Роль клапанов двигателя, для чего они нужны?
Когда мы запускаем автомобиль, мы обычно не осознаем многочисленных механических процессов, которые должны происходить, чтобы двигатель работал. Они даются благодаря общению и совместной работе бесчисленных частей и движущихся частей, которые работают синхронно. Одним из таких элементов является клапаны двигателя потому что без них невозможно было бы получить необходимую энергию от двигателя.
Индекс
- 1 Что такое клапаны двигателя?
- 2 Какова реальная функция клапанов в двигателе?
- 3 Где в двигателе расположены клапана?
- 4 Все клапаны двигателя одинаковые?
- 5 Что произойдет, если клапан поврежден?
- 6 Короче
- 7 Отличия выпускных и впускных клапанов
Что такое клапаны двигателя?
Клапаны двигателя – это металлические элементы, обеспечивающие доступ к камеры сгорания топливно-воздушной смеси и выход из нее газов производится его взрывом.
Без этих механических элементов работа двигателя была бы невозможна, поскольку его движение жизненно важно для производства энергии, необходимой для движения колес.
Конструктивно клапан состоит из длинная часть, называемая втулкой или хвостовой частью клапана (обычно шток) и другая верхняя часть, называемая головкой (тарелка или головка клапана). Для его изготовления используются легированные материалы, так как в рабочем цикле они должны выдерживать высокие температуры (до 1000º по Цельсию).
Подпишитесь на наш Youtube-каналКакова реальная функция клапанов в двигателе?
Фактическая функция очень проста и проста. Они отвечают за управлять подачей топлива и воздуха (топливно-воздушной смеси) в цилиндр. После взрыва смеси на компрессия поршня Именно они обеспечивают выход газов, образующихся в результате этого взрыва.
Где в двигателе расположены клапана?
технически расположены на головке блока цилиндров (обычно известный как прикладом).
Все клапаны двигателя одинаковые?
Нет, ответ — нет. Впускной клапан (куда входит смесь) больше выпускного клапана (куда выходят газы). Причина такого разного размера связана с условиями, в которых происходят впуск и выпуск. Давление, при котором поступает смесь, похоже на то, которое существует в атмосфере, поэтому для облегчения процесса ее размер больше.
Наоборот, когда смесь уже взорвалась, газы находятся под более высоким давлением, поэтому нет необходимости, чтобы их размер был таким большим. Кроме того, также есть разница в материалах, из которых они изготовлены. Впускной клапан выдерживает около 200 градусов по Цельсию, а выпускной клапан около 700 градусов по Цельсию, поэтому его компоненты более устойчивы, чем компоненты первого.
Наконец, чтобы правильно отличить один тип клапана от другого, нам нужно только посмотрите на размер вашей головы и ее форму. Мы знаем, что впускные имеют большую головку, но она также плоская с лицевой стороны, однако выхлопные, кроме того, что имеют меньшую головку, имеют более коническую форму с лицевой стороны.
Теме статьи:
впускной коллектор и выпускной коллектор
Что произойдет, если клапан поврежден?
Если клапан сломается, первое, что произойдет, это то, что взрыв или выброс газов не будет происходить правильно. Это связано с тем, что из-за неправильного прилегания клапана к крышке двигателя газы будут просачиваться и, следовательно, возникнет компрессионный и тепловой дисбаланс, что приведет к серьезной поломке.
Основная проблема, с которой приходится сталкиваться клапанам, это их слабое охлаждение или его отсутствие, потому что при хорошей смазке двигателя риск выхода из строя отсутствует. Устранение неисправности этого типа имеет переменную стоимость, поскольку она будет зависеть от того, как они вышли из строя, и повреждения, которые произошли в двигателе.
Стоимость единицы клапана очень низкая, так как его изготовление обходится дешево, однако конечная цифра будет варьироваться в зависимости от типа клапана и обнаруженной проблемы.
Теме статьи:
Потеря мощности автомобиля: причины и решения
Короче
Клапаны представляют собой элементы, выполняющие простую функцию закрытия и открытия клапана. впускные и выпускные каналы газов, выполняющих основную функцию при сгорании топливовоздушная смесь.
В настоящее время наиболее распространенными клапанами являются так называемые «пластинчатые», что обусловлено их форма перевернутой пластины в его жизненно важной части, то есть той, которая открывает и закрывает протоки.
