Роль клапанов двигателя, для чего они нужны?
Когда мы запускаем автомобиль, мы обычно не осознаем многочисленных механических процессов, которые должны происходить, чтобы двигатель работал. Они даются благодаря общению и совместной работе бесчисленных частей и движущихся частей, которые работают синхронно. Одним из таких элементов является клапаны двигателя потому что без них невозможно было бы получить необходимую энергию от двигателя.
Индекс
- 1 Что такое клапаны двигателя?
- 2 Какова реальная функция клапанов в двигателе?
- 3 Где в двигателе расположены клапана?
- 4 Все клапаны двигателя одинаковые?
- 5 Что произойдет, если клапан поврежден?
- 6 Короче
- 7 Отличия выпускных и впускных клапанов
Что такое клапаны двигателя?
Клапаны двигателя – это металлические элементы, обеспечивающие доступ к камеры сгорания топливно-воздушной смеси и выход из нее газов производится его взрывом.
Без этих механических элементов работа двигателя была бы невозможна, поскольку его движение жизненно важно для производства энергии, необходимой для движения колес.
Конструктивно клапан состоит из длинная часть, называемая втулкой или хвостовой частью клапана (обычно шток) и другая верхняя часть, называемая головкой (тарелка или головка клапана). Для его изготовления используются легированные материалы, так как в рабочем цикле они должны выдерживать высокие температуры (до 1000º по Цельсию).
Подпишитесь на наш Youtube-канал
Какова реальная функция клапанов в двигателе?
Фактическая функция очень проста и проста. Они отвечают за управлять подачей топлива и воздуха (топливно-воздушной смеси) в цилиндр. После взрыва смеси на компрессия поршня Именно они обеспечивают выход газов, образующихся в результате этого взрыва.
Где в двигателе расположены клапана?
технически расположены на головке блока цилиндров (обычно известный как прикладом).
Все клапаны двигателя одинаковые?
Нет, ответ — нет. Впускной клапан (куда входит смесь) больше выпускного клапана (куда выходят газы). Причина такого разного размера связана с условиями, в которых происходят впуск и выпуск. Давление, при котором поступает смесь, похоже на то, которое существует в атмосфере, поэтому для облегчения процесса ее размер больше.
Наоборот, когда смесь уже взорвалась, газы находятся под более высоким давлением, поэтому нет необходимости, чтобы их размер был таким большим. Кроме того, также есть разница в материалах, из которых они изготовлены. Впускной клапан выдерживает около 200 градусов по Цельсию, а выпускной клапан около 700 градусов по Цельсию, поэтому его компоненты более устойчивы, чем компоненты первого.
Наконец, чтобы правильно отличить один тип клапана от другого, нам нужно только посмотрите на размер вашей головы и ее форму. Мы знаем, что впускные имеют большую головку, но она также плоская с лицевой стороны, однако выхлопные, кроме того, что имеют меньшую головку, имеют более коническую форму с лицевой стороны.
Теме статьи:
впускной коллектор и выпускной коллектор
Что произойдет, если клапан поврежден?
Если клапан сломается, первое, что произойдет, это то, что взрыв или выброс газов не будет происходить правильно. Это связано с тем, что из-за неправильного прилегания клапана к крышке двигателя газы будут просачиваться и, следовательно, возникнет компрессионный и тепловой дисбаланс, что приведет к серьезной поломке.
Основная проблема, с которой приходится сталкиваться клапанам, это их слабое охлаждение или его отсутствие, потому что при хорошей смазке двигателя риск выхода из строя отсутствует. Устранение неисправности этого типа имеет переменную стоимость, поскольку она будет зависеть от того, как они вышли из строя, и повреждения, которые произошли в двигателе.
Стоимость единицы клапана очень низкая, так как его изготовление обходится дешево, однако конечная цифра будет варьироваться в зависимости от типа клапана и обнаруженной проблемы.
Теме статьи:
Потеря мощности автомобиля: причины и решения
Короче
Клапаны представляют собой элементы, выполняющие простую функцию закрытия и открытия клапана. впускные и выпускные каналы газов, выполняющих основную функцию при сгорании топливовоздушная смесь.
В настоящее время наиболее распространенными клапанами являются так называемые «пластинчатые», что обусловлено их форма перевернутой пластины в его жизненно важной части, то есть той, которая открывает и закрывает протоки.
