Как работают клапаны двигателя
Клапан, который пропускает в цилиндр смесь воздуха и топлива, называется впускным. Клапан, через который отработанные газы покидают двигатель, называется выпускным. Для эффективной работы двигателя при любой скорости эти клапаны должны открываться в определенные моменты.
За этот процесс отвечают грушевидные детали (кулачки), которые крепятся к распределительному валу, вращающемуся под действием цепи, ремня или набора шестерен.
Распределительный вал может находиться в верхней части блока. В этом случае над каждым кулачком вала располагаются небольшие металлические цилиндры (толкатели). Когда конец толкателя упирается в коромысло, кулачок воздействует на ножку клапана, который удерживается в поднятом (закрытом) состоянии с помощью сильной пружины.
Двигатель с верхним расположением распределительного вала
В подобной конструкции вал, расположенный в верхней части двигателя, работает под управлением ремня с внутренними зубьями, и контуры кулачков напрямую взаимодействует с толкателями, расположенными над клапанами.
Когда толкатель давит на кулачок, он задействует коромысло, которое ослабляет пружину и открывает клапан. При дальнейшем вращении контура пружина возвращается в первоначальное положение, и клапан закрывается. Такая конструкция характерна для двигателя с верхним расположением клапанов в головке цилиндра.
В некоторых двигателях отсутствуют толкатели, и клапаны открываются и закрываются с помощью двойных или одинарных распределительных валов.
Такая конструкция носит название двигателя с одним распределительным валом и клапанами в головке. В ней меньше подвижных частей, поэтому она является более мощной и может работать на высоких скоростях. В любом случае, между деталями присутствует зазор, чтобы клапан мог свободно закрываться и открываться, когда те расширяются при нагревании.
Зазоры между ножкой клапана и коромыслом или кулачком необходимы для нормальной работы системы, а их отсутствие может вызвать серьезные повреждения составных частей.
При слишком большом зазоре клапаны будут открываться слишком рано, а закрываться слишком поздно, что снизит мощность двигателя и увеличит уровень производимого им шума.
При малом зазоре клапаны не будут нормально закрываться, что приведет к ослаблению компрессии.
В некоторых двигателях зазоры регулируются автоматически под давлением смазочной жидкости.
Распределительный вал с толкателями
При конструкции, согласно которой распределительный вал находится в блоке цилиндров, длинные штанги толкателей воздействуют на коромысла, открывающие клапаны. Двигатели с верхним расположением клапанов в головке цилиндра считаются менее эффективными, чем двигатели с одним распределительным валом и клапанами в головке, т.к. большое количество подвижных частей ограничивает скорость, при которой двигатель может безопасно работать.
В двигателе с верхним расположением распределительного вала и штангами коленчатый вал находится в головке цилиндров.
При вращении вала каждый клапан открывается с помощью толкателя, штанги и коромысла. Клапан удерживается в закрытом состоянии пружиной.
Количество зубьев на звездочке ведущей цепи в два раза превышает количество зубьев на шестерне распределительного вала, поэтому вал вращается в два раза медленнее, чем двигатель.
Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке
В некоторых моделях кулачки напрямую воздействуют на короткие рычаги, именуемые пальцами.
Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке содержит меньше деталей для управления клапанами. Кулачки напрямую взаимодействуют с толкателями или короткими рычагами (пальцами), которые, в свою очередь, открывают и закрывают клапаны.
Такая система обладает меньшим весом и технической сложностью, т.к. в ней отсутствуют штанги толкателей и коромысла.
Для управления распределительным валом с помощью звездочки на коленчатом вале часто используется длинная цепь, которая иногда провисает. Эта проблема решается добавлением промежуточных звездочек и нескольких коротких цепей с большим натяжением.
Кроме того, могут быть использованы нерастягиваемые резиновые маслоупорные ремни с зубьями, которые цепляются к звездочкам на распределительном и коленчатом валах.
Зачем менять фазы газораспределения — ДРАЙВ
Качество работы двигателя — его КПД, мощность, крутящий момент и экономичность зависят от многих факторов, в том числе и от фаз газораспределения, то есть от своевременности открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.
В обычном четырёхтактном двигателе внутреннего сгорания клапаны приводятся в действие кулачками распределительного вала. Профиль этих кулачков определяет момент и продолжительность открытия (то есть ширину фаз), а также величину хода клапанов.
В большинстве современных двигателей фазы меняться не могут. И работа таких двигателей не отличается высокой эффективностью. Дело в том, что характер поведения газов (горючей смеси и выхлопа) в цилиндре, а также во впускном и выпускном трактах меняется в зависимости от режимов работы двигателя. Постоянно изменяется скорость течения, возникают различного рода колебания упругой газовой среды, которые приводят к полезным резонансным или, наоборот, паразитным застойным явлениям. Из-за этого скорость и эффективность наполнения цилиндров при различных режимах работы двигателя неодинаковы.
Фазы газораспределения в поршневых двигателях внутреннего сгорания — это моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов (окон).
Так, например, для работы на холостом ходу уместны узкие фазы газораспределения с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия фаз (время, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно). Почему? Потому что так удаётся исключить заброс выхлопных газов во впускной коллектор и выброс части горючей смеси в выхлопную трубу.
Тюнеры часто мудрят со сдвигом фаз при помощи таких сборных звёздочек. Заменив штатный распредвал на «спортивный» с другими фазами, можно добиться существенной прибавки мощности.
При работе на максимальной мощности ситуация сильно меняется. С повышением оборотов время открытия клапанов закономерно сокращается, но для обеспечения высоких крутящего момента и мощности через цилиндры необходимо прогнать куда больший объём газов, нежели на холостом ходу.
Хондовская VTEC (Variable Valve Timing and Electronic Control) так же, как и тойотовская VVT-I (Variable Valve Timing with intelligence), позволяет плавно изменять фазы газораспределения фазовращателем с гидравлическим управлением. Это достигается путём поворота распределительного вала впускных клапанов относительно вала выпускных клапанов в диапазоне 40—60° (по углу поворота коленчатого вала).
Так что при разработке и доводке двигателей конструкторам приходится увязывать ряд взаимоисключающих требований и идти на сложные компромиссы. Посудите сами. С одними и теми же фиксированными фазами двигатель должен обладать неплохой тягой на низких и средних оборотах, приемлемой мощностью — на высоких.
Но конструкторы такие задачи уже давно щёлкают как семечки и способны при помощи сдвига и изменения ширины фаз газораспределения менять характеристики двигателя до неузнаваемости. Поднять момент? Пожалуйста. Повысить мощность? Не вопрос. Снизить расход? Не проблема. Правда, подчас получается так, что при улучшении одних показателей приходится жертвовать другими.
Doppel-VANOS (Doppel Variable Nockenwellen Steuerung) от BMW умеет двигать фазы плавно от начального до конечного значения. При помощи гидравлики система заведует как процессами впуска, так и выпуска.
А что если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы двигателя? Запросто. Благо способов для этого придумана масса. Один из них — применение фазовращателя — специальной муфты, которая способна под действием управляющей электроники и гидравлики поворачивать распределительный вал на определённый угол относительно его первоначального положения.
Наиболее часто такая система устанавливается на впуске. С повышением оборотов муфта проворачивает вал по ходу вращения, что ведёт за собой более раннее открытие впускных клапанов и как следствие — лучшее наполнение цилиндров на высоких оборотах.
Механизм газораспределения 3,2-литровой «шестёрки» FSI от Audi приводится цепями со стороны маховика. У каждого распределительного вала свой фазовращатель.
Но неуёмные инженеры не остановились на этом и разработали ряд систем, способных не только двигать фазы, но и расширять или сужать их. В зависимости от конструкции это может достигаться несколькими способами. Например, в тойотовской системе VVTL-i после достижении определённых оборотов (6000 об/мин) вместо обычного кулачка в работу начинает вступать дополнительный — с изменённым профилем. Профиль этого кулачка задаёт иной закон движения клапана, более широкие фазы и, кстати, обеспечивает больший ход. При раскрутке коленчатого вала до максимальных оборотов (около 8500 об/мин) на частоте вращения в 6000—6500 об/мин у двигателя словно открывается второе дыхание, которое способно придать автомобилю резкий и мощный подхват при ускорении.
Система Valvetronic позволила отказаться от дроссельной заслонки, система меняет и степень открытия клапанов и фазы. Применяется она на моторах BMW с 2001 года. Ход клапана меняется при помощи электродвигателя и сложной кинематической схемы и пределах 0,2–12 мм.
Изменять момент и продолжительность открытия — это замечательно. А что если попробовать изменять высоту подъёма? Ведь такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и переложить процесс управления режимами работы двигателем на газораспределительный механизм (ГРМ).
Аналогичная система от немецкой компании Mahle.
Чем вредна заслонка? Она ухудшает наполнение цилиндров на низких и средних оборотах. Ведь во впускном тракте под прикрытым дросселем при работе двигателя создаётся сильное разрежение. К чему оно приводит? К большой инертности разреженной газовой среды (топливовоздушной смеси), ухудшению качества наполнения цилиндра свежим зарядом, снижению отдачи и уменьшению скорости отклика на нажатие педали газа.
Система Variable Valve Event and Lift System (VEL), разработанная Ниссаном, напоминает баварский Valvetronic. Специальный эксцентрик, который приводится от электродвигателя, смещает точку опоры коромысла, и за счёт этого изменяет ход клапана. Высота подъёма варьируется в пределах 0,5–2 мм.
Поэтому идеальным вариантом было бы открывать впускной клапан только на время, необходимое для достижения нужного наполнения цилиндра горючей смесью. Ответ инженеров — механическая система управления подъёмом впускных клапанов. В таких системах высота подъёма и, соответственно, продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. По разным данным, экономия от применения системы бездроссельного управления может составлять от 8% до 15%, прирост мощности и момента в пределах 5—15 %. Но и это не последний рубеж.
Так работает «трёхступенчатый» i-VTEC (Intelligent Variable Valve Timing and Lift Electronic Control).
На низкой частоте вращения топливо экономится благодаря тому, что половина впускных клапанов практически дезактивирована. При переходе на средние обороты ранее «дремавшие» клапаны включаются в работу, но их амплитуда не максимальна. На мощностных режимах впускные клапаны начинают работать от единственного центрального кулачка. Он обеспечивает максимальный подъём клапанов, кроме того, его профиль специально заточен под мощностные режимы. Управление режимами осуществляется гидравликой и электроникой.
Несмотря на то что количество и размеры клапанов приблизились к максимально возможным, эффективность наполнения и очищения цилиндров можно сделать ещё выше. За счёт чего? За счёт скорости открытия клапанов. Правда, механический привод здесь сдаёт позиции электромагнитному.
Осенью 2007 года Toyota запустит в производство моторы с газораспределительным механизмом Valvematic, который будет изменять не только фазы газораспределения, но и высоту подъёма впускных клапанов.
Не секрет, что многие производители достаточно давно применяют подобные системы. Но Toyota в серию такую систему запускает впервые. Мощность двухлитрового атмосферника 1AZ-FE, благодаря новому газораспределительному механизму, удалось поднять со 152 до 158 сил, а момент — с 194 до 196 Нм.
В чём ещё плюс электромагнитного привода? В том, что закон (ускорение в каждый момент времени) подъёма клапана можно довести до идеала, а продолжительность открытия клапанов позволяется менять в очень широких пределах. Электроника согласно прописанной программе время от времени ненужные клапаны может не открывать, а цилиндры отключать вовсе. Зачем? В целях экономии, например, на холостом ходу, при движении в установившемся режиме или при торможении двигателем. Да что режимы — прямо во время работы электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный. Интересно, скоро ли появятся такие системы на конвейере?
А это схема работы механизма VVTL-i, предложенная компанией Toyota.
