Клапана в двигателе это: Особенности клапана двигателя внутреннего сгорания| My CMS

Особенности клапана двигателя внутреннего сгорания| My CMS

Клапан двигателя — это ключевая деталь каждого ДВС и газораспределительного механизма (ГРМ). Представленный рабочий узел несет полную ответственность за слаженную эксплуатацию мотора, контролируя качественное выполнение следующих процессов:

1. Своевременную подачу топлива в камеры сгорания.
2. Отвод отработанного топлива — выхлопных газов.

Главный принцип работы клапана двигателя — создать необходимые герметичные условия в камере в тот момент, когда происходит процедура воспламенения топливной смеси. Во время эксплуатации силового агрегата такие детали подвергаются особым нагрузкам. Поэтому к ним предъявляются высокие требования при производстве и выборе дальнейших материалов.

Количество клапанов зависит от определенного двигателя. Чаще всего в современных транспортных средствах устанавливают ДВС с четырьмя клапанами: двумя впускными и двумя выпускными.

Требования к качеству клапанного механизма

Клапаны автомобильного двигателя должны соответствовать следующим характеристикам:

1. Обеспечивать герметичное соединение в сопряжении с седлом.
2. Не подвергаться негативному влиянию коррозии даже при попадании внутрь влаги.
3. Обеспечивать высокое сопротивление ударным нагрузкам, механическим повреждениям во время эксплуатации.
4. Иметь достаточно высокий показатель обтекаемости — на входе и выходе рабочей смеси.
5. Обеспечивать эффективную отдачу тепла.
6. Иметь небольшой вес, не создавая дополнительной нагрузки на агрегат.
7. Быть устойчивыми к резким температурным перепадам.
8. Быть прочной, жесткой деталью.

Стандартный клапан двигателя внутреннего сгорания состоит из нескольких комплектующих, каждая из которых нуждается в проверке. Часто такую проверку мастера совершают во время ремонта ГБЦ, когда происходит полноценная разборка силового агрегата.

Клапанный механизм состоит из пружины, выполненной из стали, посадочного седла, втулки и механизма, отвечающего за фиксацию возвратного устройства.

Предназначение и особенности клапанного устройства

Главная задача впускного клапана двигателя — вовремя открывать и закрывать отверстия в блоке цилиндров. Это необходимо для выпуска использованных газов и дальнейшего пропуска новой порции топливной смеси.

Во время эксплуатации силовых агрегатов основание выпускного механизма подвергается влиянию высоких температур:

• клапан дизельного двигателя разогревается до 500–700 градусов;
• бензиновые моторы приобретают температуру до 800–900 градусов;
• Впускные модели двух двигателей разогреваются до 300 градусов.

Для продолжительной эксплуатации деталей при таких сложных условиях производители используют жароустойчивые металлические сплавы, в составе которых находится достаточное количество легирующих добавок.

Мастера компании «Микрон Моторз» выполняют ремонт ГБЦ в Украине, предлагая замену или восстановление поврежденного клапанного механизма, его отдельных комплектующих. Все работы проводятся с применением современного оборудования и необходимого набора инструментов. Большой опыт мастеров позволяет справиться с задачами разной степени сложности.

Клапан двигателя.

Назначение, устройство, конструкция – AvtoTachki

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

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

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

Что такое клапан двигателя

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

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

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

Назначение и особенности устройства

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

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

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

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

Конструкция клапанов двигателя

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

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

Клапаны

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Клапанные пружины

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

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

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

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

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

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

James Ellison, PBM Aprilia, CRT Test Jerez Feb 2012

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

Направляющие втулки клапанов

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

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

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

Седла клапанов

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

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

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

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

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

Количество клапанов в двигателе

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

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

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

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

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

Из чего изготавливают клапана

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

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

По этим причинам к клапанам предъявляются такие требования:

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

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

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

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

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

ПРИЧИНЫ по КОТОРЫМ прогорают КЛАПАНА в ДВИГАТЕЛЕ АВТОМОБИЛЯ 95% водителей ЭТОГО не ЗНАЛИ

Смотрите это видео на YouTube

Вопросы и ответы:

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

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

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

Что такое клапан двигателя? | Как работает клапан двигателя?