От центра же начинается так называемый «шип», а цилиндрическое удлинение, перемещающее клапан, хотя «неофициальное» наименование голова к тарелке клапана и Кола к шипу
Они изготавливаются литыми и обрабатываются из специальных сталей, потому что требуется выдерживать высокие температуры которых достигают газы во время их работы.
Отличия выпускных и впускных клапанов
Лас- разница температур между выхлопом и впуском позволяют использовать специальные сплавы в выпускных клапанах (которые выдерживают 1000 градусов по Цельсию)
Помимо того, что эти клапаны довольно дешевы в производстве, они позволяют небольшая прогулочная зона, меньшее трение и подходящая форма для правильный расход газа.
Единственный недостаток, который у них есть, это мало или нет охлаждения что они представляют.
Изображения – Анри Бергиус, Мирко Юнге, lw5315us
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.
Клапаны в двигателе — как они работают
Из нашего безумно подробного руководства:
Газы поступают в камеру сгорания и выходят из нее через каналы в головке блока цилиндров, называемые портов . Этот поток газов контролируется клапанами. Есть два набора клапанов — один набор для управления впуском и один набор для выпуска.
Клапаны должны создавать минимальное препятствие для потока газов, когда они открыты, и создавать газонепроницаемое уплотнение, когда они закрыты.
На такте впуска впускной клапан будет открыт и может попасть смесь воздуха и топлива. После этого клапан закроется, чтобы смесь можно было сжать и сжечь. выпускной клапан открывается на такте выпуска, так что сгоревшая смесь может быть вытеснена движением поршня вверх.
Клапаны управляются распределительным валом, который в нужный момент толкает каждый клапан в открытое положение либо напрямую, либо через рычажный механизм. Клапаны должны быть синхронизированы с поршнем, чтобы они открывались и закрывались в нужный момент хода поршня. А ремень ГРМ (cambelt по-британски) или цепь ГРМ проходит между коленчатым валом и распределительным валом, связывая их вместе, сохраняя их синхронизированными.
Клапан в сборе
Первые двигатели экспериментировали со всеми видами клапанов, но на протяжении ста лет или около того во всех автомобильных двигателях использовалась одна и та же конструкция: тарельчатый клапан.
Каждый клапан находится в круглом отверстии в крыше камеры сгорания. В закрытом состоянии между клапаном и поверхностью, к которой он прижимается, будет плотное уплотнение, известное как седло клапана . Клапан остается закрытым за счет пружина клапана который давит на диск, прикрепленный к штоку клапана, называемый фиксатор .
Давление, вытесняющее выхлопные газы, сильнее, чем вакуум, втягивающий воздух и топливо. Легче выдувать газы давлением, чем всасывать их вакуумом. Вы можете попробовать это сами, дыша через соломинку для питья, наполнение легких занимает больше времени, чем их опорожнение. Это означает, что выхлопные газы движутся легче, поэтому впускные клапаны больше (или их больше), чем впускные клапаны, чтобы обеспечить большую площадь для впускного потока.
Клапан
Сам клапан состоит из круглой головки, соединенной с длинным штоком. Шток проходит в направляющей клапана и гарантирует, что клапан может двигаться только вверх и вниз, а не качаться из стороны в сторону.
Клапан состоит из двух частей, которые затем свариваются между собой. 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 соприкасается с поверхностью по периметру порта клапана. Эта поверхность, на которой сидит клапан, называется седло клапана . Седло должно быть гладким, так как оно обеспечивает уплотняющую поверхность, а максимальный контакт между клапаном и седлом гарантирует, что головка блока цилиндров сможет поглощать тепло от клапана. С чугунной головкой седло клапана будет врезано непосредственно в головку, тогда как для более мягких алюминиевых головок, которые не могут противостоять коррозии выхлопных газов, седло клапана будет сделано из более прочного металла и запрессовано в головку.
Впускной и выпускной клапаны нагреваются во время работы.
Это тепло должно рассеиваться, и это тепло в основном передается через поверхность клапана, через седло клапана и в головку цилиндров, где оно уносится протекающей охлаждающей жидкостью. Тепло также проходит вверх по штоку и через направляющие клапана в головку. Стержни некоторых высокопроизводительных клапанов заполнены натрием, который плавится и разбрызгивается внутри штока для улучшения теплопередачи.