От центра же начинается так называемый «шип», а цилиндрическое удлинение, перемещающее клапан, хотя «неофициальное» наименование голова к тарелке клапана и Кола к шипу
Они изготавливаются литыми и обрабатываются из специальных сталей, потому что требуется выдерживать высокие температуры которых достигают газы во время их работы.
Отличия выпускных и впускных клапанов
Лас- разница температур между выхлопом и впуском позволяют использовать специальные сплавы в выпускных клапанах (которые выдерживают 1000 градусов по Цельсию)
Помимо того, что эти клапаны довольно дешевы в производстве, они позволяют небольшая прогулочная зона, меньшее трение и подходящая форма для правильный расход газа.
Единственный недостаток, который у них есть, это мало или нет охлаждения что они представляют.
Изображения – Анри Бергиус, Мирко Юнге, lw5315us
Роль клапанов двигателя, для чего они нужны?
Когда мы запускаем автомобиль, мы обычно не осознаем многочисленных механических процессов, которые должны происходить, чтобы двигатель работал. Они даются благодаря общению и совместной работе бесчисленных частей и движущихся частей, которые работают синхронно. Одним из таких элементов является клапаны двигателя потому что без них невозможно было бы получить необходимую энергию от двигателя.
Индекс
- 1 Что такое клапаны двигателя?
- 2 Какова реальная функция клапанов в двигателе?
- 3 Где в двигателе расположены клапана?
- 4 Все клапаны двигателя одинаковые?
- 5 Что произойдет, если клапан поврежден?
- 6 Короче
- 7 Отличия выпускных и впускных клапанов
Что такое клапаны двигателя?
Клапаны двигателя – это металлические элементы, обеспечивающие доступ к камеры сгорания топливно-воздушной смеси и выход из нее газов производится его взрывом. Без этих механических элементов работа двигателя была бы невозможна, поскольку его движение жизненно важно для производства энергии, необходимой для движения колес.
Конструктивно клапан состоит из длинная часть, называемая втулкой или хвостовой частью клапана (обычно шток) и другая верхняя часть, называемая головкой (тарелка или головка клапана).
Какова реальная функция клапанов в двигателе?
Фактическая функция очень проста и проста. Они отвечают за управлять подачей топлива и воздуха (топливно-воздушной смеси) в цилиндр. После взрыва смеси на компрессия поршня Именно они обеспечивают выход газов, образующихся в результате этого взрыва.
Где в двигателе расположены клапана?
технически расположены на головке блока цилиндров (обычно известный как прикладом). Широкая часть (головка клапана) идеально прилегает к штуцеру крышки, обеспечивая надлежащее уплотнение цилиндра. Нижняя часть или стержень располагается внутри направляющей, ограничиваясь выполнением движения открывания и закрывания, заданного направляющей. распределительный вал и пружины.
Все клапаны двигателя одинаковые?
Нет, ответ — нет.
Впускной клапан (куда входит смесь) больше выпускного клапана (куда выходят газы). Причина такого разного размера связана с условиями, в которых происходят впуск и выпуск. Давление, при котором поступает смесь, похоже на то, которое существует в атмосфере, поэтому для облегчения процесса ее размер больше.
Наоборот, когда смесь уже взорвалась, газы находятся под более высоким давлением, поэтому нет необходимости, чтобы их размер был таким большим. Кроме того, также есть разница в материалах, из которых они изготовлены. Впускной клапан выдерживает около 200 градусов по Цельсию, а выпускной клапан около 700 градусов по Цельсию, поэтому его компоненты более устойчивы, чем компоненты первого.
Наконец, чтобы правильно отличить один тип клапана от другого, нам нужно только посмотрите на размер вашей головы и ее форму. Мы знаем, что впускные имеют большую головку, но она также плоская с лицевой стороны, однако выхлопные, кроме того, что имеют меньшую головку, имеют более коническую форму с лицевой стороны.
Теме статьи:
впускной коллектор и выпускной коллектор
Что произойдет, если клапан поврежден?
Если клапан сломается, первое, что произойдет, это то, что взрыв или выброс газов не будет происходить правильно. Это связано с тем, что из-за неправильного прилегания клапана к крышке двигателя газы будут просачиваться и, следовательно, возникнет компрессионный и тепловой дисбаланс, что приведет к серьезной поломке.