Содержание

Что такое клапан двигателя?

Клапан двигателя представляет собой механический компонент, который позволяет жидкости течь в камеру сгорания или цилиндр и из нее во время работы двигателя. Клапаны двигателя работают так же, как и другие клапаны (т. е. пропускают или блокируют поток жидкости).

Клапаны двигателя соединены с распределительным валом. Движение распределительного вала регулирует открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Правильная работа распределительного вала обеспечивает правильное открытие и закрытие клапанов.

Функция клапанов двигателя

Головка блока цилиндров обеспечивает безопасность клапанов двигателя. Основной функцией клапана двигателя является подача жидкости в цилиндр и из него . Воздух способствует воспламенению топлива. Вырабатываемая мощность при сгорании топливовоздушной смеси используется для толкания поршня вверх и вниз.

Клапан двигателя бывает двух типов:

Впускной клапан

Впускной клапан используется для подачи топлива в цилиндр. Он обеспечивает правильную подачу топлива в цилиндр двигателя. При его закрытии подача топлива в цилиндр прекращается.

Аустенитная нержавеющая сталь чаще всего используется для изготовления впускных клапанов. Этот материал является жаро- и коррозионностойким материалом. Никель-хромовая легированная сталь также используется для изготовления впускного клапана.

Выпускной клапан

Выпускной клапан также известен как выпускной клапан. Используется для отвода выхлопных газов. Силихромовая сталь обычно используется для изготовления выпускного клапана. Силихромовая сталь представляет собой сплав хрома и кремния.

Клапаны, используемые в автомобильных двигателях, также известны как грибовидные или тарельчатые клапаны. Головка клапана имеет прецизионно отшлифованную поверхность с достаточным зазором для предотвращения образования тонкой кромки.

Угловая поверхность заземлена под углом 30° или 45 ° к головке клапана, чтобы соответствовать углу седла клапана в головке цилиндра. Стопорная канавка фиксатора пружины расположена на конце штока клапана.

Принцип работы клапанов двигателя

Работа клапанов двигателя сильно зависит от движения поршня, коленчатого и распределительного валов. Распределительный вал регулирует открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Клапан двигателя работает следующим образом: 

• При такте всасывания поршень движется от ВМТ к НМТ. Во время этого хода поршень передает свое движение коленчатому валу через шатун.
• Коленчатый вал далее передает свое движение распределительному валу.
• Когда распределительный вал получает движение, он толкает впускной клапан вниз и открывает его. Когда впускной клапан открывается, жидкость начинает поступать в цилиндр. Во время этого процесса выпускной клапан остается закрытым.
• Поршень совершает возвратно-поступательное движение, выполняя такт сжатия, когда жидкость перемещается в соответствии с требованиями.
• Во время такта сжатия распределительный вал снова толкает впускной клапан и закрывает его.
• После сжатия поршень совершает рабочий ход. Во время рабочего такта впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми.
• По завершении рабочего такта поршень перемещается для выполнения такта выпуска. Во время такта выпуска распределительный вал толкает выпускной клапан и открывает его, в то время как впускной клапан остается закрытым.

Подробнее: Работа поршня двигателя

Типы клапанов двигателя

Клапан двигателя бывает следующих типов:

1. Тарельчатый клапан
2. Рукавный клапан
3. Поворотный клапан
900 61 Пластинчатый клапан

1) Тарельчатый клапан

Тарельчатый клапан клапан также называют грибовидным клапаном. Он известен как тарельчатый клапан из-за его движения вверх и вниз. Этот тип выпускного клапана используется для регулирования времени и количества газа, поступающего в двигатель. Тарельчатый клапан в основном используется в автомобильном двигателе.

Этот тип клапана имеет шток и головку. Как правило, поверхность клапана должна быть совмещена с седлом клапана под углом от 30° до 45° для идеального уплотнения.