[Схема теплового потока в клапанах]
Выпускные клапаны служат дольше, чем впускные, они подвергаются более высоким температурам, поскольку горячие выхлопные газы обтекают их и позади них. Они проводят свой срок службы в тесном контакте с горячими коррозионно-активными выхлопными газами, поэтому изготавливаются из особо прочных, термостойких и коррозионностойких материалов.
Направляющие клапанов
Клапаны проходят через отверстие в порту, это отверстие будет облицовано прецизионной фрезерованной трубой, называемой направляющая клапана .
Направляющая клапана очень плотно прилегает к штоку клапана, чтобы предотвратить любое движение из стороны в сторону или качание. Плотная посадка означает, что торец клапана идеально выровнен с седлом клапана.
Этот малый зазор предотвращает утечку масла в отверстие, а также помогает предотвратить попадание сжатых газов через шток клапана в головку блока цилиндров.
Направляющие клапанов дополнительно уплотнены уплотнение штока клапана , который в основном представляет собой уплотнительное кольцо, которое уплотняет шток клапана, предотвращая попадание избыточного масла и газов через направляющую клапана в порт. Небольшое количество масла желательно в направляющей клапана для предотвращения износа и обеспечения плавного хода.
Пружина клапана
Каждый клапан удерживается в закрытом состоянии пружина клапана . Пружина удерживает клапан в закрытом состоянии, а также удерживает узел клапана в контакте с распределительным валом или коромыслом, когда клапан открыт.
Чтобы открыть клапан, клапанный механизм должен нажимать, преодолевая натяжение пружины. Прочность пружины клапана имеет большое значение.
[Иллюстрация поплавка клапана]
Слишком сильный, и мы тратим энергию на открытие и закрытие клапанов, а также увеличиваем износ клапанного механизма. Но если пружина слишком слабая, она не сможет закрыть клапан достаточно быстро на высоких скоростях, клапан потеряет контакт с распределительным валом в состоянии, известном как поплавковый клапан чего мы всегда хотим избежать.
Пружина клапана располагается вокруг штока клапана и давит вверх на круглую пластину, называемую Держатель клапана который фиксируется вокруг штока клапана.
Фиксатор крепится к штоку с помощью двух Держатели клапанов (также известные как сухари клапана, цанги или замки). Стопоры клапанов имеют коническую форму и входят в канавки на штоке клапана, предотвращая скольжение фиксатора вверх по штоку.
Толкатели клапанов
Толкатель клапана , также именуемый толкатели клапанов или толкатели , представляют собой цилиндрические прокладки, которые располагаются между верхней частью штока клапана и кулачком кулачка или коромыслом.
распределительный вал
Функция клапанов очень тесно связана с функцией распределительного вала, и они действуют вместе, при этом распределительный вал управляет открытием и закрытием клапанов. Прочтите статью о распределительном валу, чтобы получить полное представление о клапанном механизме.
Неисправности клапана
Поврежденные клапаны могут привести к плохой компрессии и серьезным проблемам с двигателем. Результат отказа клапана в одном цилиндре будет находиться где-то по шкале между неработающим двигателем и плохой работой — в зависимости от количества цилиндров в двигателе.
Отказ клапана почти всегда приводит к потере компрессии в пораженных цилиндрах из-за отказа клапана закрыть камеру.
Прогоревшие клапаны
А прогоревший клапан происходит, когда часть поверхности клапана повреждена в результате перегрева или коррозии.
Погнутый клапан
Клапаны находятся в постоянном танце с поршнями, синхронизированными с помощью зубчатого ремня или цепи. Если ремень ГРМ порвется или перескочит, то мощный поршень может коснуться клапана и это вызовет погнутый клапан . Двигатель, в котором поршень и клапан могут перекрываться, называется интерференционной конструкцией. интерференционная конструкция . А двигатель невмешательства
Если клапан погнут, он не сможет правильно сесть, что приведет к плохой компрессии.
В зависимости от силы контакта между поршнем и клапаном возможно дальнейшее повреждение направляющей клапана.
Продолжить чтение: распределительный вал
Технология регулируемых клапанов и то, что она делает в вашем автомобиле
Когда вы ознакомитесь с особенностями нового автомобиля, вы, вероятно, будете засыпаны восторженными словами о «передовой технологии клапанного механизма» в его двигателе. Как это произошло? Они не осыпают нас подробностями о том, как работают вирусы, когда продают нам лекарства от простуды. Вот краткое объяснение того, что делают клапаны автомобильных двигателей и почему автопроизводители тратят так много времени, рассказывая вам, насколько хороши их клапаны.