Здесь высота подъёма и продолжительность открытия обоих впускных клапанов изменяются скачкообразно. При работе двигателя на частотах вращения коленчатого вала до 6000 об/мин высота подъёма и продолжительность открытия обоих клапанов задаются кулачком (1), который через рокер (5) воздействует на оба клапана. На оборотах выше 6000 закон движения клапанов задаётся более высоким кулачком (2). Чтобы ввести его в строй, нужно переместить сухарь (3) вправо (сухарь перемещается под давлением масла, которое в нужный момент повышается в управляющей магистрали). После того как сухарь переместился вправо, кулачок (2) через шток (4), который до этого времени свободно качался, начинает воздействовать на клапаны через рокер.
Опытный образец четырёхцилиндрового мотора с электромагнитным приводом клапанов и непосредственным впрыском был создан компанией BMW. Здесь количество воздуха, поступающего в цилиндр, регулируется продолжительностью открытия клапана, ход при этом не регулируется.
Якорь подпружиненного клапана помещён между двумя мощными электромагнитами, которые призваны удерживать его только в крайних положениях. Чтобы предотвратить ударные нагрузки, каждый раз при приближении к крайнему положению клапан тормозится. Положение и скорость перемещения клапана фиксируются специальным датчиком.
Пожалуй, дальнейшее увеличение эффективности работы мотора за счёт ГРМ уже невозможно. Выжать ещё больше мощности и момента с того же объёма при меньшем расходе можно будет только с применением иных средств. Например, комбинированного наддува или конструкций, изменяющих степень сжатия, других видов топлива. Но это — уже совсем другой разговор.
Клапан двигателя. Назначение, устройство, конструкция
Это деталь двигателя и одновременно крайнее звено газораспределительного механизма. Клапанная группа включает в себя: пружину, направляющую втулку, седло, механизм крепления пружины. Все эти детали работают в тяжёлых механических и тепловых условиях, испытывая колоссальные нагрузки.
Сопряжение седло-клапан, подвергается наибольшему воздействию высоких температур и ударных нагрузок. Кроме того, детали постоянно испытывают недостаток в смазке по причине высоких скоростей работы. Это вызывает их интенсивный износ.
Требования, предъявляемые к группе:
- Герметичность работы клапана в сопряжении с седлом;
- Высокий коэффициент обтекаемости, при входе и выходе рабочей смеси из камеры сгорания;
- Небольшой вес деталей группы;
- Детали должны быть высокопрочными и одновременно жёсткими;
- Стойкость к высоким температурам;
- Эффективная теплоотдача клапанов;
- Высокое сопротивление механическим и ударным нагрузкам;
- Противодействие коррозии.
Назначение и особенности устройства
Назначение клапана, открывать и закрывать отверстия в головке блока цилиндров для выпуска отработанных газов либо впуска новой рабочей смеси. К основным элементам детали относятся головка и стержень.
Переход от стержня к головке служит для плавного отвода газов, чем он плавней, тем лучше будет наполнение, либо очистка камеры сгорания.
Отработанные газы, выходя из камеры сгорания, создают сильное избыточное давление, а чем меньше площадь тарелки клапана, тем меньшие нагрузки он испытывает, вот почему выпускной клапан двигателя делается меньшего диаметра, а требования к нему выше. Так, при работе, головка выпускного клапана нагревается до 800-900.°С на бензиновых двигателях и до 500-700°С на дизельных моторах, впускной, нагревается до 300°С.
Именно по этим причинам при изготовлении выпускных клапанов нужны сплавы и материалы, обладающие повышенной жаропрочностью и содержащие большое количество легирующих присадок. Клапана делают из 2-х частей: головку из жаростойкого материала, стержень из углеродистой стали. Для изготовления клапана ДВС эти заготовки сваривают и шлифуют.
Выпускные клапана, в месте контакта с цилиндром, покрывают твёрдым сплавом. Толщина сплава порядка 1,5-2,5 мм.
Такое покрытие позволяет избежать коррозии.
По причине меньших нагрузок при изготовлении впускных клапанов используют хромистые или хромоникелевые стали со средним содержанием углерода. При вводе рабочей жидкости в камеру сгорания, топливо отводит часть температуры от клапана и его составляющих, из-за чего температурные перепады у него ниже.
На эффективность работы клапана большое влияние оказывает его форма. Чем более она обтекаемая, тем выше скорость входящего или выходящего заряда смеси. Чаще всего головку клапана делают плоской, для облегчения изготовления детали, удешевления её производства и сохранения жёсткости.
Однако, в двигателях, испытывающих повышенные нагрузки, например, форсированных, в связи со спецификой самого двигателя применяют впускные клапана с вогнутыми головками. Такое устройство уменьшает массу детали и инерционную силу, возникающую при работе.
Стыковка клапана с седлом осуществляется по тонкому ободку на поверхности головки цилиндров — фаске.
Стандартный угол наклона фаски впускных клапанов составляет 45°, у выпускных 45° или 30°. При изготовлении головок цилиндра фаски шлифуют, а затем, при установке клапана, каждый притирают к седлу. Ширина ободка должна быть не менее 0,8мм.
Ободок не должен прерываться по всему периметру окружности тарелки клапана. Сочленение между клапаном и седлом нужно уплотнить наверняка, вот зачем угол фаски клапана, по наружной стороне фаски, делают меньше угла седла на 0,5-1°.
В некоторых двигателях, для большей сохранности изделия, применяют устройство принудительного вращения клапана. В процессе работы на фасках откладывается нагар, нарушается уплотнение, появляются механические повреждения, это резко снижает эффективность работы мотора. Проворачиваясь, клапан ДВС распределяет нагрузку равномерно по всей поверхности фаски и принудительно очищает ее.
После фаски головки, у клапана имеется специальный поясок, в виде цилиндра. Эта конструктивная особенность позволяет уберечь его от перегрева и обгорания, а так же делает головку более жёсткой.
Кроме того, при притирке, диаметр клапана остаётся прежним.
Пружинное стопорное кольцо предотвращает падение клапана в камеру сгорания двигателя, в случае, если элементы крепления хвостовика поломаются.
При соприкосновении с кулачком распределительного вала, или коромыслом, торцы клапана подвергаются большим нагрузкам. Поэтому для предания им жёсткости и износостойкости, их закаливают, или надевают на них специальные колпачки из высокопрочных сплавов.
Впускные клапана снабжают специальными резиновыми маслосъёмными колпачками, для предотвращения попадания через зазор масла в камеру сгорания в период такта впуска.
Выпускные клапана, работая в экстремальных температурных режимах, могут заклинить в отверстии направляющей втулки. Что бы этого не произошло, их стержни делают меньшего диаметра вблизи головки, по сравнению с поверхностью на остальной длине.
Сухарики, удерживающие клапанные пружины, держатся за сам клапан при помощи крепления, обеспеченного выточками.
Диаметр стержня выпускных клапанов больше диаметра стержня впускных, головка клапана — меньше. Такой конструктивный приём позволяет отвести от клапана больше тепла и понизить его температуру. Однако этот приём увеличивает сопротивление потока газов, делая очистку камеры сгорания менее эффективной. При расчётах, этот параметр сложно узнать, поэтому им пренебрегают, считая давление при выпуске большим, чем давление при впуске, что компенсирует недостаток с лихвой.
Для увеличения эффекта охлаждения выпускного клапана внутри его делают пустотелым. Пустое пространство заполняют металлом с низкой температурой плавления, обычно жидким натрием. Нагреваясь от головки клапана, пары жидкого натрия поднимаются в верхнюю, боле холодную часть, забирая большую часть тепла с собой. Там они соприкасаются с менее нагретой частью стержня и отдают тепло ей.
Пружины клапана
Пружина работает в условиях больших нагрузок. Основная её задача заключается в создании надёжной и плотной стыковки клапана и седла.
Испытывая нагрузки, пружина может сломаться, зачастую это происходит по причине вхождения её в резонанс. С целью предотвращения этого явления, витки пружины делают с переменным шагом.
Так же можно изготовить коническую или двойную пружину. Двойные пружины обладают дополнительным плюсом, так как наличие двух деталей повышает надёжность механизма и уменьшает общий размер пружин.
Дабы исключить возможность резонанса в двойной пружине, направление витков внутренней и внешней пружин делают разными. Так же это позволяет удержать обломки детали, в случае поломки пружины, осколки задержатся между витками.
Пружины для клапанов изготавливают из проволоки, материал которой — сталь. После придания формы, изделие закаляют и подвергают отпуску. Для повышения прочности, обдувают воздухом с добавлением абразивного материала.
Что бы избежать коррозии, пружины обрабатывают оксидом цинка или кадмия. Концы пружин шлифуют и придают им плоскую форму. Это делается для более эффективной фиксации торцов пружин со специальными неподвижными тарелками в блоке цилиндров.
Тарелки изготавливают из стали с низким содержанием углерода, верхнюю тарелку фиксируют на клапане при помощи сухарика.
Втулки клапанов и их направляющие
Отвод тепла от стержня клапана и его перемещение в возвратно поступательной плоскости обеспечивают направляющие втулки. В процессе работы сами втулки подвергаются воздействию высоких температур, омываясь горячими отработанными газами. При возвратно поступательном движении клапана между ним и поверхностью втулки возникает трение. Если смазки поступает не достаточно, то трение идёт практически на сухую.
Именно по этой причине к материалу втулок применяют ряд требований, таких, как: стойкость к износу, высоким температурам, трению. Некоторые составы чугуна, алюминиевая бронза, керамика обладают всеми свойствами, необходимыми для создания детали, удовлетворяющей таким требованиям.
Для впускных клапанов, в связи с разницей в температуре нагрева, зазоры между направляющей втулкой и стержнем делаются меньше.
Нижнюю часть втулки делают под конус для предотвращения заклинивания клапана.
Выточки под клапана (седла)
Долговечность и правильная работа двигателя внутреннего сгорания напрямую зависят от качества изготовления выточки под клапана. При неправильной стыковке клапана и седла не будет обеспечиваться должная герметичность камеры сгорания, и скорый выход мотора из строя неизбежен. Седла изготавливают непосредственно в головке цилиндра, в данном случае речь идёт о чугунных головках. Либо делают их вставными, из стали, например, в алюминиевых головках.
Вставные седла удерживаются в головке путём запрессовки, или развальцовки.
Количество клапанов в двигателе
Когда речь заходит о клапанах, многие задаются вопросом: «сколько клапанов в двигателе должно быть?» Однозначного ответа нет, определить чёткое количество можно только изучив конструктивные особенности мотора. Учитывая, что в четырёхтактной силовой установке клапан осуществляет такты впуска и выпуска, значит минимальное количество на один цилиндр — два, один впускной и один выпускной.
Современные силовые установки наиболее часто используют конструкцию с четырьмя клапанами (двух впускных и двух выпускных) на каждый цилиндр. При открытии клапана в образовавшееся отверстие происходит заброс топливной смеси, или выход отработанных газов. Чем больше отверстие, тем эффективней будет наполнение или очистка. Соответственно коэффициент полезного действия мотора так же увеличится.
Увеличить отверстие за счёт увеличения тарелки клапана нельзя, поскольку её размер ограничен размером камеры сгорания. Поэтому для улучшения качества смесеобразования устанавливают большее количество клапанов на один цилиндр.
Встречаются схемы, в которых применяются два, три, и даже пять клапанов на цилиндр. Учитывая, что процесс наполнения более важен для работы двигателя, количество впускных клапанов в нечётных схемах всегда больше.
Клапаны, устройство и назначение клапана
Кла́пан — это устройство, предназначенное для открытия, закрытия, а также регулирования потока горючей смеси, которая попадает в цилиндры двигателя и выпуска отработавших газов.
Для нормальной работы четырехтактного двигателя требуется, как минимум, по два клапана на каждый цилиндр — впускной клапан и выпускной клапан. В данный момент широкое распространение получили клапаны тарельчатого типа со стержнем. Для качественного наполнения цилиндра горючей смесью диаметр тарелки впускного клапана делается немного больше, чем у выпускного.