Основная проблема, с которой приходится сталкиваться клапанам, это их слабое охлаждение или его отсутствие, потому что при хорошей смазке двигателя риск выхода из строя отсутствует. Устранение неисправности этого типа имеет переменную стоимость, поскольку она будет зависеть от того, как они вышли из строя, и повреждения, которые произошли в двигателе. Стоимость единицы клапана очень низкая, так как его изготовление обходится дешево, однако конечная цифра будет варьироваться в зависимости от типа клапана и обнаруженной проблемы.
Теме статьи:
Потеря мощности автомобиля: причины и решения
Короче
Клапаны представляют собой элементы, выполняющие простую функцию закрытия и открытия клапана.
впускные и выпускные каналы газов, выполняющих основную функцию при сгорании топливовоздушная смесь.
В настоящее время наиболее распространенными клапанами являются так называемые «пластинчатые», что обусловлено их форма перевернутой пластины в его жизненно важной части, то есть той, которая открывает и закрывает протоки.
От центра же начинается так называемый «шип», а цилиндрическое удлинение, перемещающее клапан, хотя «неофициальное» наименование голова к тарелке клапана и Кола к шипу
Они изготавливаются литыми и обрабатываются из специальных сталей, потому что требуется выдерживать высокие температуры которых достигают газы во время их работы.
Отличия выпускных и впускных клапанов
Лас- разница температур между выхлопом и впуском позволяют использовать специальные сплавы в выпускных клапанах (которые выдерживают 1000 градусов по Цельсию)
Помимо того, что эти клапаны довольно дешевы в производстве, они позволяют небольшая прогулочная зона, меньшее трение и подходящая форма для правильный расход газа.
Единственный недостаток, который у них есть, это мало или нет охлаждения что они представляют.
Изображения – Анри Бергиус, Мирко Юнге, lw5315us
Основы клапанов двигателя
для повышения производительности — Совет недели — Разговор о смазочных материалах
В последние недели мы говорили о нескольких ключевых компонентах промышленных двигателей, а именно о коленчатом и распределительном валах. Как вы помните, коленчатый вал и распределительный вал соединены зубчатым ремнем, и задачей обоих компонентов является преобразование вращательного движения в поступательное и наоборот, а также помощь другим компонентам в развитии двигателя. власть.
Совет этой недели посвящен одному из этих «других» компонентов — клапанам.
Основы клапанов
При обсуждении клапанов мы сосредоточимся главным образом на четырехтактных бензиновых и дизельных двигателях, которые используются в большинстве дорожных и внедорожных транспортных средств.
Так что мы не говорим о двухтактных двигателях. Клапан — это устройство, которое пропускает топливно-воздушную смесь в цилиндр и выпускает отработанные выхлопные газы. В четырехтактном двигателе внутреннего сгорания есть два типа клапанов: впускные (воздушно-топливная смесь) и выпускные (выхлопные газы).
Дизайн
Устройство клапана довольно простое. Как показано ниже, он в основном состоит из стебля и головки. Головка имеет куполообразную форму, чтобы помочь отклонить давление.
Клапаны обычно устанавливаются под углом от 30 до 45 градусов по отношению к коленчатому валу. Это облегчает дыхание двигателя и сгорание. Они также имеют головки разного диаметра, при этом впускной клапан обычно больше выпускного. Клапаны обычно имеют цельную конструкцию, изготовлены из аустенитной стали и закалены полосой наплавки, нанесенной на поверхность седла, чтобы улучшить посадку и уменьшить износ. Также важен посадочный зазор клапанов, поскольку он обеспечивает максимальное развитие мощности и позволяет клапану расширяться в седле, чтобы свести к минимуму износ.
Эксплуатация
Во время работы двигателя клапан нормально закрыт, удерживаемый пружиной. При вращении кулачка клапан открывается. Для впускных клапанов это позволяет воздушно-топливной смеси поступать в цилиндр. Как только смесь попадает в цилиндр, кулачок продолжает вращаться, впускной клапан закрывается и происходит сгорание. После сгорания и во время такта выпуска кулачок открывает выпускной клапан, позволяя отработавшим газам выйти. Как только все отработавшие газы вышли, кулачок цилиндра поворачивается дальше, и выпускной клапан закрывается.
Время, в течение которого клапан открыт или закрыт, зависит от формы рабочего выступа на распределительном валу. Чем больше лепесток, тем дольше клапан открыт и тем больше воздуха/топлива или выхлопных газов может быть обработано, что увеличивает мощность.
