в одну сторону, можно убедиться, что слив удовлетворительно справляется с потоком воды.Таким образом, очевидно, что поршню придется частично вернуться назад, чтобы ослабить это небольшое сжатие, прежде чем можно будет начать всасывание газа (см. Стр. 14). Это было бы эквивалентом укорочения хода двигателя с последующей потерей мощности, не говоря уже о результатах, которые могут возникнуть в результате того, что выхлопные газы останутся с горючей смесью, которая втягивается во время такта впуска.

Поршень находится в «нижней мертвой точке» как раз в начале такта выпуска.Смещенный выпускной клапан вызывает завихрение газов, что вызывает скопление в выпускном коллекторе и препятствует надлежащей продувке цилиндра.

Показывает расстояние перемещения поршня в течение первых 45 ° хода выпуска. Он также показывает идеальное состояние с правильно выровненными клапанами. Обратите внимание на оптимизацию выхлопных газов для быстрой и полной продувки цилиндра.

На этом изображении показан полностью открытый изогнутый выпускной патрубок с закрытым впускным клапаном в начале последних 45 ° такта выпуска.Продолжающаяся завихрение газов в выпускном коллекторе замедляет быструю продувку цилиндра.

Расстояние хода поршня при первых 45 ° всасывания. Застой в выпускном коллекторе препятствовал полной продувке, в результате чего в цилиндре возникла небольшая компрессия. Поэтому поршень должен немного сдвинуться вниз, чтобы ослабить это сжатие, прежде чем можно будет начать всасывание газа. Это эквивалентно сокращению хода двигателя.

Поршень продолжает движение, в то время как клапан неправильно скользит по седлу

Поршень может завершить одну пятую своего хода к тому моменту, когда смещенный выпускной клапан полностью коснется седла.В обычном двигателе клапан поднимается кулачком примерно на 0,001 дюйма, в то время как маховик перемещается на угол от двух до трех градусов, в зависимости от марки двигателя. Если клапан приоткрыт до 0,015 дюйма на один стороны, поэтому у нас будет ход поршня в три градуса, умноженные на 0,015 дюйма, или сорок пять градусов хода кривошипа. Рассмотрим это в связи с тем фактом, что, когда автомобиль движется со скоростью 50 миль в час, обратный действие поршня составляет примерно двадцать раз в секунду, и когда порт клапана не полностью открыт полностью, поршень идет вверх, создает небольшое сжатие, как было описано ранее, и возвращается примерно на расстояние, представленное сорок пять градусов хода кривошипа, прежде чем всасываемые газы войдут в цилиндр.

РЕЗУЛЬТАТ ПОЗДНЕГО ДЕЙСТВИЯ КЛАПАНА

В случае крайнего смещения впускных и выпускных клапанов, часть этой небольшой компрессии в цилиндре может быть принудительно направлена ​​во впускной коллектор, вызывая преждевременное зажигание. Это заметно на более высоких скоростях, и на это указывает периодический кашель или обратная вспышка двигателя.

Определенно, производительность клапана — это гораздо больше, чем функция уплотнения сжатия. В двигателях одной из популярных марок, когда шейка кривошипа перемещается из верхней мертвой точки в точку, равную сорока пяти градусам, поршень опускается примерно на двадцать процентов своего полного хода.Поршень того же двигателя при повороте на сорок пять градусов от нижней мертвой точки поднимется только на тринадцать процентов своего хода. Другими словами, поршень перемещается на большее расстояние при 45 градусах хода от верхней мертвой точки (см. Стр. 14), чем на такое же расстояние от нижней мертвой точки (см. Стр. 12), и это когда поршень находится вверху, выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается. Если вы обратитесь к последним «Данным по времени работы клапана», то обнаружите, что в некоторых двигателях впускной клапан открывается на 26 градусов перед верхней мертвой точкой, а в том же двигателе выпускные клапаны закрываются на 34 градуса после остановки. центр.Это означает, что оба клапана открыты одновременно на шестьдесят градусов.

Если принять во внимание эти факторы, следует признать, что смещение клапана на 0,001 дюйма является одним из наиболее важных размерных элементов в двигателе.

Фактические испытания показали, что если обычный клапан ударит по седлу клапана с одной стороны на 0,001 дюйма раньше, чем с другой, потребуется зазор 0,010 дюйма между штоком клапана и направляющей в нижней части направляющей клапана. чтобы клапан опирался на противоположную сторону от этого седла, не сгибая шток.Поистине, выравнивание клапана чрезвычайно важно.

Многие операторы сервисных центров заявляют, что полностью удовлетворены полученными результатами. Они также утверждают, что у них нет проблем. Возможно, у них нет проблем, но у владельцев двигателей, которые они обслуживают, есть проблемы. В большинстве случаев они не знают, где существует проблема или где винить, потому что они никогда не знали, что производительность двигателя может быть восстановлена ​​до эквивалента новой после того, как двигатель проработал некоторое время.Многие механики думают, что, поскольку у них есть зазор 0,002 дюйма или 0,003 дюйма между штоком клапана и направляющей клапана, у них есть столько возможностей поиграть, как шток клапана в холодном состоянии на 0,003 дюйма, а иногда и на 0,004 дюйма меньше, чем отверстие в клапане. гид. Этот зазор был оставлен инженером для обеспечения возможности расширения штока клапана в верхней части направляющей, поэтому место для масляной пленки останется только при прогретом и работающем двигателе. Есть двигатели, в которых используются направляющие клапана с конусом до 0,004 дюйма, но инженеры хотели уменьшить этот зазор до нормального, когда шток клапана нагревается и расширяется.