Из чего изготавливают клапана
Седла клапанов изготавливаются из чугуна или стали, затем запрессовываются в головку блока цилиндров. Клапаны во время работы двигателя подвержены значительным механическим и тепловым нагрузкам, поэтому необходимо подбирать специальный сплав для изготовления детали.
Клапана для высокофорсированных двигателей должны хорошо охлаждаться, поэтому в них применяют клапаны с полым стержнем, с наполнением натрия внутри. При достижении рабочей температуры натрий плавится и начинает перетекать от тарелки клапана, к стержню равномерно распределяя тепло.
Для равномерности теплопередачи и уменьшения нагара на фасках клапана применяют механизмы вращения клапана.
Виды ГРМ
Существуют следующие виды газораспределительных механизмов: нижнеклапанный ГРМ и верхнеклапанный ГРМ. Сегодня, на современных автомобилях, используются только верхнеклапанные ГРМ, когда клапаны располагаются в головке цилиндров.
Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью клапанной пружины, а открывается при нажатии на стержень клапана. Клапанные пружины должны иметь определенную жесткость (оптимальную, чтобы не увеличивать ударную нагрузку на седло клапана) для гарантированного закрытия клапана во время работы.
Чтобы снизить потери на трение в ГРМ применяют ролики, которые установлены на рычагах и толкателях привода клапанов. Применение роликов в клапанном механизме заменяет трение скольжения, на трение качение, что значительно уменьшает потери на привод клапанов.
При открытии впускного клапана проходит топливно-воздушная смесь (или воздух) наполняя цилиндр двигателя. Чем больше площадь проходного сечения, тем полнее заполнится цилиндр, что приводит к повышению выходных показателей цилиндра при рабочем ходе. Для улучшения очистки цилиндров от продуктов сгорания увеличивают диаметр тарелки выпускного клапана. Правда, размеры тарелок клапанов ограничены размером камеры сгорания, выполненной в головке цилиндров. Многое также зависит от регулировки клапанов.
Применение четырех клапанов на цилиндр началось еще в 1912 г. на двигателе автомобиля PeugeotGranPrix. Широкое использование такой схемы в серийном производстве легковых автомобилях началось только в конце 1970-х гг. Сегодня ГРМ с четырьмя клапанами на цилиндр стали практически стандартными для двигателей европейских и японских легковых автомобилей.
Mercedes выпускает двигатели, которые имеют по три клапана на цилиндр, два впускных и один выпускной, с двумя свечами зажигания (по одной с каждой стороны от выпускного клапана).
Существует практика использования даже 5 клапанов на цилиндр (3 впускных и 2 выпускных). Такой технологией практикует автомобильная группа Volksvagen-Audi, но при этом значительно усложняется привод клапанного механизма.
Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Для того, чтобы понять принцип работы ГРМ, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении. Давайте разберемся со всем более подробно:
В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень.
Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.
Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.
Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала.
Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.
Технические характеристики двигателя.Характеристики двигателя При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.
Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее.
Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.
Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части.
Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).
Первый такт — такт впуска
Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.
Второй такт — такт сжатия
Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.
Третий такт — рабочий ход
Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ.
Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.
Четвертый такт — такт выпуска
Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан.
Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.
После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.
Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания.
Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.
Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку.
Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.
Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.
Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.
Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.
Принцип работы ГРМ
Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.
При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается.
Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.
Кривошипно-шатунный механизм
Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и, наоборот.
Устройство КШМ
Поршень
Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.
Шатун
Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяя, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала.
Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.
Коленчатый вал
Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.
Маховик
Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.
Блок и головка цилиндров
Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия).
В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.
В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.
Принцип работы 16 клапанного двигателя
На чтение 6 мин. Просмотров 11.5k.
Сегодня будет рассказано о том, что такое 16 клапанный двигатель, каков принцип его работы, а так же затронем тему преимуществ этого агрегата над 8 клапанным.
16 клапанный двигатель
В настоящее время именно 16 клапанный двигатель взят за основу работы многих
автомобилей. Это и не странно, ведь он отличается высокой степенью экономичности и
надежности. Для 8 клапанного двигателя такие характеристики в плене эксплуатации
попросту недостижимы. Что касается воздействия на окружающую среду, то эти
экземпляры в процессе своей работы оказывают на нее минимальное отрицательное
влияние. Это очень важно в эпоху, когда растительность и свежий воздух становятся чем-
то экстравагантным. Не стоит забывать и об экономичности 16 клапанного двигателя. Он
потребляет на несколько процентов меньше горючего, чем его 8 клапанный собрат.
Именно о поколении шестнадцатиклапанных агрегатов сегодня и пойдет речь. Не забудем
мы и о принципе работы этого устройства.
Устройство и работа
Начать разговор, разумеется, нужно с устройства 16 клапанного двигателя. На каждый
цилиндр в моторе в данном случае будет приходиться по 2 клапана.
Это не единственное
отличие данного агрегата от своего младшего собрата. Здесь монтируется целых 2
распределительных вала. Для 16 клапанного двигателя это норма. Один из распредвалов
отвечает за управление удалением отработанных газов, то есть, по сути, осуществляет
процесс выпуска. Второй при этом полностью берет на себя открытие впускных клапанов,
которые поставляют свежую порцию горючего в цилиндры. Для этого двигателя
характерно, что с одной стороны происходит поступление бензина или дизеля к рабочему
органу, а с другой — удаляются все отработанные вещества. По сути, смешивания не
происходит. Благодаря этому и происходит экономия. Только для 16 клапанного
двигателя это характерно.
Так как строение цилиндров несколько изменено, это не могло сказаться на камере
сгорания. Она имеет некоторые отличительные особенности в своей структуре. Благодаря
новому построению в цилиндрах в значительной степени снижен риск детонации.
Опасность этого страшного явления практически сведена к минимуму. Это так же не
могло ни сказаться на популярности двигателя данного типа. Даже если человек заливает
в бензобак горючее низкого качества, на работу двигателя это не оказывает практически
никакого влияния. Разумеется, машина будет работать не так качественно, как на хорошем
горючем, но при этом никакой детонации не произойдет. Очень важный аспект, благодаря
которому каждый водитель, который страдает невнимательностью при выборе бензина,
может быть спокоен за свое существование и работу своего двигателя.
Что касается системы охлаждения, то в таких моторах она работает достаточно стабильно.
Это сказывается на их продолжительности жизни, которая значительно продлевается.
Преимущества
Здесь их вытекает огромное количество. Принцип работы шестнадцатиклапанного
двигателя говорит нам о том, что цилиндры в гораздо большей степени наполняются
смесью горючего, а это напрямую влияет на выходную мощность агрегата.
она возрастает.
Причем, коэффициент полезного действия остается на высоте.
Это не единственное преимущества данной модели двигателя. Как уже отмечалось ранее,
построение камеры сгорания дает возможность защитить себя от случайной детонации,
даже если в бак льется не совсем качественное топливо. Современная действительность
такова, что на многих АЗС именно таковое и распространяется.
Система охлаждения таких агрегатов построена уникальным образом, что позволяет
долгие годы эксплуатировать 16 клапанный двигатель без особых проблем.
Компоновка устройств в камере сгорания позволяет разнести между собой такты впуска и
выпуска. Это очень сильно сказывается на КПД механизма.
Еще одной отличительной чертой данной модели является улучшение тяги на больших
оборотах. Принцип работы 8 клапанного агрегата не позволяет этого сделать.
Модернизация
Разумеется, многие люди, которые имеют в своем арсенале только 8 клапанный двигатель,
рано или поздно начинают задумываться о том, чтобы увеличить его мощность и
повысить КПД.
Это можно сделать путем модернизации. По сути, она сводится к тому,
что одна головка меняется на другую. Только на новой будет присутствовать 16 клапанов.
Первая проблема, с которой придется столкнуться автолюбителю — это несоответствие
диаметров и длины болтов, которые крепят головку на ее законном месте. Здесь придется
проявить смекалку и хитрость. Так как для крепления 16 клапанной головки двигателя
используются болты с меньшим диаметром, новы модифицированные крепежи будут
иметь большее значение этого параметра, то для них придется заранее подготовить
головку, то есть попросту рассверлить уже готовые отверстия. Их длина при этом будет
оставаться неизменной. Прокладку блока цилиндров так же придется поменять. Это и
естественно, ведь старая предназначена для крепления другой головки. Если этого не
сделать, то герметизация может быть попросту нарушена.
Перед тем, как установить головку, придется внести изменения в конструкцию и самого
блока цилиндров.
Конструкция поршней, которые используются для данного агрегата,
несколько отличается от тех, которые использовались в 8 клапанниках. Их попросту
нужно заменить.
Когда мы говорим о старой модели автомобиля, то вполне вероятно, что шатуны в не так
же имеют не те стандарты, которые необходимы для монтажа новинки. Здесь придется так
же потратить лишнюю копеечку, что бы произвести замену. Это характерно для машин,
которые выпускались еще в 80 и 90 годах прошлого столетия. Примером могут служить
ВАЗ 2108 или Ваз 2109.
не может модернизация двигателя не сказываться и на проводке и работе блока
управления. Некоторые датчики в шестнадцатиклапанном варианте смещены от
стандартного расположения. Придется приобрести несколько метров провода, чтобы
нарастить те элементы, до которых достать будет проблематично.
Для тех людей, кто хочет сэкономить на монтаже, есть еще несколько вариантов того, как
можно это сделать. Патрубок можно не менять, а произвести его модернизацию.
Это позволит сохранить некоторое количество денежных средств, которое тратится на
приобретение коллектора с катализатором.
После того, как работа, связанная с тюнингом завершена, можно направиться к
специалисту по настройке двигателя. Он с помощью компьютера и соответствующего
программного обеспечения произведет отладку работы устройства. В противном случае
могут возникать самые разнообразные проблемы, ведь изменения самого мотора будут
весьма глобальными.
Таким образом, в настоящее врем шестнадцатиклапанные двигатели становятся все
актуальнее. они устанавливаются практически на все автомобили отечественного и
зарубежного производства. Это позволяет увеличить коэффициент полезного действия, и
значительно повысить мощностные характеристики агрегатов. Как видно,
самостоятельный тюнинг так же возможен. В этом нет ничего сверхъестественного.
Клапан двигателя
Клапан – деталь газораспределительного механизма.
Клапанный механизм (механизм привода клапанов) является составной частью газораспределительного механизма (ГРМ).
ГРМ бывает нижнеклапаннымм и верхнеклапаннымм. Современные силовые агрегаты повсеместно имеют верхнее расположение клапанов.
Клапан реализует прямую подачу в цилиндры определенной порции топливно-воздушной смеси или только воздуха, а также осуществляет выпуск отработавших газов. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания для нормальной работы требуется не менее двух клапанов на один цилиндр.
Клапаны бывают двух видов, что зависит от их прямой функции:
- впускной клапан;
- выпускной клапан;
Сегодня на современные моторы устанавливаются клапаны тарельчатого типа, которые имеют стержень. Устройство клапана включает в себя так называемую тарелку клапана. Наиболее распространенная конструкция ДВС получила клапаны, которые находятся в головке блока цилиндров (ГБЦ). То место, где клапан контактирует с ГБЦ, получило название седло клапана.
Седло клапана ДВС стальное или чугунное, запрессовано в головку блока цилиндров.
Максимально качественное наполнение цилиндра двигателя топливно-воздушной смесью или воздухом требует того, чтобы диаметр тарелки впускного клапана был больше, чем у выпускного клапана. Впускные и выпускные клапаны имеют определенные отличия по этой причине. Впускной клапан зачастую получает больший диаметр своей тарелки. Это сделано для того, чтобы улучшить наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью или только воздухом.
Что касается выпускного клапана, в увеличении диаметра его тарелки необходимость также присутствует. Это необходимо для лучшей очистки цилиндров от продуктов сгорания. Отметим, что размер тарелки впускного и выпускного клапанов ограничен размерами самой камеры сгорания, которая изготовлена в ГБЦ. Качественное наполнение цилиндров и очистка реализуются не путем увеличения диаметра тарелки одного клапана, а путем установки большего количества клапанов на один цилиндр.