Клапаны могут приводиться в действие толкателями, толкателями или коромыслами, что обычно определяется расположением распределительного вала.
Двигатель с верхним расположением кулачка может приводить в действие коромысло либо напрямую, либо через толкатель. Кулачок, встроенный в блок или головку, может использовать гидравлические приводы и толкатели для перемещения клапанов.
Смазка
Надлежащим смазочным материалом для клапанов двигателя является масло, используемое для смазывания двигателя, обычно многокомпонентное моторное масло. В соответствии с конструкцией двигателя масло перемещается под давлением из картера масляным насосом через порты и камбузы в верхней части головки, непосредственно внутри клапанной крышки. Затем смазка течет вдоль головки к штоку (штокам) клапана и, оказавшись там, стекает вниз по штоку, смазывая шток и направляющую.
Если шток клапана и направляющий зазор отрегулированы правильно, будет достигнут надлежащий баланс смазки, что означает, что расход масла будет минимальным или отсутствовать. Если зазор направляющей и/или штока чрезмерный, масло будет поступать в поток выхлопных газов, загрязняя седло и влияя на работу двигателя.
Эту тенденцию можно измерить по потреблению масла. Подумайте о «голубом» дыме.
Я надеюсь, что этот совет был полезен, и дайте нам знать, если у вас есть какие-либо вопросы, оставив комментарий ниже!
Клапаны двигателей с электронным управлением: идея, время которой пришло… и прошло?, Часть 3: Электронный бескулачковый подход
Бескулачковый двигатель внутреннего сгорания с электронным управлением казался хорошей идеей, но технические и рыночные реалии задушили ее принятие.
В предыдущих частях этой статьи обсуждалась работа стандартного двигателя внутреннего сгорания с кулачковым приводом и парой впускных и выпускных клапанов с механическим приводом для каждого цилиндра. В этом разделе рассматривается альтернатива бескулачковой системе с электронным управлением.
В течение многих лет автомобильные инженеры знали, что если бы они могли обеспечить больший контроль и возможность регулировки фаз газораспределения, они могли бы повысить выходную мощность двигателя и уменьшить выбросы загрязняющих веществ в выхлопных газах двигателя.
Этот подход начинается с интеллектуальной системы синхронизации, которая включает датчик угла поворота коленчатого вала двигателя для подачи входного сигнала и процессор для выполнения алгоритмов, а затем приводит в действие клапаны с электронным управлением. Эта комбинация была бы естественным подходом для инженеров при разработке системы управления двигателем, реализованной в блоке управления двигателем (ECU).
Чтобы это произошло, необходимы три критических элемента, в том числе датчик угла поворота коленчатого вала (который теперь является стандартным почти для всех автомобилей): усовершенствования алгоритмов ECU, ИС управления питанием для управления электронными клапанами и приводами электронных клапанов. Целью является гибкая система управления клапанами, которая повышает производительность при одновременном снижении выбросов. Иногда называемая «бескулачковой» системой, эта система управления позволяет подсистемам управления двигателем изменять фазы газораспределения, подъем клапана и степень сжатия в зависимости от нагрузки двигателя, температуры топливно-воздушной смеси и др.
Время можно непрерывно регулировать для динамического баланса характеристик двигателя по таким параметрам, как мощность, выбросы и топливная экономичность, в зависимости от непосредственных приоритетов.0003
Непростая реализация
С концептуальной точки зрения заменить механический клапанный механизм на процессорный несложно. На практике, тем не менее, успешному внедрению мешают серьезные препятствия, в дополнение к долгому и устоявшемуся послужному списку (и комфорту) существующего подхода. Легко подумать: «Что в этом такого наивного? Просто используйте цифровой выход процессора для управления приводом, который управляет соответствующим клапаном», но существуют серьезные ограничения, стандарты и долгосрочные проблемы, с которыми сталкиваются автомобильные инженеры.
Существует два способа электронного управления клапаном. В первом используется соленоид, надежный и понятный преобразователь для преобразования приложенного тока в линейное движение и статическую силу. Однако существуют проблемы, если вы используете соленоид в качестве исполнительного механизма под капотом (рис. 1) .