НЕОБХОДИМО ПРАВИЛЬНОЕ ВЫРАВНИВАНИЕ

При исправлении деформированного или смещенного клапана, чтобы он работал должным образом при установке в двигатель, поверхность клапана должна быть восстановлена ​​до соосности с центральной линией той части штока, которая работает в направляющей клапана. Мокрая шлифовка считается необходимостью для современных клапанов, и все новые устройства для торцевания клапанов включают систему охлаждения.

На приведенном выше рисунке показан эффект удержания клапана в патроне, который захватывает конец штока в конусе, и, как указано галочками, в деформированной части над ходом направляющей.Клапан, зажатый таким образом, не может быть повернут концентрично относительно его первоначального центра. Обратите внимание, что поверхность клапана находится вне центра оси штока. Такой клапан не может герметизировать сжатие.

На этой иллюстрации мы видим эффект удержания клапана в патроне, который захватывает его только за деформированную часть, что обозначено четырьмя галочками. Обратите внимание на истинную осевую линию «AB» и ложную осевую линию «CD», установленные этой операцией перестановки. Поскольку этот клапан перевернут по касательной к истинному центру, это приведет к утечке сжатия.

Чтобы правильно исправить деформацию или перекос клапана, необходимо захватить шток клапана в двух местах трехточечным захватом в той части штока, которая работает в направляющей, как показано на этом рисунке. Мы не знаем другого способа добиться нужных результатов. Обратите внимание, что эта готовая поверхность клапана концентрична с истинной центральной линией клапана. Заштрихованная часть «E» показывает удаленный металл. Патрон Kwik-Way (показан ниже) был разработан для достижения этих результатов.Хотя ему разными способами подражали, он никогда не копировался определенно.

Любая поверхность клапана, которая не концентрична с частью штока, работающей в направляющей, будет контактировать с седлом клапана только на небольшой части его окружности. Он будет хлопать, подпрыгивать, шумно, течь сжимать и влиять на фазы газораспределения. Правильно отрегулированный клапан будет контактировать с седлом клапана по всей его окружности, и шток клапана будет «плавать» в направляющей без трения штока клапана. Результатом станет экономия топлива и использование всей возможной мощности.

ШЛИФОВАЛЬНАЯ МАССА

Тот факт, что использование шлифовальной пасты не обеспечит эффективных результатов при повторной установке клапана, был принят властями отрасли в течение ряда лет. С помощью компаунда можно создать соединение между клапаном и седлом клапана, когда двигатель холодный, но как только клапан нагревается от естественного тепла двигателя, часть, которая была отшлифована состав не будет контактировать с седлом из-за расширения металла.Вот почему. — Головка клапана диаметром 2 дюйма, нагретая до 1450 ° (нормальная температура работающего выпускного клапана), расширяется на 0,016 дюйма или 0,008 дюйма с каждой стороны от центра. Это означает, что клапан поднимется на седло. На рисунке ниже показан клапан и седло, «притертые» компаундом. Когда двигатель холодный, клапан и седло, по-видимому, образуют полный контакт; но когда клапан нагревается и поднимается, часть притирается к компаунд на самом деле вообще не контактирует с сиденьем, и это невозможно когда-либо при работающем двигателе.Благодаря использованию конической оправки Kwik-Way для выравнивания операции повторной установки клапана, герметичное соединение может быть закреплено между клапаном и седлом клапана, и это соединение будет эффективным независимо от того, горячий или холодный клапан. Использование компаунда на таком отрегулированном клапане действительно окажется вредным.

ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Дизельные двигатели сегодня занимают очень важное место в сфере обслуживания. Каждый работник сферы обслуживания должен получить знания о дизельных двигателях как можно быстрее.В дизельных двигателях двухтактного типа любая тенденция к столкновению или завихрению сгоревших газов при их выходе будет задерживать выброс и переносить время до точки, где будут иметь место вредные последствия, поскольку в двигателе этого типа должны быть полный впуск свежего воздуха, сжатие и зажигание за один оборот в триста шестьдесят градусов. Кроме того, сгоревшие газы необходимо удалить из цилиндров и охладить выпускной клапан для следующей операции. Выхлопные клапаны охлаждаются, когда они находятся на седле.Интересно отметить, что выпускной клапан в двухтактном двигателе имеет на шестьдесят процентов меньше времени для охлаждения, чем клапаны в четырехтактном двигателе.