Клапаны ДВС в процессе работы мотора испытывают серьезные механические и тепловые нагрузки.
По этой причине их изготавливают из особых жаростойких и износостойких металлических сплавов. Кромка тарелки клапана может быть усиленной, иногда сама тарелка усиливается при помощи керамического напыления. Что касается стержня, то для впускного клапана предусмотрен цельнометаллический стержень. Выпускной клапан имеет полый стержень, дополнительно получает натриевое наполнение для улучшения охлаждения тарелки клапана.
Повышенное внимание уделяется вопросу охлаждения именно выпускных клапанов, особенно для производительных силовых агрегатов. Выпускные клапана подвержены тепловой нагрузке намного больше впускных. Как уже было сказано, клапаны в таких моторах имеют полый стержень, который внутри наполнен натрием. Такое решение является эффективным способом охлаждения. Указанный натрий при выходе мотора на рабочую температуру плавится внутри полого стержня клапана, а затем в расплавленном виде течет. Так осуществляется перенос избытков тепла от разогретой тарелки клапана к его стержню.
Место прилегания тарелки клапана к блоку называется фаской. Для того чтобы фаска не страдала от скопления нагара, а также было реализовано равномерное распределение тепла, в конструкции клапанного механизма используются решения для вращения (проворачивания) клапана в процессе работы ДВС.
Современное устройство наиболее распространенного двигателя предполагает схему с четырьмя клапанами, что означает наличие двух впускных и двух выпускных клапанов на каждый отдельный цилиндр. В момент открытия (клапан опускается) впускного клапана образуется кольцевой проход. Через этот проход между тарелкой клапана и седлом клапана в цилиндр попадает топливно-воздушная смесь или только воздух. От площади проходного сечения будет зависеть эффективность наполнения цилиндра, что далее влияет на показатели производительности при рабочем ходе поршня.
Могут также встречаться двухклапанные, трехклапанные и пятиклапанные схемы устройства ГРМ. В первом случае используется только один впускной и один выпускной клапан на цилиндр. Для трехклапанных схем характерно наличие двух впускных и одного выпускного клапана. Схема на пять клапанов означает, что стоят три впускных и два выпускных клапана. Количество клапанов на цилиндр зависит от общего размера камеры сгорания конкретного двигателя, реализации привода клапанов, степени форсировки мотора, а также ряда других факторов.
Открытие клапана реализовано при помощи нажатия на клапанный стержень. За открытие отвечает привод клапана. Указанный привод обеспечивает передачу усилия от распределительного вала (распредвала). В современных двигателях используются две базовые схемы привода клапанов: привод посредством гидравлических толкателей клапана и реализация привода при помощи роликовых рычагов.
Закрытие клапана в процессе работы ДВС осуществляется при помощи специальной пружины определенной жесткости.
Жесткость такой пружины должна быть ограниченной, чтобы не создавать больших ударных нагрузок на седла клапанов. Сила воздействия пружины заставляет тарелку клапана герметично перекрывать впускной или выпускной канал. Пружина клапана крепится на стержне посредством тарелки клапанной пружины и сухарей. Во время работы мотора, особенно под нагрузкой, могут возникать резонансные колебания на клапанах. Для устранения этого нюанса могут быть установлены сразу две клапанные пружины с разнонаправленными витками.
Жесткость таких пружин меньше по сравнению с решениями, которые получили только по одной пружиной. Использование двух пружин подразумевает то, что они навиты в разные стороны. Это сделано для предотвращения заклинивания клапана в результате поломки одной пружины. Так инженеры исключили риск попадания витков одной пружины клапана между витками другой. Для уменьшения трения клапанный механизм конструктивно имеет вышеупомянутые ролики (роликовый рычаг), которые находятся на толкателях и рычагах привода клапанов.
Читайте также
Каковы функции клапанов в двигателе?
мая. 29, 2020
Клапаны двигателя расположены в головке блока цилиндров. Основная функция клапана двигателя — впускать и выходить воздух из цилиндра. Воздух используется для зажигания топлива, которое толкает поршни вверх и вниз.
Клапаны двигателя бывают двух типов: впускной и выпускной.
Конечно, впускной клапан пропускает воздух, а выпускной клапан выпускает воздух.Чем больше воздуха вы всасываете и вынимаете, тем эффективнее будет двигатель и, следовательно, выработка мощности. Вот почему клапаны двигателя играют решающую роль в работе двигателя.
Поршень перемещается в цилиндре вверх и вниз. В верхней части хода поршня находятся клапаны. В зависимости от производителя, количество клапанов разное. Поскольку поршень расположен в нижней части цилиндра, впускной клапан открывается, чтобы впустить воздух, а затем закрывается, чтобы сделать цилиндр воздухонепроницаемым и обеспечить сжатие.
Как только поршень пройдет такт сжатия и зажигания, выпускной клапан откроется для выпуска. А потом закрылся. Но вы можете спросить, как клапан открывается и закрывается? Есть вал, который приводит в движение все клапаны, называемый распределительным валом. Для получения дополнительной информации о распределительных валах обязательно проверьте звенья распределительного вала.
Сам клапан состоит из круглой головки, соединенной с длинным штоком. Шток проходит в трубке клапана, поэтому клапан может перемещаться только вверх и вниз, а не влево и вправо.
Клапан состоит из двух частей, которые затем свариваются. Головка обычно изготавливается из нержавеющей стали, а шток — из высокоуглеродистой стали. Клапаны в основном изготавливаются из закаленной стали или из более экзотических материалов, таких как титан в высокопроизводительных двигателях.
Когда клапан закрыт, он контактирует с поверхностью вокруг отверстия. Поверхность, на которой установлен клапан, называется седлом.
Седло должно быть гладким, поскольку оно обеспечивает уплотняющую поверхность, а максимальный контакт между клапаном и седлом гарантирует, что головка блока цилиндров поглощает тепло от клапана.Для чугунных головок седло будет обработано непосредственно в головке, в то время как для более мягких алюминиевых головок, не устойчивых к коррозии выхлопных газов, седло будет сделано из более прочного металла и вдавлено в головку.
Впускной и выпускной клапаны при работе нагреваются. Это тепло должно рассеиваться, прежде всего, через поверхность клапана, седло клапана и головку блока цилиндров, где оно уносится протекающей охлаждающей жидкостью. Тепло также поднимается по штоку и попадает в головку клапана через канал клапана.Некоторые хорошо работающие стебли наполнены натрием, который плавится и встряхивается внутри стебля для улучшения теплопередачи.
Выхлопные клапаны служат дольше, чем впускные клапаны, и подвергаются более высоким температурам из-за того, что вокруг них и за ними протекает горячий выхлопной газ.
Их срок службы находится в тесном контакте с высокотемпературными и агрессивными выхлопными газами, поэтому они изготовлены из особо прочных, жаропрочных и устойчивых к коррозии материалов.
Приведенная выше информация предоставлена производителем клапанов для дизельных двигателей .
Все о клапанах двигателя
Изображение предоставлено: Максим Вивцарук / Shutterstock.com
Клапаны двигателя — это механические компоненты, используемые в двигателях внутреннего сгорания, чтобы разрешать или ограничивать поток жидкости или газа в камеры сгорания или цилиндры и из них во время работы двигателя. Функционально они работают аналогично многим другим типам клапанов в том, что они блокируют или пропускают поток, однако они представляют собой чисто механическое устройство, которое взаимодействует с другими компонентами двигателя, такими как коромысла, для открытия и закрытия в правильной последовательности и с правильный выбор времени.
Термин «клапан двигателя» может также относиться к типу обратного клапана, который используется для впрыска воздуха в составе систем контроля выбросов и рециркуляции выхлопных газов в транспортных средствах. Этот тип клапана двигателя не рассматривается в этой статье.
Клапаны двигателей являются общими для многих типов двигателей внутреннего сгорания, независимо от того, работают ли они на таком топливе, как бензин, дизельное топливо, керосин, природный газ (СПГ) или пропан (LP). Типы двигателей различаются количеством цилиндров, которые представляют собой камеры сгорания, вырабатывающие энергию от воспламенения топлива.Они также различаются типом работы (2-тактный или 4-тактный) и конструктивным размещением клапанов внутри двигателя [верхний клапан (OHV), верхний кулачок (OHC) или клапан в блоке (VIB)]. .
В этой статье кратко описывается работа клапанов двигателя в типичных двигателях внутреннего сгорания, а также представлена информация о типах клапанов, их конструкции и материалах.
Дополнительную информацию о других типах клапанов можно найти в нашем соответствующем руководстве «Общие сведения о клапанах».
Номенклатура клапанов двигателя
Большинство клапанов двигателя сконструированы как клапаны тарельчатого типа из-за их толкающего движения вверх и вниз и имеют головку клапана с коническим профилем, которая прилегает к механически обработанному седлу клапана, чтобы перекрыть проход жидкостей или газов. Их также называют грибовидными клапанами из-за характерной формы головки клапана. На рисунке 1 показана номенклатура различных элементов типичного клапана двигателя.
Рисунок 1 — Номенклатура стандартного тарельчатого клапана двигателя.
Изображение предоставлено: https://dieselnet.com
Двумя основными элементами являются шток клапана и головка клапана. Головка содержит галтель, ведущий к поверхности седла, которая обрабатывается под определенным углом, чтобы соответствовать механической обработке седла клапана, с которым она будет соответствовать.
Посадка поверхности клапана на седло клапана — это то, что обеспечивает уплотнение клапана против давления сгорания.
Шток клапана соединяет клапан с механическими элементами в двигателе, которые приводят в действие клапан, создавая силу для перемещения штока против давления в седле, создаваемого пружиной клапана.Стопорная канавка используется для удержания пружины в нужном положении, а кончик штока клапана многократно контактирует с коромыслом, толкателем или толкателем, приводящим в действие клапан.
Работа двигателя
В четырехтактных или четырехтактных двигателях внутреннего сгорания используются два основных типа клапанов — впускной и выпускной. Впускные клапаны открываются, чтобы позволить потоку топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя перед сжатием и воспламенением, в то время как выпускные клапаны открываются, чтобы обеспечить удаление выхлопных газов из процесса сгорания после воспламенения.
При нормальной работе коленчатый вал двигателя, к которому прикреплены поршни, привязан к распределительному валу как часть механизма клапана для двигателя.
Движение коленчатого вала передает движение распределительному валу через цепь привода ГРМ, ремень привода ГРМ или другой зубчатый механизм. Синхронизация и совмещение между положением коленчатого вала (которое определяет положение поршня в цилиндре) и положением распределительного вала (которое определяет положение клапанов для цилиндра) имеют решающее значение не только для максимальной производительности двигателя, но и для предотвращения столкновения поршней и клапанов в двигателях с высокой степенью сжатия.
Во время впускного цикла поршень впускного цилиндра опускается вниз при открытии впускного клапана. Движение поршня создает отрицательное давление, которое помогает втягивать топливно-воздушную смесь в цилиндр. Сразу после того, как поршень достигает самого нижнего положения в цилиндре (известного как нижняя мертвая точка), впускной клапан закрывается. В цикле сжатия впускной клапан закрывается, чтобы изолировать цилиндр, когда поршень поднимается в цилиндре в наивысшее положение (известное как верхняя мертвая точка), что сжимает топливно-воздушную смесь до небольшого объема.
