Клапаны двигателя

Клапаны двигателя

Двигатель

Автор Пётр Викторович На чтение 9 мин Просмотров 2.7к. Опубликовано 08.06.2023

Важная часть рабочей системы современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) — клапанный механизм, который является частью газораспределительного механизма (ГРМ). Его конструктивная задача – обеспечивать обмен газами между цилиндрами двигателя и системами, быть ответственным за приготовление рабочей смеси. О том, как устроена система на современных моторах, какую роль в ней играют клапаны двигателя, о её особенностях, типах и деталях ремонта, и пойдет речь в данной статье.

Клапан двигателя — это

Клапаны двигателя предназначены для непосредственного управления подачей рабочего тела в двигатель и из него (рабочим телом называют смесь, расширяющуюся при увеличении температуры, общий термин термодинамики). Простыми словами, клапаны ответственны за то, чтобы вовремя впускать в цилиндры рабочую смесь, а также вовремя очищать камеру сгорания, то есть выводит выхлопные газы.

Самый распространённый тип рабочего клапана в ДВС – тарельчатый, но есть и другие. Основные составные части такого устройства – стержень и головка («нижняя тарелка»). Чем плавнее переход от головки к стержню, тем более эффективным будет очищение камеры сгорания.

Клапанный механизм ДВС

Важнейшей механической частью газораспределительной системы (ГРМ) является клапанный механизм. Его задачами являются:

• Обеспечение своевременного ввода рабочей смеси, состоящей из воздуха и горючего топлива, в камеру сгорания для последующего её использования в цикле.
• Вывод отработавших, то есть выхлопных, газов для последующего их отведения.

Тарельчатые клапаны в такой конструкции играют важнейшую роль, ведь именно они обеспечивают герметичность камеры сгорания. Нарушения их работы относятся к числу тех неисправностей, с которыми автомобиль эксплуатировать нельзя.

Назначение и особенности устройства

Любой клапан состоит из двух основных частей – стержня и головки. Головка – это именно та часть, которая закрывает выпускное или впускное отверстие. Стержень плавно переходит в головку, через него передаётся энергия от распределительного вала, за счёт которого и происходит работа всего газораспределительного механизма.

Виды

При этом существуют следующие типы клапанов по назначению:

• Впускные, то есть через которые рабочая смесь вводится в камеру сгорания.
• Выпускные, то есть через которые выводятся отработанные газы.

Назначение клапана – обеспечение герметичности, потому они выдерживают сильные перегрузки.

Особой прочностью обладают выпускные клапаны, поскольку нагретые выхлопные газы при выходе по выпускному коллектору оказывают сильнейшее избыточное давление при высокой температуре (она может достигать 700 градусов в дизельных двигателях и 900 – в бензиновых).

К прочности выпускных клапанов предъявляются особые требования. Головку изготавливают из жаропрочного металла, стержень – из высокоуглеродистой стали. Также места прямого контакта с цилиндром дополнительно покрывают жаростойким сплавом толщиной до 2,5 миллиметров для препятствования образованию коррозии от постоянного контакта с пламенем.

Впускные клапаны не испытывают таких больших температурных перепадов, так как топливо, поступающее в цилиндры двигаете, отводит часть температуры. Потому для изготовления таких устройств допускается использовать стали с низким содержанием углерода, например, хромовые или никелевые.

Форма и фаска

Форма головки клапана обычно плоская, однако она не самая эффективная с динамической точки зрения. Её преимущество – в дешевизне производства, простоте выпуска. Однако на моторах, «заточенных» под извлечение максимальной мощности (гоночных, форсированных) «тарелки» впускных клапанов обычно выпуклой формы.

Головка клапана стыкуется с головкой цилиндра на фаске – специальном ободке ГБЦ толщиной не менее 0,8 мм. Если фаска делается в заводских условиях, то притирать ее не нужно. А при гаражном ремонте, клапан должны притираться. Важно, чтобы не было никаких «пробелов» по всему её диаметру. Некачественная фаска, то есть, фактически, нарушение герметичности при рабочем цикле, ведёт к потере мощности, задымлениям и прочим неприятным последствиям для двигателя и автомобиля.

Конструкция клапанного механизма ДВС

Клапан является лишь составной деталью клапанной группы. Для нормальной работы двигателя необходимо как минимум два клапана – впускной и выпускной. Однако на большинстве двигателей внутреннего сгорания их больше.

Сам клапанный узел состоит при этом из следующих основных деталей.

• Впускного или выпускного клапанов. Первый больше второго в диаметре. Делают это с целью эффективного введения смеси в рабочее пространство двигателя.
• Втулок. Цилиндрические изделия, в которых перемещаются клапана. Их задача – обеспечить нормальное ровное перемещение в вертикальной плоскости.
• Пружин. Их задача – возвратить клапан в изначальное положение.
• Сёдел. Это стык между нижней тарелкой и головкой бока цилиндров, непосредственно к клапанному механизму не относится.
• Сухарей, то есть крепления стержня клапана, верхней тарелки.
• Толкателей, передающих движение от кулаков распределительного вала. Он толкает клапан, а пружина потом возвращает его в исходное положение.
• Масло отражательных колец, препятствующих попаданию масла в цилиндры.
• Верхних тарелок, служащих защитным устройством.

Передача энергии на клапан производится через кулачки от вращающегося распределительного вала двигателя.

Пружины

Пружина – это деталь клапанного механизма, работающая при больших нагрузках. Её задача – обеспечить надёжное прилегание клапана к фаске головки блока цилиндров. При этом пружина ломается чаще, чем другие составные части механизма, так как её витки могут войти в состояние резонанса. Для предотвращения возникновения явления, производители прибегают к ухищрениям:

• Вставляют внутрь пружины ещё одну пружину обратного витка.
• Делают витки неравномерными по ширине.
• Изготавливают пружину конической формы.