Рис. 1: Одностороннее соленоидное устройство (приводимое в действие электромагнитом) является одним из способов управления клапанами. (Изображение: Университет Клемсона)Во-первых, импульс тока, необходимый для активации соленоида с силой и скоростью, требуемыми в этом приложении, велик, и его трудно получить от источника питания 12 В автомобиля без толстых кабелей питания. По этой причине соленоидный подход должен подождать, пока автомобили не перейдут с источников питания 12 В на более эффективный стандарт 42 В, который автопроизводители уже постепенно внедряют в течение следующих нескольких лет.
Здоровенный МОП-транзистор или аналогичный электронный переключатель также необходим для управления током каждого соленоида с промежуточным драйвером для взаимодействия между относительно скромным цифровым выходным приводом процессора фаз газораспределения и МОП-транзистором, который управляет соленоидом как приводом.
Хотя этот соленоид работает с умеренным рабочим циклом, его общая скорость работы достаточно высока, чтобы возникали проблемы с самонагревом. Кроме того, жара под капотом, особенно высокая возле двигателя, усугубляет эти проблемы. Количество циклов соленоидов за весь срок службы исчисляется миллионами, а сочетание тепловых и рабочих циклов вызывает серьезные проблемы с надежностью.
Только соленоиды могут срабатывать в любом направлении, когда к ним подается противоположное питание. Но это сложно сделать в заземленной среде с однополярным питанием, такой как автомобиль или грузовик. Практичнее использовать пружину для развития возвратной силы. Затем соленоид должен открыть нормально закрытый клапан, преодолев силу пружины. Соленоид может быть сконструирован с парой пружин, в которых приложенная сила преодолевает силу возвратной пружины, в то время как вспомогательная пружина толкает соленоид в направлении срабатывания и уменьшает необходимый удерживающий ток. В других подходах используется пара соленоидов в двухтактном исполнении, один из которых закрывает, а другой открывает клапан 9.
0007 (рис. 2 и рис. 3) . Однако все эти факторы усложняют и удорожают конструкцию.
Следовательно, соленоид достаточно сильно захлопывает клапан, что увеличивает износ уплотнений клапана, если не добавлен демпфирующий механизм, такой как пружины или другие компоненты. (Вспомните, что механический клапанный механизм на основе кулачка решает эту проблему расстояния/силы за счет тщательного формирования профиля кулачков).
Альтернативой соленоиду является клапанный механизм с гидравлическим приводом. В этой конструкции, разработанной компанией Sturman Industries (Колорадо), в настоящее время принадлежащей Virtual Energy, небольшой и быстродействующий электрогидравлический привод обеспечивает «мускулы» для движения клапана под управлением цифрового клапана с электронным управлением (рис. 4) .
Рис. 4: Управление электрогидравлическим клапаном от Sturman Industries (теперь Virtual Energy) является возможной альтернативой управлению клапаном с электромагнитным приводом. (Изображение: виртуальная энергия) Мощность жидкости проходит через систему впрыска топлива и насос. Этот цифровой клапан использует остаточный магнетизм (магнитное поле, которое остается после намагничивания объекта), чтобы удерживать клапан открытым без подачи тока после того, как импульс тока перемещает клапан. (Помимо Sturman, британская Camcon Automotive Ltd и шведская FreeValve, дочерняя компания Koenigsegg Automotive, прилагают усилия.
В заключительном разделе этой статьи рассматривается состояние и перспективы принятия бескулачковых клапанов двигателя с электронным управлением.
Связанный контент EE World
Понимание конструкции автомобильных двигателей с системой остановки/запуска, часть 6: ответы и обходные пути (со ссылками на предыдущие части с 1 по 5)
Цифровые клапаны открывают новые возможности для двигателей
Одноэлементный, зубчатый Датчик скорости обнаружения IC
Каталожные номера
- Автомобиль и водитель, «Объяснение изменения фаз газораспределения: оценка того, насколько быстро работают двигатели»
- New Atlas, «Первые в мире полностью цифровые клапаны открывают возможности двигателя»
- Motor Authority, «Полностью цифровые клапаны могут изменить будущее двигателей внутреннего сгорания»
- Motor Authority, «Объяснение техники» касается бескулачкового двигателя Koenigseggs»
- Университет Клемсона, «Электронный контроль фаз газораспределения»
- Университет Клемсона, «Бескулачковые двигатели»
- Motor1, «Полностью цифровые клапаны могут значительно улучшить ДВС»
- Википедия, «Бескулачковый поршневой двигатель»
- Top Gear, «Вот как работает бескулачковый двигатель Koenigsegg Gemera мощностью 600 л.