Недавно была проведена проверка двухтактного дизельного двигателя, используемого на транспорте. Этот конкретный двигатель работал с расходом топлива около сорока галлонов в час при полностью открытой дроссельной заслонке и при полной нагрузке, тогда как двигатель был рассчитан на удовлетворительную работу в этих условиях при расходе около девяти галлонов в час.Двигатель эксплуатировался с перерывами двадцать три дня. В качестве теоретического анализа причины чрезмерного расхода топлива рассмотрим следующее:

После снятия головок цилиндров было обнаружено, что смещение седел составило около 0,01 6 дюймов. Несоосность клапанов не проверялась. Чрезмерный расход топлива был результатом смещения клапана и седла клапана. Инжекторы были проверены и Было установлено, что все в порядке. Компрессия казалась нормальной, и нагнетатели для продувки цилиндров создавали нормальное давление, чтобы выдувать сгоревшие газы из цилиндров.В этом конкретном двигателе впрыск топлива происходит на 5 ° впереди центра на холостом ходу. Рабочий ход завершается примерно при 100 °, в это время выпускные клапаны в головке цилиндров открываются, позволяя сбросить огромное давление в цилиндре. Выпускные клапаны открыты на период

. РЕЖИМ КЛАПАНА 2-ЦИКЛОВОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

137 °. Примерно в пятьдесят раз превышающий нормальный объем цилиндра при атмосферном давлении в сжатых газах должен быть исключен через выпускные клапаны, поскольку поршень движется вниз, открывая отверстия в цилиндре и впуская воздух для продувки.Эти порты открыты на 50 ° с каждой стороны от нижней мертвой точки. С момента открытия выпускных клапанов и открытия отверстий для воздуха поршнем, движущимся вниз, происходит 30 ° хода коленчатого вала. Другими словами, когда коленчатый вал достигает 130 °, поршень перемещается вниз и открывает отверстия в цилиндре и пропускает воздух для продувки цилиндра. Эти порты закрываются движением поршня вверх. Затем выпускные клапаны закрываются, и поршень движется вверх, сжимая газы в соотношении примерно шестнадцать к одному.

Этот конкретный двигатель имел максимальные обороты в минуту. семьсот двадцать. Это означает, что он совершил один оборот за 1/12 секунды, а поскольку тридцать градусов составляют 1/12 часть оборота, то эквивалентное время, отведенное на сброс высокого давления, было равно 1/144 секунды.

Таблица клапанов производителя показывает, что выпускные клапаны открываются на 0,008 дюйма при шести градусах хода коленчатого вала. Следовательно, клапан, который был смещен на 0,016 дюйма или дважды 0,008 дюйма, будет равен примерно двенадцати градусам хода кривошипа, частично задерживая открытие клапанов.Двенадцать градусов из тридцати градусов оставляют восемнадцать градусов, а восемнадцать градусов будут равны 1/240 секунды вместо 1/1 44-й, как должно было быть. В конструкции этого двигателя тридцать градусов считалось достаточным временем, чтобы выпустить газы высокого давления. Очевидно, что при наличии какого-либо давления в цилиндрах, когда порты открыты, газы выдувают в воздушный коллектор, если давление превышает давление в воздушном коллекторе или величину, поддерживаемую воздуходувкой.(Воздуходувка поддерживает давление всего три фунта.)

Если некоторые из этих газов задерживаются в цилиндре из-за задержки, когда выпускные клапаны закрываются, тогда, если двигатель движется вокруг, пока не получит следующий впрыск топлива, и результирующий взрыв будет недостаточным или достаточным из-за неисправной смеси, Губернатор откроет форсунку и впустит больше топлива. Он снова взорвется при следующем обороте, и если ему все еще не хватает мощности, топливо будет увеличиваться все больше и больше, что приведет к несоразмерному соотношению и увеличит расход топлива до точки, которая будет недопустимой.Поскольку топливо поступает в цилиндры из одного места, а воздух из другого, может возникнуть очень плохая ситуация, которой не было бы в четырехтактном карбюраторном двигателе.

На этой иллюстрации показан огромный объем газа, который сжимается в цилиндрах дизельного двигателя, что примерно в пятьдесят раз превышает нормальный объем цилиндра при атмосферном давлении.

Помните, что седла клапанов в этом конкретном двигателе были смещены в среднем на 0,016 дюйма каждое.Несоосность клапанов не проверялась. С помощью системы научной коррекции клапанов и седел клапанов Kwik-Way клапаны и седла клапанов в этом двигателе были восстановлены до надлежащей соосности и соосности, что предотвратило сжатие на клапанах. В результате расход топлива был восстановлен до уровня, указанного производителем, который составлял лишь около четверти топлива, израсходованного в период смещения клапана.

Можно определенно увидеть, что если перекос клапана приведет к увеличению расхода топлива дизельным двигателем с номинальных девяти галлонов в час до сорока галлонов в час, то это же условие в равной или меньшей степени повлияет на другие двигатели дизельного двигателя. тип.Опять же, использование динамометрического ключа для затягивания болтов или гаек головки цилиндров необходимо для предотвращения деформации блока, которая может вызвать смещение и деформацию седла клапана.

Сегодняшний двигатель — это чудо совершенства. Он удовлетворительно работает при температурах от ста двадцати градусов выше нуля до двадцати — сорока градусов ниже нуля. У него быстрое ускорение и скорость вне пределов безопасности и тысячи миль удовлетворительной эксплуатации. Но было правдиво сказано, что не был построен двигатель, который нельзя было бы улучшить с помощью услуг, которые может оказать хорошо обученный механик, использующий надлежащее оборудование.

ПРЕЦИЗИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ, ВКЛЮЧАЕТ

• КРЫШКИ КЛАПАНА
• ШЛИФОВАЛЬ ДЛЯ СЕДЛО КЛАПАНА
• СТРУКТУРА ЦИЛИНДРА
• СТРЕЛКА ДВИГАТЕЛЯ
• ШЛИФОВАЛЬНЫЕ МАШИНЫ
• ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ ТОРМОЗОВ

Авторские права 1948 г., все права защищены
Kwik-Way Products Inc., 500 57th St., Marion, Iowa
Пересмотренное издание 1979 г.