Это действие сжатия служит для обеспечения более высокого давления на поршень при воспламенении топлива, а также для предварительного нагрева смеси, чтобы способствовать эффективному сгоранию топлива. В энергетическом цикле воздушно-топливная смесь воспламеняется, что создает взрыв, который заставляет поршень вернуться в самое нижнее положение и передает химическую энергию, высвобождаемую при сжигании топливно-воздушной смеси, во вращательное движение коленчатого вала. В цикле выпуска поршень снова поднимается вверх в цилиндре, при этом впускной клапан остается закрытым, а выпускной клапан теперь открыт.Давление, создаваемое поршнем, помогает вытеснять выхлопные газы из цилиндра через выпускной клапан в выпускной коллектор. К выпускному коллектору подсоединены выхлопная система, набор труб, который включает глушитель для снижения акустического шума и систему каталитического нейтрализатора для управления выбросами при сгорании двигателя. Как только поршень достигает верха цилиндра в цикле выпуска, выпускной клапан начинает закрываться, а впускной клапан начинает открываться, начиная процесс снова.
Обратите внимание, что давление в цилиндре на впуске помогает держать впускной клапан открытым, а высокое давление в цикле сжатия помогает удерживать оба клапана закрытыми.
В двигателях с несколькими цилиндрами одни и те же четыре цикла повторяются в каждом из цилиндров, но в определенной последовательности, чтобы двигатель демонстрировал плавную мощность и сводил к минимуму шум и вибрацию. Последовательность движения поршня, клапана и зажигания достигается за счет точной механической конструкции и электрического времени сигналов зажигания к свечам зажигания, которые воспламеняют топливно-воздушную смесь.
Двигатель Клапан Движение
Движение клапанов двигателя приводится в действие распределительным валом двигателя, который содержит ряд кулачков или кулачков, которые служат для создания линейного движения клапана за счет вращения распределительного вала. Количество кулачков на распределительном валу равно количеству клапанов в двигателе. Когда распределительный вал находится в головке блока цилиндров, двигатель называется конструкцией с верхним распредвалом (OHC); когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, двигатель называется конструкцией с верхним расположением клапана (OHV).
Независимо от конструкции двигателя, основное движение клапанов двигателя происходит за счет движения кулачка против подъемника или толкателя, который создает силу, которая давит на шток клапана и сжимает пружину клапана, тем самым снимая натяжение пружины, которое удерживает клапан в закрытое положение. Это движение штока клапана поднимает клапан над седлом в головке цилиндра и открывает клапан. Как только распределительный вал поворачивается дальше и кулачок перемещается так, что эксцентриковая часть больше не находится в непосредственном контакте с толкателем или толкателем, давление пружины закрывает клапан, поскольку шток клапана перемещается по центральной части кулачка.
Поддержание надлежащего зазора клапана между штоком клапана и коромыслом или кулачком чрезвычайно важно для правильной работы клапанов. Необходим некоторый минимальный зазор для расширения металлических деталей при повышении температуры двигателя во время работы. Конкретные значения зазора варьируются от двигателя к двигателю, и несоблюдение надлежащего зазора может иметь серьезные последствия для работы и производительности двигателя. Если зазор клапанов слишком велик, то клапаны откроются позже, чем оптимально, и закроются раньше, что может снизить производительность двигателя и увеличить шум двигателя.Если зазор клапана слишком мал, клапаны не закроются полностью, что может привести к потере сжатия. Гидравлические подъемники клапана являются самокомпенсирующимися и могут устранить необходимость в регулировке зазора клапана.
Современные двигатели внутреннего сгорания могут использовать различное количество клапанов на цилиндр в зависимости от конструкции и области применения. Меньшие двигатели, такие как те, которые используются в газонокосилках, могут иметь только один впускной клапан и один выпускной клапан. В двигателях более крупных транспортных средств, таких как 4-, 6- или 8-цилиндровые двигатели, может использоваться четыре клапана на цилиндр, а иногда и пять.
Материалы клапанов двигателя
Клапаны двигателя являются одним из компонентов двигателей внутреннего сгорания, которые подвергаются высоким нагрузкам. Потребность в надежной работе двигателя диктует, что клапаны двигателя должны быть способны проявлять устойчивость к многократному и непрерывному воздействию высокой температуры, высокого давления из камеры сгорания, а также механических нагрузок и напряжений, обусловленных динамикой двигателя.
Впускные клапаны двигателей внутреннего сгорания подвергаются меньшим тепловым нагрузкам из-за охлаждающего воздействия поступающей воздушно-топливной смеси, которая проходит через клапан во время впускного цикла.Выхлопные клапаны, напротив, подвергаются более высоким уровням термической нагрузки, поскольку находятся на пути выхлопных газов во время выхлопного цикла двигателя. Кроме того, тот факт, что выпускной клапан открыт во время цикла выпуска и не контактирует с головкой блока цилиндров, означает, что меньшая тепловая масса поверхности сгорания, а головка клапана имеет больший потенциал для быстрого изменения температуры.
Впускные клапаны из-за более низких рабочих температур обычно изготавливаются из таких материалов, как хром, никель или вольфрамовая сталь.В выпускных клапанах с более высокими температурами могут использоваться более жаропрочные металлы, такие как нихром, кремний-хром или кобальт-хромовые сплавы.
Поверхности клапана, которые подвергаются воздействию более высоких температур, иногда становятся более долговечными за счет приваривания к поверхности клапана стеллита, который представляет собой сплав кобальта и хрома.
Другие типы материалов, используемых для изготовления клапанов двигателя, включают нержавеющую сталь, титан и сплавы трибалой.
Кроме того, для улучшения механических свойств и характеристик износа клапанов двигателя могут применяться покрытия и обработка поверхности.Примеры этого включают хромирование, фосфатирование, нитридное покрытие и завихрение.
Типы клапанов двигателя
Помимо характеристики клапанов двигателя по функциям (впускной или выпускной), существует несколько конкретных типов клапанов двигателя, которые существуют в зависимости от конструкции и материалов. К основным типам клапанов двигателя относятся:
- Монометаллические клапаны двигателя
- Биметаллические клапаны двигателя
- Полые клапаны двигателя
Монометаллические клапаны двигателя, как следует из их названия, изготавливаются из единого материала, который образует как шток клапана, так и головку клапана.Эти типы клапанов двигателя обладают как высокой термостойкостью, так и хорошими антифрикционными свойствами.
Биметаллические клапаны двигателя, также известные как биметаллические клапаны двигателя, изготавливаются путем соединения двух разных материалов вместе с использованием процесса сварки трением для создания клапана с аустенитной сталью на головке клапана и мартенситной сталью для штока клапана. Свойства каждой из этих сталей служат оптимальному назначению: аустенитная сталь на головке клапана обеспечивает жаропрочность и коррозионную стойкость, а мартенситная сталь для штока клапана обеспечивает высокую прочность на растяжение и стойкость к абразивному износу.
Полые клапаны двигателя — это специальный биметаллический клапан, который содержит полую полость, заполненную натрием. Натрий сжижается при повышении температуры клапана и циркулирует за счет движения клапана, что помогает рассеивать тепло от более горячей головки клапана. Полая конструкция обеспечивает лучшую теплопередачу через шток, чем у сплошных клапанов, поскольку мартенситный материал штока является лучшим проводником тепла, чем аустенитный материал головки. Полые клапаны особенно подходят для использования в современных двигателях, которые обеспечивают большую мощность за счет более компактных и плотных двигателей, которые имеют более высокие температуры выхлопных газов, с которыми твердые клапаны не справляются.Эти более высокие температуры выхлопных газов являются результатом нескольких условий, в том числе:
- Стремление к процессу сжигания обедненной смеси, который сокращает выбросы парниковых газов
- Конструкции двигателей с более высокой степенью сжатия и более высоким давлением сгорания, которые обеспечивают более высокий КПД
- Интегрированные конструкции коллектора, поддерживающие турбонагнетатели для повышения производительности двигателей меньших двигателей
Есть несколько других типов конструкций клапанов двигателя.Так называемые золотниковые клапаны состоят из трубки или втулки, которая находится между стенкой цилиндра и поршнем и которая скользит или вращается с приводом от распределительного вала, как и другие клапаны двигателя. Перемещение золотникового клапана приводит к тому, что отверстия, прорезанные во втулке, выравниваются с соответствующими отверстиями в стенке цилиндра в различных точках цикла двигателя, таким образом, функционируя как простой впускной и выпускной клапан двигателя без сложностей, связанных с коромыслами и подъемниками.
Характеристики клапана двигателя
Типовые клапаны двигателя соответствуют параметрам, указанным ниже.Обратите внимание, что эти данные предназначены для информационных целей, и имейте в виду, что параметры, используемые для определения клапанов двигателя, могут варьироваться от производителя к производителю. Понимая спецификации, покупатели получают больше возможностей для обсуждения своих конкретных потребностей с поставщиками клапанов двигателя.
- Диаметр стержня — диаметр стержня клапана двигателя
- Длина штока — расстояние от наконечника штока до головки клапана
- Угол седла — угол среза седла головки клапана, измеренный в угловых градусах, типичные значения находятся в диапазоне 20 o -60 o
- Материалы клапана — описывает материал или материалы, использованные для изготовления клапана
- Покрытия — обозначает любые покрытия или обработки поверхности, нанесенные на основной материал клапана, такие как хромирование, нитрид, PVD или керамика, например
Сводка
В этой статье представлен краткий обзор клапанов двигателя, включая их сущность, ключевую номенклатуру, принцип их работы, работу клапана, материалы, типы и характеристики.Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.
Источники:
- https://www.theengineerspost.com/engine-valves-types/
- https://www.aopa.org/training-and-safety/air-safety-institute/valve-safety
- https://www.howacarworks.com/basics/the-engine-how-the-valves-open-and-close
- http: // ground-mag.com
- https://dieselnet.com
- http://www.federalmogul.com/en-US/OE/Products/Pages/Product-Details.aspx?CategoryId=48&SubCategoryId=191&ProductId=840
- http://www.ijmerr.com/uploadfile/2015/0409/2015040
51873.pdf
- https://www.eaton.com/us/en-us/catalog/engine-valvetrain/engine-valves.html
- http://www.nextech.co.in
- https://aviamech.blogspot.com/2013/02/piston-engine-valves.html
Другие изделия клапана
Больше из Насосы, клапаны и аксессуары
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 цилиндры 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 для заданного объема 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 вдвое больше зубцов, чем звездочка коленчатого вала, поэтому распределительный вал вращается с половинной скоростью вращения двигателя.
Двигатель с верхним расположением распредвала (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 путем установки промежуточных звездочек и двух более коротких приводных цепей, находящихся под натяжением.
Типы, работа, механизм клапана [объяснение]
В этой статье вы узнаете, что такое клапаны двигателя и как они работают в двигателе. Клапанный механизм и охлаждение клапана.
Клапаны двигателя и типы клапанов двигателя
Vale — это устройство для закрытия и открытия прохода.В двигателях автомобилей для каждого цилиндра используются два клапана двигателя — впускной (или впускной) клапан и выпускной клапан.
Впускной клапан
Топливо поступает в цилиндр через впускной клапан. В закрытом состоянии клапан плотно закрывает камеру сгорания. Клапаны обычно изготавливаются из аустенитной нержавеющей стали, которая является коррозионно-стойким и жаростойким материалом. Впускной клапан, подвергающийся меньшему нагреву, обычно изготавливается из хромоникелевой легированной стали.
Выпускной клапан
Сгоревшие газы выходят через выпускной клапан.Выпускной клапан обычно изготавливается из сильхромовой стали, которая представляет собой сплав кремния и хрома с необычной термостойкостью.
Клапаны, используемые в двигателях автомобилей, называются тарельчатыми или грибовидными клапанами. Головка клапана имеет точно отшлифованную поверхность с достаточным запасом, чтобы избежать тонкой кромки. Угловая поверхность отшлифована на головке клапана, образуя угол 45 ° или 30 °, соответствующий углу седла клапана в головке цилиндров. На конце штока клапана имеются стопорные канавки пружинного фиксатора.