Производится изделие из закалённой стали, из крепкой проволоки. Для исключения воздействия коррозии снаружи обрабатывается кадмием или оксидом цинка. Концы изделия обычно шлифуются в плоскость с тарелками, чтобы упростить их крепление.

Направляющие втулки

Втулки обеспечивают скольжение клапана в вертикальной плоскости. При возвратном его движении между стержнем и втулкой возникает трение, которое при недостаточной смазке идет «всухую». Кроме того, стенки втулок, как и другие детали механизма, подвергаются воздействию больших температур, потому для их производства также используются жаростойкие материалы. Обычно это керамика, алюминиевая бронза и чугун.

Втулки впускных клапанов делаются зауженными книзу, чтобы клапаны не заклинило. Зазоры же между стержнем и стенками делаются меньше, чем на выпускных клапанах.

Седла клапанов

Клапаны должны герметично закрывать рабочее пространство двигателя, в значительной степени это зависит от качества изготовления седла. Оно устанавливается непосредственно на головке блока цилиндра методами развальцовки и запрессовки. На алюминиевых головках оно обычно вставное, на чугунных – литое, встроенное.

Гидрокомпенасаторы

Детали, нивелирующие тепловой зазор, подробнее о нем далее. Эти элементы клапанной системы устанавливаются не во все моторы. Вообще механизм газораспределения и клапанный, как его часть, хорошо работает и без гидриков. Но с ними работает отлично. Преимущества мотора с гидрокомпенасотрами:

• более тихая работа
• отсутствие необходимости сложной регулировки
• больший ресурс клапанного механизма.

Но отрицательные стороны у наличия гидрокомпенсаторов тоже есть: более сложная конструкция – увеличение вероятности поломки, чуть более высокие требования к смазке.

Количество клапанов на цилиндр

Нельзя однозначно ответить на вопрос, сколько клапанов должно быть в двигателе внутреннего сгорания – всё зависит от конкретной модели.

В четырёхтактных двигателях на каждый цилиндр должно приходиться минимум два – впускной и выпускной клапан. Однако на практике распространены и другие варианты:

Тип ГРМ по числу клапанов на цилиндр	Особенности	Фото
Двухклапанный	1 — впуск 1 — выпуск
Трехклапанный	2 — впуск 1 — выпуск
Четырехклапанный	2 — впуск 2 — выпуск
Пятиклапанный	3 — впуск 2 — выпуск

Большее количество клапанов позволяет сделать характеристики двигателе более внушительными по мощности, коэффициенту полезного действия (КПД), экологичности, однако конструкция при этом усложняется, что ведёт к увеличению вероятности поломки.

Работа клапанного механизма

Работа клапанного механизма обеспечивается приводом ГРМ и распредвалом. Конструкция, обеспечивающая взаимодействие, бывает разной, однако суть остаётся неизменной – вращаясь, распределительный вал попеременно открывает впускные и выпускные клапаны двигателя, обеспечивая приток смеси в камеру сгорания или выход из неё отработанных газов.

Распределительный вал может быть как один, так и два. На V-образных моторах устанавливаются сразу 4 вала, по 2 в каждой головке. Сам вал соединён приводом с коленчатым валом двигателя, зубчатым, цепным иди другим способом. Скорость вращения распредвала всегда составляет половину от скорости вращения коленчатого – таким образом достигается необходимая согласованность в четырёхтактном двигателе.

Почему клапаны стучат

Основной признак неисправности клапанного манизма – появление характерного постукивания (цокотания) со стороны двигателя. Часто он возникает, когда мотор «холодный» и пропадает, когда он прогревается до нормальной температуры работы.

В этом случае вероятной причиной является вязкость масла, которое из-за консистенции не поступает в нужном объёме в гидрокомпенсаторы – клапан при возврате «пробивает» пружину. При прогреве тепловой зазор (то есть зазор между распредвалом и толкателем) уменьшается, и стук пропадает.

Стук может появляться в клапанах и на «горячем» двигателе. Причинами могут быть недостаточное давление в масляной системе, а также износ основных узлов – пружины, втулки, компенсаторов.

Регулировка теплового зазора

Тепловым зазором называют расстояние межу толкателем и распредвалом, необходимое для того, чтобы компенсировать расширение при нагреве клапана. Регулировка делается по-разному на разных моделях двигателей. На моделях с коромыслом в качестве средства взаимодействия с толкателем, например, специальный регулировочный механизм.
На самых распространенных двигателях с кулачковой системой процедура замены «стакана» выглядит следящим образом.

1. Снять крышку клапанной группы.
2. Повернуть коленвал таким образом, чтобы поршень 1-го цилиндра оказался в верхнем крайнем положении.
3. Далее с помощью специального щупа необходимо измерить зазор между кулачком и толкателем (в тех клапанах, которые в этот момент закрыты). Щуп в зазоре должен лежать плотно, но свободно вытаскиваться.
4. Провернуть коленвал на 360 градусов и повторить процедуру с оставшимся клапанами.
5. Заменить те стаканы, в которых зазор оказался слишком большим или малым, на новые.

Важном помнить, что тепловой зазор, да и клапаны в целом, проверяется только она «холодном» двигателе.

Если материал был полезен, напишите комментарий. Если оказался бесполезен или неточен, тем более пишите.

Сохранить моё имя, email и адрес сайта в этом браузере для последующих моих комментариев.

https://carservic.ru/dvigatel/klapany-dvigatelya