Конструкция клапанов двигателя | Строительство автомобилей

Клапаны двигателя предназначены для открытия и закрытия впускных и выпускных отверстий.При открытии впускного клапана воздушно-топливная смесь поступает в цилиндры и . А когда открывается выпускной клапан, сгоревшие газы удаляются. Клапан является элементом Клапан механизма .

Клапаны бывают некоторых типов по их форма: гриб или тюльпан. Вы можете увидеть различные формы и типы этих клапанов, показанные на рисунке. иллюстрирует.

Типы клапанов

Основными частями клапанов являются головка и шток. Клапан должен удерживать цилиндр изолированным во время такта сжатия и рабочего хода .

Плавный переход от головки клапана к штоку снижает сопротивление движению газа при открытии клапана. Клапаны в цилиндрах цилиндров двигателя автомобиля подвергаются воздействию высоких температур, поэтому металлический сплав в клапанах должен выдерживать все факторы, такие как коррозия и рабочие нагрузки.

Клапан двигателя имеет запас на головке, чтобы он плотно прилегал к седлу клапана.Поверхность клапана притирается шлифовальной машиной к седлу клапана. Специальная шлифовальная машина для клапанов используется для шлифовки клапанов из-за очень мелких частиц.

Клапан двигателя удерживается в высокоточном патроне. Угол выставляемый — обычно 45 градусов. Скорость вращения клапана зависит от диаметра клапана для получения максимально гладкой поверхности. Количество металла, удаляемого при каждом проходе, устанавливается на ползуне, а затем шлифовальный круг проходит по поверхности клапана с помощью рычага.

После шлифовки этот клапан теперь хорошо прилегает к седлу, так что теперь он отшлифован и готов.Наконец, согласование седла и клапана достигается притиркой.

Материал клапана двигателя

Впускной клапан работает при более низких температурах, чем выпускной, поэтому он изготовлен из хромоникелевой стали. Для изготовления выпускных клапанов используются гораздо более жаропрочные материалы, такие как нихром, сильхром или кобальтхромистая сталь.

Размеры клапанов

Головки впускных и выпускных клапанов могут быть одинакового или разного диаметра. Обычно головка впускного клапана имеет больший диаметр, чем головка выпускного клапана, чтобы обеспечить лучшее наполнение цилиндра.Для расчета размеров впускного и выпускного клапана вы должны знать диаметр цилиндра, ход и предел оборотов двигателя. Так вы сможете рассчитать идеальные размеры впускных и выпускных клапанов. Например, двигатель объемом 1588 куб.см (внутренний диаметр 79,5 мм и ход 80 мм) и пределом оборотов 6000 об / мин должны иметь впускной клапан 36,4 мм и выпускной клапан 31 мм. В этом расчете используется следующая формула:

Диаметр клапана = √ ((об / мин × ход × отверстие²) ÷ 2,286,000)

Формула диаметра клапана

Например, впускной клапан Melling в Ford -150 имеет диаметр головки (дюймы): 1.752 и диаметр головки выпускного клапана (дюймы): 1,452.

Диагностика неисправности клапана в двигателях внутреннего сгорания с использованием акустической эмиссии и искусственной нейронной сети

В этой статье представлены возможности метода акустической эмиссии (AE) для обнаружения повреждений клапана в двигателях внутреннего сгорания. В качестве экспериментальной установки использовалась головка блока цилиндров двигателя с искровым зажиганием. Было исследовано влияние трех типов повреждений клапана (зазор, полуторозина и насечка) на утечку клапана.Результаты экспериментов показали, что АЭ является эффективным методом обнаружения повреждений и типов повреждений в клапанах как во временной, так и в частотной областях. Искусственная нейронная сеть была обучена на основе анализа во временной области с использованием параметрических характеристик АЭ (, количество, абсолютная энергия АЭ, максимальная амплитуда сигнала и средний уровень сигнала). Сеть состояла из пяти, шести и пяти узлов на входном, скрытом и выходном уровнях соответственно. Результаты обученной системы показали, что метод АЭ можно использовать для определения типа повреждения и его местоположения.

1. Введение

Клапаны в двигателе внутреннего сгорания играют важную роль в работе двигателя. Более того, они являются наиболее важными компонентами клапанного механизма и выдерживают высокие температуры и импульсы давления газа. При анализе отказов клапанного механизма отказы клапанов представляют собой наиболее распространенные проблемы. Основными причинами отказа клапана являются деформация седла клапана, отложения на клапане, небольшой зазор толкателя, обгоревший клапан, эрозия клапанов, тепловая усталость, точечная коррозия, разрывы и износ [1, 2].В последние годы внедрение методов мониторинга состояния двигателей внутреннего сгорания (ВС) привело к появлению надежных ненавязчивых методов диагностики двигателей [3].