Читайте также: Список деталей двигателя автомобиля: его функции (с изображениями)
Типы клапанов двигателя
Существует 3 различных типов клапанов двигателя , а именно:
- Тарельчатый клапан
- Рукавный клапан
- Поворотный клапан
1. Тарельчатый клапан
Он также известен как грибовидный клапан из-за своей формы. Он используется для контроля времени и количества потока газа в двигатель. Это наиболее широко используемый клапан в автомобильном двигателе.Тарельчатый клапан получил свое название из-за его движения вверх и вниз.
Состоит из головки и стержня. Поверхность клапана обычно под углом от 30 ° до 45 ° идеально отшлифована, так как она должна совпадать с седлом клапана для идеального уплотнения. Шток имеет канавку для фиксации пружинного фиксатора, а его конец находится в контакте с кулачком для движений клапана вверх и вниз. В выхлопе перепад давления помогает герметизировать клапан. Во впускных клапанах перепад давления помогает его открыть.
2. Гильзовой клапан
Гильзовой клапан, как следует из названия, представляет собой трубку или гильзу, вставленную между поршнем и стенкой цилиндра в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, где он вращается / скользит.
Отверстия на стороне втулок совпадают с впускным и выпускным отверстиями цилиндра на соответствующих этапах цикла двигателя.
Внутренняя поверхность втулки образует цилиндр внутреннего цилиндра, в котором скользит поршень. Гильза в непрерывном движении допускает и вытесняет газы за счет периодического совпадения прорези порта в гильзе с портами, образованными через отливку главного цилиндра.
Преимущества : Эти клапаны просты по конструкции и бесшумны в эксплуатации. Шум возникает из-за отсутствия деталей, создающих шум, таких как кулачки клапана, коромысло, толкатели, клапаны и т. Д. Клапан с гильзой имеет меньшую тенденцию к детонации. Охлаждение очень эффективное, поскольку клапан соприкасается с водяными рубашками.
3. Поворотный клапан
Существует много типов поворотных клапанов. На рисунке показан поворотный клапан дискового типа. Он состоит из вращающегося диска с отверстием.Во время вращения он поочередно сообщается с впускным и выпускным коллекторами.
Преимущества : Поворотные клапаны просты в конструкции и производятся с меньшими затратами. Они подходят для быстроходных двигателей. У этих клапанов меньше напряжений и вибраций. Роторные икры работают плавно, равномерно и бесшумно.
Типы клапанных механизмов двигателя
Клапаны приводятся в действие кулачками, установленными на распределительном валу. Распределительный вал получает движение от коленчатого вала.Когда распределительный вал поворачивается, кулачок управляет клапаном.
По расположению клапанов, клапанный механизм бывает двух типов:
- Клапанный механизм для управления клапаном в блоке двигателя (прямой тарельчатый клапан).
- Клапанный механизм для управления клапаном в головке блока цилиндров (верхний тарельчатый клапан).
Зазор между толкателем клапана и толкателем
Сохраняется небольшой зазор между толкателем клапана и штоком клапана в случае прямого тарельчатого клапана и между коромыслом и штоком клапана в случае верхней тарелки клапан.Это известно как зазор толкателя клапана, и иногда как зазор клапана. Этот зазор допускает расширение штока клапана при нагревании двигателя.
Если не будет достаточного зазора, клапан не будет правильно сидеть, когда двигатель нагревается, что приведет к потере мощности и подъему клапана. Лучше иметь зазор больше, чем необходимо, чем слишком мало, несмотря на небольшое увеличение шума клапанного механизма.
Зазор клапана и толкателя зависит от следующих факторов:
- Длина штока клапана
- Материал клапана.
- Температура, при которой работает двигатель.
Гидравлический подъемник клапана
Он работает очень тихо, поскольку обеспечивает нулевой зазор толкателя клапана. Он автоматически регулирует свою длину, чтобы компенсировать разницу в клапане. зазор толкателя. Кроме того, при нормальной эксплуатации обычно не требуется регулировка. Изменения температуры и износа устраняются гидравлически.
Корпус состоит из цилиндра и маслобака. Отверстие в корпусе соединено с напорной магистралью от системы смазки двигателя для подачи масла в резервуар.Плунжер входит в цилиндр так, что его верхний конец контактирует с нижней частью толкателя, а его нижний конец поддерживается маслом между ним и нижней частью цилиндра.
Когда клапан закрыт, как показано на (a) (кулачок на нижней стороне), масло из резервуара открывает шаровой обратный клапан и поднимает плунжер, проходя между ним и дном цилиндра. Это обеспечивает нулевой зазор между подъемным устройством и толкателем, а также между коромыслом и штоком клапана.
Когда кулачок поворачивается, чтобы поднять подъемник, как показано на (b) (кулачок вверху).Шаровой обратный клапан закрывается, чтобы предотвратить возврат масла в резервуар, и заставляет весь подъемный узел поднимать толкатель, чтобы открыть клапан. Поскольку подъемник начинается с нулевого зазора, шум сводится к минимуму.
Как показано в (b) во время операции подъема, некоторое количество масла может просочиться между плунжером и цилиндром, что вызывает опускание плунжера для создания зазора, если пружина не подняла его снова, когда давление на плунжер разгружается при закрытии клапана двигателя.При этом снова открывается шаровой обратный клапан, масло снова поступает под плунжер, и подъемник снова настраивается на нулевой зазор.
Эксцентриковое коромысло
Эксцентриковое коромысло автоматически компенсирует разницу в зазоре между клапаном и толкателем. Он состоит из обычного коромысла, модифицированного для удержания эксцентрика с помощью паза и штифта.
Плунжер и пружина управляют поршнем эксцентрика. Плунжер приводится в действие пружиной и давлением масла из отверстия в коромысле.
Когда клапан двигателя закрыт (кулачок на стороне низкого давления), эксцентрик под действием пружины и плунжера перемещается, чтобы компенсировать любой зазор в клапане, приводящем в действие механизм. Когда кулачок вращается, чтобы открыть клапан, плунжер и пружина поглощают любой удар, вызванный этим движением. Когда кулачок находится вверху, клапан полностью открыт.
Охлаждение клапана
Очевидно, что выпускной клапан нагревается сильнее, чем впускной клапан, потому что выпускной клапан всегда находится в контакте с горячими газами, в то время как впускной клапан в некоторой степени охлаждается поступающим свежим зарядом.Выпускной клапан может действительно нагреться докрасна за короткий период работы. Поверхность клапана самая горячая, а шток клапана — самая холодная часть клапана.
Шток клапана передает тепло направляющей клапана, а поверхность клапана передает тепло седлу клапана, что помогает поддерживать клапан в холодном состоянии. Для обеспечения надлежащего охлаждения головка блока цилиндров должна быть спроектирована так, чтобы обеспечить хорошую циркуляцию воды вокруг критических участков клапана.
Если поверхность клапана правильно сидит на седле клапана и полностью закрывает камеру сгорания, не будет потери сжатия и мощности.Несмотря на это, правильная посадка клапана также обеспечивает полный контакт с седлом клапана, через который может происходить больший теплообмен. Неравномерный контакт может вызвать нагрев клапана на несколько сотен градусов выше обычного, что сократит срок его службы.
Клапан с натриевым охлаждением
Во многих тяжелых двигателях используются клапаны с натриевым охлаждением. Клапан с натриевым охлаждением имеет полый шток, который частично заполнен металлическим натрием. Натрий плавится при 97’5 ° C. Таким образом, при рабочих температурах натрий находится в жидком состоянии.Когда двигатель работает, клапан перемещается вверх и вниз, натрий выбрасывается вверх в более горячую часть клапана.
Он поглощает тепло, которое затем передается на шток охладителя, когда он снова падает в шток. Это действие сохраняет головку клапана в холодном состоянии. Клапан с натриевым охлаждением работает на 100 ° C холоднее, чем клапан со сплошным штоком аналогичной конструкции при тех же условиях эксплуатации. Это означает, что клапан с натриевым охлаждением имеет более длительный срок службы. Но его использование требует большей осторожности.
Если полый шток клапана с натриевым охлаждением треснут или сломан, это потенциально опасно.Натрий воспламеняется при контакте с водой. Это вызывает глубокий и серьезный ожог кожи. Пока натрий безопасно находится в штоке клапана, опасности нет.
Вот и все, спасибо за прочтение. Если у вас есть какие-либо вопросы или сомнения по поводу « Engine Valves », сообщите нам в комментариях. Поделитесь этой статьей, если она того стоит.
Читать далее:
Привод клапана — поршневой двигатель самолета
Для правильной работы поршневого двигателя каждый клапан должен открываться в нужное время, оставаться открытым в течение необходимого периода времени и закрываться в нужное время.Впускные клапаны открываются непосредственно перед тем, как поршень достигает верхней мертвой точки, а выпускные клапаны остаются открытыми после достижения верхней мертвой точки. Следовательно, в определенный момент оба клапана открыты одновременно (конец такта выпуска и начало такта впуска). Такое перекрытие клапанов обеспечивает лучший объемный КПД и снижает рабочую температуру цилиндра. Эта синхронизация клапанов контролируется приводным механизмом клапана и называется синхронизацией клапана.
Подъем клапана (расстояние, на которое клапан поднимается от своего седла) и продолжительность клапана (время, в течение которого клапан остается открытым) определяются формой выступов кулачка.Типичные выступы кулачка показаны на рисунке 1. Часть выступа, которая плавно запускает движение рабочего механизма клапана, называется пандусом или ступенькой. Наклон обработан на каждой стороне выступа кулачка, чтобы коромысло могло свободно контактировать с наконечником клапана и, таким образом, уменьшать ударную нагрузку, которая могла бы возникнуть в противном случае. Привод клапана состоит из кулачкового кольца или кулачкового вала, снабженного выступами, которые работают против кулачкового ролика или кулачкового толкателя.
| Рисунок 1.Типичные выступы кулачка |
[Рис. 2 и 3] Кулачковый толкатель толкает шток толкателя и шаровую втулку, приводя в действие коромысло, которое, в свою очередь, открывает клапан. Пружины, которые скользят по штоку клапанов и удерживаются на месте стопорной шайбой пружины клапана и шпонкой штока, закрывают каждый клапан и толкают клапанный механизм в противоположном направлении. [Рисунок 4]
| Рисунок 2. Механизм привода клапана (радиальный двигатель) |
| Рисунок 3.Механизм привода клапана (оппозитный двигатель) |
Рисунок 4. Типичный набор пружин клапана, используемых для гашения колебаний. Для защиты от поломки используются несколько пружин |
Кулачковые кольца
Клапанный механизм радиального двигателя приводится в действие одним или двумя кулачковыми кольцами, в зависимости от количества рядов цилиндров.В однорядном радиальном двигателе используется одно кольцо с двойной кулачковой дорожкой. Одна дорожка управляет впускными клапанами, другая — выпускными. Кулачковое кольцо представляет собой круглый кусок стали с рядом кулачков или выступов на внешней поверхности. Поверхность этих выступов и пространство между ними (по которому движутся ролики кулачка) называется дорожкой кулачка. Когда кулачковое кольцо вращается, выступы заставляют кулачковый ролик поднимать толкатель в направляющей толкателя, тем самым передавая усилие через толкатель и коромысло, чтобы открыть клапан.В однорядном радиальном двигателе кулачковое кольцо обычно располагается между понижающей передачей гребного винта и передним концом силовой части. В двухрядном радиальном двигателе второй кулачок для работы клапанов заднего ряда установлен между задним концом силовой части и секцией нагнетателя.Кулачковое кольцо установлено концентрично с коленчатым валом и приводится в движение коленчатым валом с пониженной скоростью через узел промежуточной ведущей шестерни кулачка. Кулачковое кольцо имеет два параллельных набора выступов, разнесенных по внешней периферии: один набор (кулачковая дорожка) для впускных клапанов, а другой — для выпускных клапанов.Используемые кулачковые кольца могут иметь четыре или пять выступов как на впускной, так и на выпускной дорожках. Время срабатывания клапана определяется расстоянием между этими выступами, а также скоростью и направлением, с которыми кулачковые кольца приводятся в действие, в зависимости от скорости и направления коленчатого вала.