Посмотрите это: Наконец-то поймите, что производитель вашего автомобиля хвастается технологией регулируемых клапанов
Что делают клапаны воздух и / или топливо в цилиндры для сгорания — они называются впускными клапанами — и для выпуска выхлопных газов от этого сгорания из цилиндров — они называются выпускными клапанами.
Выделены клапаны двигателя, расположенные в головке (здесь невидимы), непосредственно над цилиндрами.
VWЭто может звучать как пара валторн в оркестре, но клапаны на самом деле играют центральную роль в характере мощности, экономичности и выбросов двигателя.
Принцип работы клапанов
Клапаны двигателя приводятся в действие вращением распределительного вала с эксцентричными яйцевидными кулачками. Когда эти кулачки вращаются, верхняя часть их яйцевидной формы давит на клапан, переводя его в открытое положение.
Распределительные валы бывают разных размеров и областей применения, но все они имеют ряд эксцентриковых или яйцевидных кулачков, врезанных в них.
MAT Foundry GroupПо мере того, как кулачок продолжает вращаться, его верхняя часть отходит от клапана, и пружина возвращает клапан в закрытое положение.
Есть три основных параметра, определяющих природу этого танца открытия и закрытия: время, подъем и продолжительность. (Вот где вам действительно нужно посмотреть видео в верхней части этой страницы!)
ГРМ
Как и все, что вращается, распределительный вал поворачивается на 360 градусов во время работы.
Где в этих 360 градусах вершина яйцевидного лепестка указывает на синхронизацию клапана — синхронизацию, когда кулачок давит на клапан во время вращения вала.
Где на 360 градусах распределительного вала эта точка кулачка определяет его синхронизацию.
CNETЭто называется синхронизацией, потому что она определяет, когда открывается клапан по отношению к тому, что происходит в остальной части двигателя в данный момент времени, поскольку все в двигателе механически заблокировано.
Подъем
Высота выступа кулачка или высота его яйцевидной точки определяет подъемную силу. Чем выше этот конец, тем дальше он будет перемещать или «поднимать» клапан. Эта величина подъемной силы в значительной степени определяет, насколько большое отверстие создается в цилиндре для подачи воздуха или топлива или для выпуска выхлопных газов.
Продолжительность
Ширина или ширина кулачка определяет продолжительность или как долго он поднимает клапан. Это определяет, сколько времени баллон должен вдохнуть или выдохнуть.
Ширина или широта «плеч» по обе стороны от вершины этого кулачка определяет его продолжительность.
CNETУзкий остроконечный выступ кулачка открывает клапан на короткое время, в то время как более широкий выступ кулачка тратит больше времени, удерживая клапан открытым при вращении распределительного вала.
Создание всех этих переменных
Как вы понимаете, яйцевидные кулачки обманчиво сложны и содержат множество «команд» в своей органической форме. Но даже этих нюансов недостаточно для современных двигателей; за последние несколько десятилетий автопроизводители сделали синхронизацию, подъемную силу и продолжительность регулируемыми в зависимости от работы двигателя.
Изменяемая синхронизация
В идеальном случае кулачки кулачков давят на клапаны в моменты времени, которые меняются в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки, что трудно представить при фиксированной форме распределительного вала, обработанной механической обработкой. Но технология VarioCam от Porsche была одним из первых примеров того, как сделать именно это, изменяя взаимосвязь между распределительным валом и шестерней, которая его вращает.
В частности, это позволило Porsche изменить синхронизацию впускных клапанов относительно положения поршней в цилиндре, а также синхронизацию выпускных клапанов. Это нечетко, но выше показано заводское изображение того, как VarioCam изменяет фазы газораспределения. В большинстве современных автомобилей с газовыми двигателями теперь используются некоторые методы изменения фаз газораспределения.
Регулируемый подъем
Знаменитые двигатели Honda с системой VTEC сделали регулируемый подъем клапанов популярным. Используя механическую связь, двигатели VTEC могут выбирать между двумя кулачками распределительного вала разной формы, каждый из которых управляет данным клапаном: один открывает клапан больше, другой открывает клапан меньше. Выбор лепестков для использования в данный момент осуществляется компьютером двигателя, который отслеживает обороты двигателя и нагрузку.