Турбулентный поток, такой как поток воздуха через клапаны, может вызывать вибрации в их конструкциях. Частота колебаний зависит от жесткости конструкции. Амплитуда зависит от средней скорости потока и от того, насколько близка частота воздействия к собственной частоте конструкции. Формулировка аэроакустической задачи Лайтхилла показала, что область перемешивания струи может быть приравнена к объему квадруполей с силой, пропорциональной тензору напряжений в движущейся жидкости.Такая математическая формулировка позволяет оценить уровни акустической мощности излучаемой струи, пропорциональные [4]: где — мощность звука (Вт), — диаметр отверстия утечки, — средняя скорость турбулентной струи (м / с), — скорость звука в жидкости (м / с). Уравнение (1) ясно показывает, что наибольшее влияние на генерацию звука оказывает скорость потока. Масса входящего / выходящего потока воздуха в цилиндр зависит от плотности воздуха, скорости и площади, через которую проходит газ: где — массовый расход (кг / с), представляет площадь, через которую протекает газ (м ² ), связывает плотность потока (кг / м ³ ) и — скорость потока (м / с).В этом исследовании диаметры клапана были для выпускного клапана и для впускного клапана.

Анализ вибрации — это хорошо зарекомендовавший себя метод диагностики неисправностей вращающегося оборудования, особенно двигателей внутреннего сгорания. Применение этого метода к двигателю внутреннего сгорания сильно зависит от отказов двигателя, вспомогательных устройств и механических событий в двигателе [5]. Высокое отношение сигнал / шум, характерное для сигнала АЭ по сравнению с анализом вибрации, привело в последнее десятилетие к повсеместному интересу к применению АЭ в области диагностики неисправностей двигателей [6].

Недавние исследования показали успех применения АЭ для двигателей внутреннего сгорания. Были смоделированы различные неисправности и процессы двигателя, в том числе пропуски зажигания в цилиндре [7], протечки через прокладки выпускного коллектора [8], задиры поршневых колец / гильз цилиндров [9], проблемы и процессы впрыска топлива [10–13], давление в цилиндрах [14]. , смазка двигателя [15] и утечка клапана (VL) [16–21].

Существуют комплексные методы диагностики неисправностей ВЛ с использованием метода АЭ. Все они моделируют неисправность ВЛ с помощью изменения зазора клапана [16–21]; тем не менее, существуют важные причины помимо зазора, которые приводят к VL, такие как трещина в головке клапана и выемка в головке клапана.Использование сигналов AE в VL для определения типа неисправности — это новая область исследований, которая рассматривалась в данном исследовании. Три типа неисправностей (зазор клапана, трещина в головке клапана и выемка в головке клапана) были искусственно смоделированы следующим образом. (I) Неисправность зазора клапана моделировалась очень небольшим подъемом клапана. (Ii) Разрушение трещины в головке клапана моделировалось с помощью полуторозина на головке выпускного / впускного клапана. (iii) Удаление небольшого количества материала головки клапана имитирует выемку на головке клапана.

Испытательный стенд представлял собой головку блока цилиндров двигателя с искровым зажиганием.Целью этого исследования на данном этапе было использование сигналов AE в VL для определения типов неисправностей в неработающем двигателе.

2. Экспериментальная установка

2.1. Испытательная установка и измерительная система

Испытательная установка состояла из алюминиевой головки блока цилиндров небольшого четырехцилиндрового двигателя с искровым зажиганием. На рис. 1 (а) показано положение четырех широкополосных датчиков АЭ на головке блока цилиндров и схематическое изображение испытательного стенда. Сжатый воздух поступал в камеру сгорания через отверстие для свечи зажигания.Расход воздуха измеряли с помощью расходомера воздуха с точностью до 1 л / мин.

2.2. Система сбора данных AE

Сигналы AE были получены с использованием четырех широкополосных датчиков. Рабочая частота фильтровалась от 100 кГц до 1 МГц. Датчики AE были прикреплены к головке блока цилиндров с помощью тонких слоев вакуумной смазки. Затем сигналы усиливались с помощью предварительных усилителей PAC 2/4/6 перед записью. Затем сигналы были оцифрованы с использованием системы сбора данных AE PAC PCI-2 (18 бит A / D, 40 МГц, 4 канала).Необработанные данные были получены с частотой дискретизации 2 МГц. Датчики AE были установлены на головке цилиндров рядом с отверстием для свечи зажигания на всех четырех цилиндрах, как показано на рисунке 1.

2.3. Типы смоделированных неисправностей клапана

Были искусственно смоделированы три типа неисправности клапана. Процедуры испытаний были одинаковыми для всех случаев: ввод сжатого воздуха через отверстие для свечи зажигания и измерение утечки в порте целевого клапана, вызванной неисправным клапаном. Эти неисправности подробно описаны ниже. (I) Semicracked Valve .Эта неисправность была смоделирована путем создания полутрещины на головке клапана методом проволочной резки. С помощью этого метода были смоделированы выпускной клапан цилиндра № 1 и впускной клапан цилиндра № 2. Площадь удаленной поверхности головки клапана была такой, как показано на Рисунке 2. (ii) Зубчатый клапан . Эта неисправность была смоделирована путем удаления небольшого количества материала с посадочной поверхности выпускного клапана, как показано на Рисунке 3. (iii) Зазор клапана . Эта неисправность была смоделирована значением 0.Подъем на 1 мм к выпускному и впускному клапанам цилиндра №4. На рис. 4 показан исправный клапан в цилиндре 4, который не имеет утечек при нулевом подъеме. Внешний подъемник имитировал дополнительный просвет.