Шток клапана содержит стопорную канавку фиксатора пружины — конец штока касается кулачка, позволяя клапану перемещаться вверх и вниз.

Для выпускного клапана перепад давления используется для уплотнения клапана. Для впускного клапана разница давлений помогает открыть клапан.

Подробнее: Различные типы двигателей

2) Втулочный клапан

Как следует из названия, втулочный клапан представляет собой рукав или трубку, установленную между стенкой цилиндра и поршнем цилиндра двигателя внутреннего сгорания, где он скользит или вращается.

Внутренняя область втулки образует внутреннюю гильзу цилиндра, в которой вращается/скользит поршень. Гильза непрерывно перемещается и вытесняет газ, периодически подгоняя прорезь в гильзе к отверстию, полученному литьем главного цилиндра.

Преимущества золотникового клапана

1. Золотниковый клапан имеет простую конструкцию.
2. Бесшумная работа.
3. Этот тип выпускного клапана не содержит шумных деталей, таких как толкатели, коромысла и кулачки клапанов.
4. Обладают меньшей детонационной способностью.

3) Поворотный клапан

Поворотные клапаны бывают нескольких типов. Клапан дискового типа является одним из самых известных типов поворотных клапанов. Этот клапан содержит вращающийся диск с портом. Когда диск вращается, он попеременно то впускной коллектор, то выпускной коллектор.

Преимущества поворотного клапана

1. Эти клапаны имеют низкую стоимость конструкции.
2. Они имеют простую конструкцию.
3. Эти клапаны идеально подходят для высокоскоростных двигателей.
4. Они производят очень низкую вибрацию и имеют меньшее напряжение.
5. Работают бесшумно, равномерно и плавно.

4) Пластинчатый клапан

Пластинчатый клапан открывает и закрывает поток жидкости в одном направлении при разном давлении с каждой стороны. Это тип обратного клапана. Имеет механический стержень. Этот стержень шарнирно закреплен на одном конце, закрывая канал и позволяя воздуху или заряду течь только в одном направлении.

Диаграмма фаз газораспределения

Диаграмма фаз газораспределения представляет собой схематическую диаграмму, представляющую точное время закрытия и открытия впускного и выпускного клапанов. Диаграмма фаз газораспределения также показывает движение поршня в цилиндре.

На диаграмме фаз газораспределения ВМТ или верхняя мертвая точка представлена ​​под углом 90 градусов относительно оси x. 270 градусов относительно оси X известны как НМТ или нижняя мертвая точка.

Идеальная или теоретическая диаграмма фаз газораспределения

Идеальная диаграмма фаз газораспределения представляет собой соответствие фаз газораспределения движению поршня.

• Когда поршень достигает ВМТ, распределительный вал толкает впускной клапан и открывает его (IVO). Во время этого процесса выпускной клапан остается закрытым.
• Когда впускной клапан открывается, воздух начинает поступать в цилиндр двигателя.
• Когда поршень достигает НМТ, впускной клапан закрывается (IVC).
• После процесса всасывания поршень выполняет такт сжатия. Во время этого хода поршень сжимает топливно-воздушную смесь в соответствии с требованиями.
• После процесса сжатия поршень перемещается для выполнения рабочего хода. Во время рабочего такта топливо-воздух сгорает, и генерируемая мощность толкает поршень обратно к НМТ.
• Когда поршень достигает НМТ, открывается выпускной клапан (EVO) и выпускаются выхлопные газы.
• Когда поршень возвращается в ВМТ, выпускной клапан закрывается.

Зазор между клапаном и толкателем

В случае верхнего тарельчатого клапана сохраняется небольшой зазор между штоком клапана и коромыслом, а в случае прямого тарельчатого клапана небольшой зазор сохраняется между клапаном шток и толкатель клапана. Этот небольшой зазор известен как зазор толкателя клапана .

Зазор толкателя клапана позволяет штоку клапана расширяться по мере прогрева двигателя.