Способ управления кулачком зависит от двигателей разных производителей. Кулачковое кольцо может иметь зубья как на внутренней, так и на внешней периферии. Если редуктор входит в зацепление с зубьями на внешней стороне кольца, кулачок поворачивается в направлении вращения коленчатого вала.Если кольцо приводится в движение изнутри, кулачок поворачивается в направлении, противоположном коленчатому валу. [Рисунок 2]
Четырехлепестковый кулачок можно использовать как в семицилиндровом, так и в девятицилиндровом двигателе. [Рис. 5] На семи цилиндрах он вращается в том же направлении, что и коленчатый вал, а на девяти цилиндрах — противоположно вращению коленчатого вала. На девятицилиндровом двигателе расстояние между цилиндрами составляет 40 °, а порядок зажигания — 1-3-5-7-9-2-4-6-8. Это означает, что между импульсами зажигания есть промежуток 80 °.Расстояние между четырьмя выступами кулачкового кольца составляет 90 °, что больше, чем расстояние между импульсами. Следовательно, чтобы получить правильное соотношение между работой клапана и порядком зажигания, необходимо вращать кулачок против вращения коленчатого вала. При использовании четырехлепесткового кулачка на семицилиндровом двигателе расстояние между рабочими цилиндрами больше, чем расстояние между кулачками. Следовательно, кулачок должен вращаться в том же направлении, что и коленчатый вал.
Рисунок 5.Радиальные двигатели, стол кулачковых колец
Распредвал
Клапанный механизм оппозитного двигателя приводится в действие распределительным валом. Распределительный вал приводится в движение шестерней, которая сопрягается с другой шестерней, прикрепленной к коленчатому валу. [Рис. 6] Распределительный вал всегда вращается с половинной скоростью вращения коленчатого вала. При вращении распределительного вала выступы заставляют толкатель в сборе подниматься в направляющей толкателя, передавая усилие через толкатель и коромысло, открывая клапан. [Рисунок 7]
| Рисунок 6.Кулачковый приводной механизм оппозитный авиационный двигатель |
| Рис. 7. Кулачковая нагрузка на корпус подъемника |
Толкатель
Толкатель в сборе состоит из:
- Цилиндрический толкатель, который скользит внутрь и наружу в направляющей толкателя, установленной в одной из секций картера вокруг кулачкового кольца
- Толкатель, повторяющий контур кулачкового кольца и выступов
- Гнездо для шарика толкателя или гнездо для толкателя
- Пружина толкателя
Твердые подъемники / толкатели
Цельнолитые подъемники или толкатели кулачков обычно требуют, чтобы зазор клапана регулировался вручную с помощью винта и контргайки. Клапанный зазор необходим для обеспечения того, чтобы клапан имел достаточный зазор в клапанной последовательности для полного закрытия.Эта регулировка или проверка требовали постоянного технического обслуживания до тех пор, пока не использовались гидравлические подъемники.
Толкатели / толкатели гидравлических клапанов
Некоторые авиационные двигатели включают гидравлические толкатели, которые автоматически поддерживают нулевой зазор клапана, устраняя необходимость в каком-либо механизме регулировки зазора клапана. Типичный гидравлический толкатель (толкатель клапана с нулевым зазором) показан на рисунке 8. Когда клапан двигателя закрыт, поверхность корпуса толкателя (толкатель кулачка) находится на основной окружности или на задней части кулачка.
| Рисунок 8. Толкатели гидрораспределителей |
Гидравлические подъемники клапана обычно регулируются во время капитального ремонта. Они собираются всухую (без смазки), зазоры проверяются, а регулировка обычно выполняется с помощью толкателей разной длины. Устанавливается минимальный и максимальный клапанный зазор. Любое измерение между этими крайними значениями допустимо, но желательно примерно посередине между крайними значениями. Гидравлические подъемники с клапанами требуют меньшего обслуживания, лучше смазываются и работают более тихо, чем с винтовой регулировкой.
Толкатель
Толкатель трубчатой формы передает подъемную силу от толкателя клапана на коромысло. Шарик из закаленной стали вдавливается в каждый конец трубы. Один шаровой конец входит в гнездо коромысла. В некоторых случаях шарики находятся на толкателе и коромысле, а гнезда — на толкателе. Трубчатая форма используется из-за ее легкости и прочности. Это позволяет смазочному маслу двигателя под давлением проходить через полый шток и просверленные концы шариков для смазки концов шариков, подшипника коромысла и направляющей штока клапана.Шток толкателя заключен в трубчатый корпус, который простирается от картера к головке блока цилиндров и называется трубками толкателя.
Коромысла
Коромысла передают подъемную силу от кулачков к клапанам. [Рис. 9] Узлы коромысла поддерживаются подшипником скольжения, роликом или шарикоподшипником или их комбинацией, которая служит шарниром. Обычно один конец рычага упирается в толкатель, а другой — на шток клапана. Один конец коромысла иногда имеет прорези для установки стального ролика.Противоположный конец имеет либо резьбовой разъемный зажим и стопорный болт, либо резьбовое отверстие. Рычаг может иметь регулировочный винт для регулировки зазора между коромыслом и наконечником штока клапана. Винт можно отрегулировать до указанного зазора, чтобы обеспечить полное закрытие клапана.
| Рис. 9. Коромысла оппозитных рычагов двигателя |
Пружины клапана
Каждый клапан закрывается двумя или тремя винтовыми пружинами.Если бы использовалась единственная пружина, она бы вибрировала или колебалась с определенной скоростью. Чтобы устранить эту трудность, на каждом клапане устанавливают две и более пружин (одна внутри другой). Каждая пружина вибрирует с разной частотой вращения двигателя, и в результате происходит быстрое гашение всех скачков пружины во время работы двигателя. Две или более пружины также снижают опасность ослабления и возможного выхода из строя из-за перегрева и усталости металла. Пружины удерживаются на месте с помощью разъемных замков, установленных в выемке верхнего фиксатора пружины клапана или шайбы, и входят в паз, выточенный в штоке клапана.Пружины клапана предназначены для закрытия клапана и надежного удержания клапана на седле клапана.СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ Общие требования к авиационным двигателям
Типы двигателей
Поршневые двигатели
Порядок работы Клапаны
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 важным компонентом двигателя и подвергаются огромным нагрузкам. Итак, клапаны автомобильных двигателей предназначены для открывания и закрывания в определенные моменты.Верхний клапан (OHV) — Верхний распределительный вал (OHC)Клапанами автомобильного двигателя, которые пропускают воздух в цилиндр, является впускной клапан.
Клапаны автомобильного двигателя, которые позволяют выходить газам, — это выпускные клапаны.
Двигатель с верхним расположением клапанов (OHV) работает с помощью толкателей.
(OHV) Клапаны двигателя приводятся в действие толкателямиДвигатель с верхним распределительным валом (OHC) требует меньшего количества деталей для управления клапанами. Распределительный вал воздействует непосредственно на толкатели ковша.
(OHC) Клапаны двигателя работают на ковшахВот 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
- Низкий расход топлива
- Полный отказ двигателя
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:
Клапаны сгоревшиеВыхлопные клапаны наиболее подвержены возгоранию. Потому что они горячее, чем воздухозаборники. Следовательно, образовавшиеся газы сгорания, выходящие между клапаном и седлом клапана. В результате горячие газы сгорания проходят через клапан; который начинает прожигать край клапана.
Сгоревший выпускной клапанТаким образом, сгоревший выпускной клапан приведет к ухудшению рабочих характеристик вашего автомобиля и снижению расхода 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 клапаныСамая 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 клапаныИзогнутые 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 автомобильных двигателейИтак, 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 контактаИтак, хороший контакт седла клапана необходим для предотвращения возгорания. Если клапан не получает должного охлаждения, он может перегреться и выйти из строя.
Испытания клапана Негерметичные клапаны автомобильного двигателя Проверка герметичности клапановПроверка герметичности цилиндра — отличный способ точно определить, где возникают проблемы, до того, как двигатель будет разобран. Прислушиваясь к тому, где 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.
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 (оборотов в минуту) не выше, чем головка с двумя клапанами.
Головка блока цилиндров четырехклапаннаяЭто наиболее распространенный тип многоклапанных головок; с двумя выпускными клапанами и двумя аналогичными (или немного большего размера) впускными клапанами. Такая конструкция обеспечивает такое же дыхание по сравнению с трехклапанной головкой. Маленькие выпускные клапаны допускают высокие обороты. В результате эта конструкция очень подходит для высоких выходных мощностей.
Пятиклапанная ГБЦНаконец, 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).
ЗаключениеУ 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.
Пожалуйста, поделитесь новостями Danny’s Engineportal.com
Первые в мире полностью цифровые клапаны открывают возможности двигателя
Британская компания Camcon Automotive создала первую полностью электронную систему клапанов двигателя, не связанную с коленчатым валом, которая обеспечивает беспрецедентный контроль над циклом сгорания.Помимо улучшений мощности и выбросов, он также открывает некоторые странные и удивительные возможности, которых мы никогда раньше не видели, например, кратковременное повышение мощности 2-тактных 4-тактных двигателей.
Регулировка фаз газораспределения нет ничего нового. На протяжении десятилетий производителям было очевидно, что оптимальная работа клапана отличается, когда двигатель выполняет разные функции, и что изменение времени, подъема и продолжительности событий клапана в двигателе в соответствии с различными сценариями может привести к увеличению мощности, крутящего момента, эффективности и преимущества выбросов.
Что отличает систему Camcon, так это то, что она позволяет полный, мгновенный и неограниченный контроль над тем, что именно делает любой впускной или выпускной клапан, в любое время, независимо от того, что делает сам двигатель. Это потому, что система Camcon IVA (Intelligent Valve Actuation) полностью электронная и не имеет механического крепления к коленчатому валу.
Здесь нет ремней ГРМ или клапанных пружин, каждый клапан имеет свой собственный миниатюрный распределительный вал с десмодромной системой, которая открывает и закрывает клапаны точно и механически.И вместо того, чтобы приводиться в движение кривошипом, распределительный вал каждого клапана управляется электродвигателем.
Эти двигатели могут вращаться в любом направлении с абсолютной точностью, и для данного события клапана они могут вращаться полностью, чтобы обеспечить 100 процентов доступного подъема клапана, или они могут останавливаться на полпути и возвращаться в закрытое положение, чтобы вы могли получить буквально любую степень подъема клапана, которую вы хотите, в любое время. Внизу страницы есть видео, чтобы дать вам лучшее наглядное объяснение.
Система всегда знает положение коленчатого вала благодаря датчику положения вращения — фактически, вся система работает под управлением в реальном времени с обратной связью, так что события клапана точно синхронизируются с тем, что делает двигатель.
Операционный директор Camcon Марк Гостик (слева) с техническим директором Роджером Стоуном (справа)Camcon Automotive
«Что это означает, — говорит главный операционный директор Camcon Марк Гостик во время звонка по Skype из своего офиса в Кембридже, — то мы можем дать двигателю именно то, что он хочет на низких оборотах, и именно то, что он хочет на более высоких оборотах и где-то между ними, и вам совсем не нужно идти на компромисс.Вы можете изменить время, изменить продолжительность, вы можете изменить подъемную силу, вы даже можете сформировать события, если хотите.Вы можете делать двойные мероприятия. Вы можете изменить профиль распредвала между одним событием и другим. Вы можете перейти от холостого хода к 100-процентному открытию дроссельной заслонки за один оборот. Вы можете делать что угодно. У вас есть то, что мы называем цифровым коленчатым валом ».
Это кажется достаточно простой идеей, переход к электронному управлению клапанами. Так почему этого не было сделано раньше?