2.4. Процедура испытания

Клапаны цилиндра 4 исправны и не имеют утечки при нулевом подъеме; поэтому выпускной и впускной клапаны были отдельно подняты на 0,1 мм с помощью подъемного болта. Подъем был измерен стрелочным индикатором с точностью 0,01 мм, как показано на рисунке 1 (b).На каждом шаге открывался один клапан (выпускной или впускной). Входящий сжатый воздух регулировался с помощью регулятора давления от 1 до 6 бар. При каждом давлении регистрировались все параметры (4 датчика АЭ, скорость утечки, подъем и давление воздуха на входе). Для цилиндров 1-3 не было подъема, потому что один клапан каждого цилиндра был неисправен и имел утечку при нулевом подъеме.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Результаты утечки клапана

На рис. 5 показано значение VL для всех четырех цилиндров в сравнении с воздухом под давлением на входе для различных типов неисправностей.Как и ожидалось, скорость утечки увеличивалась по мере увеличения давления для всех типов неисправностей.

3.2. Анализ сигналов во временной области

Анализ во временной области позволяет выявить общую амплитуду сигнала, периодические характеристики и тип сигнала АЭ. На рисунках 6, 7, 8 и 9 показана необработанная форма волны AE, вызванная VL на каждом цилиндре. Данные на рисунках 6–9 относятся к ближайшему к исследуемому цилиндру датчику АЭ (датчики 1–4 для цилиндров 1–4 соответственно). На рисунке 10 показаны сигналы AE, записанные для исправных клапанов без утечки при нулевом подъеме и исправных клапанов из тех же цилиндров без утечек при нулевом подъеме.На рисунках 6–9 показан сигнал АЭ, полученный за 0,02 с.

Уравнение (1) показывает, что уровень акустической мощности был пропорционален, что означает, что уровень акустической мощности сильно зависел от скорости утечки; следовательно, увеличение скорости утечки вызвало очень четкое изменение амплитуды сигнала АЭ.

Во всех случаях было замечено, что сигналы AE обычно были непрерывными, а амплитуда сигнала AE увеличивалась по мере увеличения давления на входе.На рисунках 6–8 показаны результаты для клапанов с полуторсинами и зубьями в цилиндрах 1–3. Видно, что сигналы АЭ были очень похожи по форме волны и амплитуде; таким образом, было нелегко различить сигналы, вызванные разными неисправностями.

На рисунке 9 показаны результаты для поднятых клапанов в цилиндре 4 и видно, что сигналы имеют лишь немного другую волну. Видно, что сигналы АЭ, регистрируемые от выпускных и впускных клапанов, почти одинаковы.

Сигналы на рисунке 10 могут рассматриваться как основные амплитуды АЭ для VL и связаны с наличием сжатого воздуха в камере цилиндра, испытательной установкой, окружающей средой и фоновым шумом.

3.3. Анализ сигналов в частотной области

Частотный анализ сигнала AE от VL показывает распределение энергии сигнала в частотной области. На рисунках 11, 12, 13 и 14 показана спектральная плотность мощности (PSD) сигналов, показанных на рисунках 6–9. Частотный анализ сигналов АЭ показывает, что утечка газа генерирует широкополосный сигнал АЭ. Более того, сравнение рисунка 15 для спектра здоровых клапанов с рисунками 11–14 показывает, что в спектре неисправных клапанов есть некоторые отметки, а в здоровых их нет.

На рисунках 11–13 частотный анализ сигналов АЭ для клапанов с полутресками и зубьями показал аналогичное поведение, как и следовало ожидать от их форм сигналов на рисунках 6–8. На рисунке 14 показаны результаты частотного анализа сигнала AE от VL выпуска и впуска цилиндра 4. Можно видеть, что и выпуск, и впуск были очень похожи в их анализах PSD. На рисунке 15 представлен анализ PSD сигнала АЭ, записанного для исправных клапанов без утечки.

Хотя частотный анализ обнаружил исправные и смоделированные неисправные клапаны в частотной области, этот метод столкнулся с трудностями при демонстрации четкой разницы между типами неисправных клапанов. Например, было сложно отличить клапаны с полутрещинами от зубчатых. Для разделения различных типов неисправностей требуется опытный и систематический метод. На этом этапе использовалась искусственная нейронная сеть (ИНС), основанная на параметрах АЭ, извлеченных из необработанных сигналов АЭ.В качестве параметров использовались основные параметры АЭ: _АЭ, , количество, абсолютная энергия АЭ, максимальная амплитуда сигнала и средний уровень сигнала.

4. Искусственная нейронная сеть для определения типа неисправности клапана

Искусственные нейронные сети (ИНС) могут идентифицировать коррелированные шаблоны между входным набором данных и соответствующими целевыми значениями. ИНС обладают хорошей способностью к предсказанию, распознаванию образов, сжатию данных и принятию решений [22]. На рисунке 16 показана модель искусственного нейрона.

ИНС была принята для использования пяти параметров (AE _rms , счетчик, абсолютная энергия AE, максимальная амплитуда сигнала, средний уровень сигнала) для определения типа неисправности клапана. Входной слой состоял из пяти узлов, соответствующих пяти входным объектам. Скрытый слой имел шесть узлов, а выходной слой имел шесть узлов, из которых пять узлов представляют тип неисправности клапана, а один узел зарезервирован для исправного состояния. Выход каждого узла определяется следующей сигмоидной функцией: где net — обучающие данные, — вектор весов, — вектор входных данных и — передаточная функция.