Когда двигатель нагревается, клапан не закрывается должным образом без надлежащего зазора, что приводит к потере мощности и подъему клапана. Поэтому лучше иметь больший зазор, чем требуется, что может немного увеличить шум клапанного механизма.

Материалы клапана двигателя

Клапан двигателя является одной из наиболее важных и подвергающихся наибольшей нагрузке частей двигателя внутреннего сгорания. Клапаны должны выдерживать экстремальные давления в камере сгорания, экстремальные температуры и повторяющиеся непрерывные механические и динамические нагрузки двигателя, чтобы обеспечить надежную работу двигателя.

Впускной клапан двигателя внутреннего сгорания имеет пониженную тепловую нагрузку благодаря охлаждающему эффекту воздушно-топливной смеси, протекающей через впускной клапан во время цикла всасывания. Однако выпускной клапан испытывает более высокую тепловую нагрузку, поскольку он расположен на пути выпуска газов во время цикла выпуска.

Во время такта выпуска выпускной клапан открыт и не соприкасается с головкой блока цилиндров. Следовательно, поверхность сгорания имеет меньшую тепловую массу, а способность головки клапана к быстрому изменению температуры увеличивается.

Из-за низкой рабочей температуры впускные клапаны чаще всего изготавливаются из таких материалов, как вольфрамовая сталь, никель или хром. Выпускной клапан выдерживает более высокую температуру и давление, чем впускной клапан. Поэтому для изготовления выпускных клапанов используются кобальт-хромовые сплавы, кремнийхром или нихром.

Поверхности клапана, подвергающиеся воздействию высоких температур, могут быть усилены путем припайки кобальт-хромового сплава стеллита к поверхности клапана.

Tribaloy, сплавы титана и нержавеющей стали являются другими материалами, используемыми в производстве клапанов двигателя.

Покрытия и обработка поверхности также могут использоваться для улучшения механических свойств и износостойкости клапанов двигателя.

FAQ Раздел

Для чего используются клапаны двигателя?

Клапаны двигателя бывают двух категорий:

1. Впускной клапан: Этот клапан двигателя используется для всасывания атмосферного воздуха в цилиндр двигателя.
2. Выпускной клапан: Этот клапан используется для выброса выхлопных газов в атмосферу.

Какие существуют типы клапанов двигателя?

Клапаны двигателей бывают следующих типов:

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

Что вызывает повреждение клапана двигателя?

Прогоревшие клапаны могут быть вызваны многими причинами, но одной из наиболее распространенных причин является игнорирование протекающих уплотнений и направляющих или неспособность устранить другие проблемы с компрессией . Объедините эти проблемы с системой охлаждения или проблемой EGR (рециркуляция отработавших газов), и вы, скорее всего, сожжете клапаны.

Подробнее

1. Различные типы двигателей внутреннего сгорания
2. Типы двигателей внешнего сгорания
3. Типы и работа гильзы цилиндра
4. Назначение шатуна
90 061 Работа распределительного вала

Клапаны и порты в четырех- Двигатели с тактом

Клапаны и порты в четырехтактных двигателях

Ханну Яаскеляйнен, Магди К. Хайр

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

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

• Клапаны
• Фазы газораспределения
• Впускное отверстие
• Влияние изготовления головки цилиндра на завихрение и поток
• Впускной коллектор

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

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

Рисунок 1 . Номенклатура цельного тарельчатого клапана

Поток газа в цилиндр и из цилиндра в 4-тактных двигателях контролируется почти исключительно тарельчатыми клапанами (рис. 1). Хотя использовались или предлагались клапаны других конструкций, ни один из них, по-видимому, не может сравниться по надежности и уплотняющей способности с тарельчатым клапаном.

Наиболее распространенной конструкцией тарельчатого клапана в автомобилестроении является цельный клапан, в котором весь клапан сделан из одного и того же материала. Однако доступны и другие варианты, в том числе:

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

Рисунок 2 . Пример конструкции тарельчатого клапана

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

(Источник: Мале)

В дополнение к различным стилям конструкции клапаны могут иметь различные усовершенствования конструкции для повышения их долговечности.