« С электромеханической точки зрения вы могли бы посмотреть и спросите: «Почему вы не сделали этого 20 лет назад?» — говорит Гоостик.«Разница заключается в электронике, которая им управляет. Что произошло в недавнем прошлом, так это то, что теперь имеется достаточная пропускная способность обработки по невысокой цене, которая может выдерживать максимальные условия работы двигателя, поэтому вы можете фактически управлять этими двигателями в реальном времени. »
Низко висящий плод
Естественно, это позволяет производителям автомобилей использовать оптимизированные версии тех же приемов, которые они проделывали с традиционными системами VVT ранее — немного дополнительного крутящего момента ниже, немного дополнительных лошадиных сил выше, улучшенные выбросы.И у компании есть несколько запущенных стендовых двигателей, а также один, встроенный в управляемый автомобиль, чтобы продемонстрировать такие простые преимущества.
«У нас есть тысячи часов динамометрического времени, показывающих, на что мы способны», — говорит Гостик. «Это только на стороне впуска — мы решили сначала сделать сторону впуска, потому что это более низкий риск, но имеет наиболее известные преимущества. Никто никогда не делал изменения фаз газораспределения на выпусках, поэтому преимущества менее понятны.
«Что касается результатов динамометра, мы провели только так называемое испытание в устойчивом состоянии, когда объект работает в фиксированной точке или в серии фиксированных точек.А по сравнению с Jaguar Ingenium, который в значительной степени является современным бензиновым двигателем, мы получили снижение выбросов CO2 до 7,5%. Мы верим, что с переходной калибровкой и прочими подобными вещами, когда мы должным образом интегрируем ее в автомобиль, мы сможем показать выгоду от выбросов CO2 до 20 процентов. Сейчас мы делаем 16-клапанные двигатели, это впускные и выпускные, и мы запустим их, когда они будут готовы ».
Интеллектуальная система срабатывания клапана Camcon обеспечивает значительные преимущества в снижении выбросов и эффективности.Camcon Automotive
Более интегрированные возможности
Camcon считает, что преимущества этой системы IVA действительно начнут складываться, когда она будет более тесно интегрирована в автомобиль, особенно в гибридном пространстве.И Gostick, конечно, не думает, что бензиновый двигатель находится где-то рядом с концом своей веревки.
«Люди могут спросить:« Почему вы все еще прыгаете через обручи с двигателями внутреннего сгорания, когда все знают, что все это будут батареи? » Что ж, на самом деле, если вы поговорите с людьми в отрасли и посмотрите, что происходит, большинство из них сочтут, что в обозримом будущем у большинства автомобилей будет какая-то форма двигателя внутреннего сгорания на борту, будь то подключаемые гибриды, обычные гибриды или что-то еще.И эти гибридные автомобили по-прежнему должны иметь очень хорошо настроенные высокопроизводительные двигатели.
«Если у вас есть подключаемый гибрид, у вас есть встроенный интеллект, который решает, когда разряжать аккумулятор, а когда отключать двигатель. Частью этого расчета является то, сколько энергии он может потребоваться перезапуск двигателя. Для перезапуска двигателя каждый раз требуется много заряда батареи, а затем вам нужно перезарядить батарею от двигателя, что сказывается на общей производительности.
«Но если вы Получив полный контроль над клапанами, вы можете существенно снизить количество энергии, затрачиваемой на перезапуск двигателя.Потому что вы можете открывать клапаны прямо вверх, поэтому стартер просто должен преодолевать трение, а не сжимать газы в камерах. Поступая таким образом, вы можете изменить уравнение для повторного запуска двигателя.
«В гибридном транспортном средстве с аккумулятором заданного размера вы можете существенно увеличить его чистый электрический пробег. Мы это чувствуем, мы еще не добавили в него реальных примеров, но обычно подключаемые гибриды. иметь чистый электрический запас хода около 48 км, что-то в этом роде.Мы думаем, что, вероятно, сможем добраться до 40 или 50 (64 или 80 км), что достаточно много. И дело не только в использовании старт-стопа, но и в некоторых других идеях, которые у нас есть в отношении таких вещей, как кондиционирование воздуха и другие интеграции.
Система интеллектуального срабатывания клапана Camcon полностью отсоединяет клапанную систему от распределительного валаCamcon Automotive
«Гибриды очень интересны, потому что вы можете использовать электричество в некоторых точках и внутреннее сгорание в других точках, и если вы оптимизируете это, вы можете сыграть несколько действительно интересных трюков, например, решить, когда запускать клапанный механизм от батареи и когда запускать его от генератора.Иногда электрическая система производит слишком много электроэнергии, больше, чем она может сохранить, поэтому вы можете использовать ее по-разному. Мы действительно только начинаем царапать их поверхность.
«Это такие вещи, которые не очевидны … Я имею в виду, мы можем говорить об основных улучшениях производительности, которые вы можете дать на необработанном двигателе, но на самом деле снова будет практически то же самое преимущество, если вы сделаете интеграцию в автомобиль. Вы можете разыграть новые трюки, которых не могли, когда клапаны были соединены с коленчатым валом.»
По-настоящему сумасшедший с цифровыми клапанами
В то время как описанные выше методы действительно выходят на неизведанную территорию, дальнейшее развитие с IVA предлагает действительно выдающийся потенциал.
» Одна из вещей, которые вы можете сделать с этим «Клапанный механизм предназначен для реализации всевозможных подходов к сгоранию с относительно нестандартной траекторией», — говорит Гостик. «Люди говорят о глубоком цикле Миллера, Lambda 2, HCCI и подобных вещах, о вещах, требующих очень точного контроля. над условиями горения, чтобы сделать их.Мы считаем себя помощником.
«Двухтактный двигатель немного отклонился в сторону. Тенденция в автомобильных двигателях заключалась в уменьшении габаритов, понижении частоты вращения и тому подобном. Все это прекрасно работает, когда вы едете по автомагистрали, но когда вы… Вы пытаетесь очень быстро съехать со светофора или на кольцевой развязке или где-то еще, и вы опускаете ногу, тогда вы действительно чувствуете, что у вас маленький двигатель в большой машине.
«Что вы можете сделать — в принципе, по крайней мере, мы это еще не продемонстрировали — вы можете на короткое время перевести автомобиль из четырехтактного режима в двухтактный.Это по существу удваивает выходную мощность. Он дает вам, когда вам это нужно, прилив мощности. В принципе, вы можете это сделать в течение короткого периода времени, ограниченного факторами нагрева и смазки. Когда мы получим приводы на выпускных клапанах наших тестовых двигателей, мы попробуем это сделать.
«Двухтактный двигатель — это одна из тех вещей, которые были, были и всегда были будущим двигателей внутреннего сгорания. Интерес к двухтактным двигателям возобновился для ряда применений, и мы могли бы сделать что-то интересное в этом направлении. , только на очень короткие периоды времени, поэтому вы можете решить эту проблему с маленькими двигателями в больших автомобилях.
Система интеллектуального срабатывания клапана Camcon: десмодромная работа точно контролируется электродвигателями, а не приводится в действие рукояткойCamcon Automotive
«Переходя к противоположному концу спектра, вы могли бы сделать что-то, называемое 12-тактным ударом», — продолжает Гостик. «Так что, если вы едете по автомагистрали и едете по ней, вы можете переключить его в 12-тактный режим, что означает, что каждый цилиндр срабатывает только при каждом третьем такте.Но это происходит во всем двигателе, как, если хотите, отключение перемещающегося цилиндра.
«При частой деактивации цилиндров просто сбивается один или два цилиндра, и, поскольку это механический процесс, он всегда сбивает одни и те же, и когда вы снова включаете их, вы получаете выбросы углеводородов, потому что в цилиндрах накапливается моторное масло. Если вы делаете 12-тактный ход, вы сохраняете все цилиндры в тепле и останавливаете накопление смазки, так что вы получаете преимущество без штрафных санкций при повторном включении четырехтактного двигателя снова.
«Когда у вас будет такая степень контроля, вы можете начинать разыгрывать всевозможные трюки. После того, как вы подключили выпускные клапаны, вы также можете перенести выхлоп, чтобы вы могли быстро разогреть катализатор, вы можете играть трюки с турбокомпрессорами, вы можете делать все, что угодно ».
Где цифровая клапанная система Camcon продается на рынке
Хотя Camcon имеет собственные испытательные двигатели и демонстрационный автомобиль, эта технология не покажет масштабы ее преимуществ, пока автопроизводители не начнут использовать ее и полностью не интегрируют в свои системы.
Компания потратила много времени на сотрудничество с Jaguar Land Rover, опубликовав совместный доклад на престижной конференции по двигателям в Ахене в Германии в прошлом году. И хотя это сотрудничество продолжается, Gostick заявляет, что компания видит свои самые большие возможности в Азии.
«Мы ориентируемся на Дальний Восток: Японию, Корею, Китай, просто потому, что с точки зрения отрасли мы чувствуем, что это области, которые будут наиболее восприимчивы к тому, что мы пытаемся сделать в настоящий момент», — говорит он. .
Интеллектуальная система срабатывания клапана CamconCamcon Automotive
«Это сочетание политической среды, их отношения к инновациям и рискам, а также того, насколько они зрелы с точки зрения процесса мышления о будущих трансмиссиях. В настоящее время в Европе из-за того, что делает Комиссия, все автомобильные компании бегает вокруг и говорит «батареи хорошие, батареи хорошие», и многие азиатские компании прошли через это более вдумчиво и придумали портфельный подход, в котором у вас есть автомобили с аккумулятором, у вас есть гибридные автомобили, а для других приложений — автомобили с ДВС.Думаю, они продвинулись дальше в своем мыслительном процессе о том, как будет выглядеть трансмиссия будущего ».
Компания только что представила версию технологии IVA, которая работает на одноцилиндровых двигателях разработки, которые OEM-производители и автомобили первого уровня поставщики используют для тестирования и разработки своих двигателей, чтобы автомобильным компаниям было как можно проще экспериментировать с этой технологией.
Camcon считает, что цифровой клапанный механизм может стать убийцей дизельного топлива для легковых автомобилей, предлагая эффективность на уровне дизельного топлива и экономия топлива без каких-либо выбросов твердых частиц и NOx, которые наблюдались у дизелей в Европе в последние месяцы.
«Что касается стоимости, мы пока не можем вдаваться в подробности, но она определенно меньше, чем стоимость дизельного топлива, а не бензина», — говорит Гостик. «Продажи дизельного топлива в Европе в последнем квартале упали на 17 процентов или около того. Раньше они составляли 50 или более процентов от общего объема продаж автомобилей, а теперь они упали до 30-х годов благодаря Dieselgate и другим факторам. Одним из последствий этого является что выбросы CO2 в Европе теперь снова растут, потому что люди снова обращаются к автомобилям с бензиновыми двигателями, которые выделяют больше CO2, чем дизельные двигатели.
«Вот почему система, которая может снизить выбросы в бензиновых автомобилях, — это отличная вещь, которую нужно иметь прямо сейчас. Наша система не дешевая, но в контексте дизельного топлива она тоже не дорогая».
Что касается менее дружественного отношения к планете, мы хотели бы увидеть, что произойдет, когда эта технология попадет в руки хардкорных тюнеров и гоночных команд. Это звучит как возможность для заправщиков делать с моторами очень интересные вещи.
Ознакомьтесь с технологией в видео ниже.
Источник: Camcon Automotive
Обновление (13 августа 2018 г.): Как отмечали некоторые комментаторы, эта система имеет некоторое сходство с системой FreeValve от Koenigsegg, как продемонстрировано в двигателе Qamfree от Qoros, но мы бы хотели Подчеркните, что в электрогидравлически-пневматической системе срабатывания FreeValve для закрытия клапанов используются пружины клапана, а не механическая система. Таким образом, он уязвим для поплавка клапана на высоких оборотах и не предлагает такой десмодромной точности, как система Camcon.Тем не менее, справедливо называть разницу академической, когда речь идет о дорожных автомобилях, моторы которых редко бывают достаточно высокими, чтобы в любом случае это создать проблему.
Intelligent Valve Technology — Бензиновый двигатель, дизельный КПД
.