Метод обратного распространения ошибки использовался для определения весов между каждой парой узлов. Общий набор данных для каждого класса состоял из 200 выборок данных, и каждая выборка данных состояла из 40 000 точек данных. 200 выборок данных были случайным образом разделены на две равные группы: одну для обучения, а другую — для тестирования. В таблице 1 показаны условия вывода.

O 2 5 Номер узла Тип неисправности клапана O 1 Цилиндр 4, нулевой подъем клапана 198, утечка Цилиндр 1, выпускной клапан с полусредством O 3 Цилиндр 2, впускной клапан с полусредством O 4 Цилиндр 3, выпускной клапан с насечкой Цилиндр 4, зазор клапана, подъем выпускного клапана O 6 Цилиндр 4, зазор клапана, подъем впускного клапана

На рисунке 17 показан образец показывает эффективность максимальной амплитуды, AE _rms , и подсчет при классификации шести классов состояния клапана.Как видно, некоторые неисправности клапана можно классифицировать визуально, но другие классы имеют очень похожие свойства. Для их классификации с высокой производительностью необходима более эффективная экспертная система.

В таблице 2 представлена ​​матрица неточностей метода ИНС. Матрица неточностей показывает, что модель ANN смогла правильно классифицировать сигналы AE. Наиболее важной проблемой для обученной экспертной системы является то, что классификатор может обнаружить сигнал неисправности из сигнала исправности. Таблица 2 показывает, что ИНС правильно обнаруживает неисправные и исправные клапаны.Все ошибочные сигналы правильно отличались от здоровых сигналов. Экспертная система ИНС хорошо зарекомендовала себя при определении типа неисправности клапанов. Например, он разумно отделил выпускной клапан с полусредством (класс O ₂ ) от других неисправных классов (классы от O ₃ до O ₆ ). Из Фиг.17 можно видеть, что O ₅ и O ₆ имеют очень близкие свойства, и способность экспертной системы различать O ₅ и O ₆ была ниже, чем у других классов.

64 0 36 0 Состояние клапана Давление (бар) O 1 O 2 O 3 O 4 O 6 Чувствительность (%) Состояние клапана O 1 O 2 O 3 O 4 O 6 6 Чувствительность (%) О 1 1 100 0 0 0 0 0 100 O 4 0 3 0 97 0 100 2 100 0 0 0 0 0 0 0 0 100 0 100 0 0 0 0 0 0 0 0 100 0 0 4 100 0 0 0 0 0 0 0 100 0 0 5 100 0 0 0 0 0 0 0 0 100 0 0 6 100 0 0 0 0 0 0 0 100 0 0 O 2 1 0 98 1 1 0 99 O 5 0 0 0 0 88 12 79 2 0 100 0 0 0 0 0 0 0 0 67 33 3 0 98 2 0 0 0 0 0 0 0 75 25 4 0 100 0 0 0 0 0 0 0 86 14 5 0 100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 6 0 100 0 0 0 0 0 0 0 0 69 31 O 3 1 0 1 99 0 0 0 100 O 6 0 0 0 0 7 93 75 2 0 0 100 0 0 0 0 0 0 27 73 3 0 0 100 0 0 0 0 0 0 0 39200 61 4 0 0 100 0 0 0 0 0 0 0 28 72 5 100 0 0 0 0 0 0 0 22 78 6 0 2902 00 98 0 0 0 0 0 0 0 27 73 Общая средняя производительность ANN: 92%

5.Заключение

В этом исследовании была построена экспертная система на основе данных акустической эмиссии для различения типов неисправностей клапана. Были смоделированы и использованы три неисправности клапана (треснувший клапан, зубчатый клапан и зазор клапана) в головке блока цилиндров бензинового двигателя внутреннего сгорания. Было показано, что анализ во временной и частотной областях позволяет определить разницу только между неисправными и исправными клапанами. В исправных клапанах утечки нет, а их сигналы АЭ имеют низкую амплитуду. Чтобы различать типы неисправностей в клапанах, была использована ИНС, основанная на функциях AE.Он был обучен с использованием пяти параметров AE (AE _rms , счетчик, абсолютная энергия AE, максимальная амплитуда сигнала и средний уровень сигнала) для разделения неисправностей. Эти параметры очень хорошо коррелировали с утечкой клапана, и ИНС была хорошо обучена с использованием случайных сегментированных данных. Результаты этой экспертной системы показали хорошую производительность (более 92%) в различении неисправных и исправных клапанов и типов неисправностей.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Клапаны двигателя и соответствующие детали для вилочных погрузчиков

Что такое клапан двигателя?

Клапаны двигателя — это устройства, которые регулируют, направляют и контролируют поток топлива и воздуха в двигателе. Они открывают или закрывают проходы через точно определенные промежутки времени — и этот механический танец позволяет двигателю работать эффективно.

Для двигателей требуется как минимум два клапана на цилиндр: впускной и выпускной. Но многие руки облегчают работу. Вот почему сегодня большинство двигателей являются многоклапанными — они содержат от четырех до шести клапанов на цилиндр.Это позволяет всему течь более эффективно и более эффективно приводить в действие двигатель.

Каждый клапан состоит из двух частей: штока и головки. Шток обычно изготавливается из закаленной стали. Головка сделана из прочного материала, способного противостоять огромному количеству тепла, создаваемого в камере сгорания — чаще всего из титана или углеродистой стали.

Различные типы клапанов двигателя

TVH имеет все необходимые клапаны двигателя: впускные и выпускные клапаны.

Впускные клапаны регулируют количество топливовоздушной смеси, поступающей в цилиндр двигателя. А выпускные клапаны освобождают выхлопные газы из камеры сгорания.

Оба клапана имеют одинаковую конструкцию, но впускные клапаны больше выпускных. Это создает более широкий путь для газов, поступающих в цилиндр. Почему? Потому что всасывание газа — намного более сложная задача, чем выпуск выхлопных газов.

Выпускные клапаны изготовлены из более прочного материала. Это сделано для того, чтобы они могли справиться с огромным количеством тепла, которое выходит из камеры сгорания.Некоторые выпускные клапаны также обрабатываются тонким покрытием, например стеллитом, для повышения долговечности и термостойкости.

TVH имеет все необходимые детали двигателя, включая детали, которые работают с клапанами двигателя, такие как пружины клапанов, толкатели клапанов, направляющие клапанов, замки клапанов, фиксаторы клапанов, седла клапанов, уплотнения клапанов и многое другое.

У нас есть клапаны и соответствующие детали для установки:

Briggs & Stratton — Caterpillar — Continental — Cummins — Deutz — Doosan — Fiat — Ford — FPT — GM — Hatz — Honda — Hyundai — IH — Isuzu — JCB — John Deere — Kia — Kohler — Komatsu — Kubota — Lombardini — MAN — Mazda — Mercedes — Mitsubishi — MWM — Nissan — Perkins — Peugeot — Renault — Scania — Shibaura — Sisu — Toyota — Volvo — VM Motori — VW — Waukesha — Xinchai — Yanmar

Как сломанные пружины клапана могут повлиять на ваш двигатель

Сегодня мы узнаем об одной из основных частей клапанного механизма двигателя.В двигателе многие части работают вместе и достигают цели преобразования химической энергии топлива в механическую. Эти части скреплены болтами, и комбинация всех этих частей известна как двигатель. Сегодня я расскажу вам об одном из ключевых компонентов, необходимых для работы двигателя.

Для управления впуском и выпуском двигателя внутреннего сгорания используются клапаны. Количество клапанов в двигателе зависит от количества цилиндров. Для каждого цилиндра используется несколько клапанов: одни для впуска топливовоздушной смеси внутрь цилиндра, а другие — для выпуска продуктов сгорания.Клапаны устанавливаются в порт на головке блока цилиндров с помощью сильной пружины. Эта весна держит их закрытыми. Каждый клапан в головке блока цилиндров имеет как минимум одну пружину. Пружина клапана оказывает давление на фиксатор клапана, чтобы клапан оставался закрытым. Когда коромысло в двигателе с толкателем или толкатель кулачка в двигателе с верхним распределительным валом перемещается и толкает клапан в открытое положение, напряжение, создаваемое пружиной, увеличивается. Напряжение поддерживает зазор клапана внутри клапанного механизма и снова толкает клапан к закрытию, поскольку коромысло или толкатель поворачиваются от вашего клапана.

Сломанные пружины клапана

Сломанные или слабые пружины клапана в двигателе могут вызвать множество различных проблем с управляемостью и производительностью. Сломанные пружины клапана вызывают чрезмерный шум клапана, потери компрессии и могут вызвать серьезные внутренние повреждения двигателя. Фактический разрыв пружин клапана не всегда является самым серьезным последствием. Действия после поломки приводят к наиболее серьезным повреждениям двигателя. Когда пружина ломается, она может схлопнуться ровно настолько, чтобы позволить клапану упасть в цилиндр, где поршень может ударить его.Кроме того, фиксаторы штока клапана или держатели могут освободить клапан и позволить ему упасть в цилиндр, что приведет к серьезным повреждениям поршня, головки блока цилиндров и других близлежащих деталей.

У нас недавно был автомобиль в нашем офисе Happy Valley с сильным пропуском зажигания в цилиндре и горящей лампой проверки двигателя из-за пропуска зажигания. Были выполнены множественные диагностические проверки и тесты. Эти испытания включали испытания на сжатие и испытания на герметичность цилиндров. Мы определили, что один из 8 цилиндров имел нулевую компрессию и что один из впускных клапанов не мог удерживать давление, необходимое для правильного «зажигания» цилиндра.Снятие узла клапанной крышки дало технику возможность осмотреть клапанные пружины. Визуальный осмотр обнаружил сломанную пружину клапана на рассматриваемом цилиндре.

Для ремонта данного автомобиля потребовалось снятие головки блока цилиндров. После снятия все 32 клапанные пружины были заменены, а головки в сборе были испытаны под давлением в местной механической мастерской для определения надлежащего функционирования перед установкой головок цилиндров обратно на автомобиль.Все 32 пружины были заменены из-за пробега автомобиля и высокой вероятности того, что еще несколько пружин могли быть слабыми и могут сломаться в ближайшем будущем. После того, как двигатель был повторно собран со всеми новыми прокладками и новыми жидкостями, автомобиль прошел несколько тестовых поездок, чтобы убедиться, что все работает правильно. Затем он был передан клиенту, который был чрезвычайно доволен и готов проехать еще много миль.

.

No related posts.