Устройство клапана и как оно работает — Motor-Doctor Ростов-на-Дону
Для качественного осуществления ремонта ГБЦ необходимо четкое понимание работы данного агрегата. Основным узлом в процессе работы головки однозначно является клапан. В данной статье хочу детально рассмотреть устройство и работу клапана.
Клапан служит для периодического открытия и закрытия отверстий впускных и выпускных каналов в зависимости от положения поршней в цилиндре и порядка работы двигателя.
В большинстве современных двигателей впускные и выпускные каналы выполнены в головках цилиндров и заканчиваются вставными гнездами из жаропрочного чугуна или металлокерамики.
Клапаны и седлаКлапан состоит из головки и стержня. Головка имеет узкую, скошенную под углом 45°, 30°, в некоторых случаях 20° кромку (рабочая поверхность), называемую фаской. Фаска клапана должны плотно прилегать к фаске седла, для чего эти поверхности обрабатывают на специальном оборудовании или взаимно притирают.
Головки впускных и выпускных клапанов имеют разный диаметр.
Для лучшего наполнения цилиндров свежей горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают большим, чем диаметр выпускного. В связи с тем что клапаны во время работы двигателя неодинаково нагреваются (выпускной клапан омываемый горячими отработавшими газами, нагревается больше), изготавливаются они из разного материала: впускные клапаны – из хромистой, выпускные из сильхромовой жаропрочной стали. Для увеличения срока службы выпускных клапанов на их рабочую поверхность бывает наплавлен жароупорный сплав, или сделано уплотнение поверхности бронированием, стержни бывают изготовлены пустотелыми и имеют натриевое наполнение, способствующее лучшему отводу тепла от головки клапана к его стержню.
Стержень клапана цилиндрической формы в верхней части имеет выточку для деталей крепления клапанной пружины. Стержни клапанов помещены в чугунных, бронзовых или металлокерамических направляющих втулках. Втулки запрессованы в головку цилиндров.
Клапан прижимается к седлу стальной пружиной, которая иногда имеет переменный шаг витков, что в свою очередь устраняет ее вибрации.
Пружина одной стороной упирается в шайбу, расположенной на головке цилиндров, а другой в опорную шайбу. Опорная шайба удерживается на стержне клапана двумя коническими сухарями, внутренний буртик которых входит в выточку стержня клапана.
Для уменьшения проникновения масла по стержням клапанов в камеру сгорания двигателя в опорных шайбах установлены резиновые кольца или на стержни клапанов надеты резиновые колпачки. Для равномерного нагрева и износа клапана желательно, чтобы при работе двигателя он проворачивался. В некоторых двигателях выпускные клапаны имеют механизм проворота. Такими являются двигатель автомобиля Renault Magnum (Рено Магнум) и двигатель автомобиля ЗИЛ 130. Он состоит из неподвижного корпуса, в наклонных канавках которого расположены шарики с возвратными пружинами, дисковой пружины и опорной шайбы с замочным кольцом. Механизм установлен на направляющей втулке клапана в углублении головки цилиндров. На других двигателях клапан проворачивается за счет вибрации двух пружин с разным направлением навивки.
Во время работы двигателя в связи с нагревом клапанов их стержни удлиняются, и может наступить такой момент, когда клапан не сядет в седло, что приведет к нарушению работы двигателя. Для обеспечения плотной посадки в седле между стержнем и носком коромысла (кулачком распредвала) должен быть определенный тепловой зазор. Значение зазора указываются для каждого двигателя индивидуально производителями. Для его регулировки в большинстве грузовых автомобильных двигателей существуют регулировочные винты, а многие производители легковых двигателей применяют гидрокомпенсаторы.
Для более полного понимания работы газораспределительного механизма и клапана в частности, рассмотрим опережение открытия и запаздывания закрытия клапана, так называемые фазы газораспределения.
С целью получения наибольшей мощности необходимо как можно лучше заполнять цилиндры горючей смесью и очищать их от продуктов сгорания. Для этого впускной клапан открывается до прихода поршня в В.М.Т. в конце такта выпуска, то есть с опережением в пределах 10°…31° поворота коленчатого вала, а закрывается после прихода поршня в Н.
М.Т. в начале такта сжатия, то есть с запозданием в 46°…83°. Продолжительность открытия впускного клапана составляет 236°…294° поворота коленчатого вала, что значительно увеличивает количество поступаемой в цилиндры горючей смеси или воздуха. Поступления смеси или воздуха до прихода поршня в В.М.Т. и после Н.М.Т. происходит за счет инерционного напора во впускном трубопроводе из-за часто повторяющихся тактов в цилиндрах.
Выпускной клапан открывается за 50°…67° до прихода поршня в Н.М.Т. в конце такта «рабочий ход» и закрывается после прихода поршня в В.М.Т. такта выпуска на 10°…47°. Продолжительность открытия выпускного клапана 240°…294° поворота коленчатого вала. Выпускной клапан открывается раньше, так как давление в конце такта «рабочий ход» невелико и оно используется для очистки цилиндров.
После прохождения поршнем В.М.Т. отработанные газы будут продолжать выходить по инерции.
Моменты открытия и закрытия клапанов относительно мертвых точек, выраженные в градусах поворота коленчатого вала, называют «фазами газораспределения».
Исходя из этого понятно, что в двигателе бывают моменты (в конце такта выпуска и начале такта впуска) когда оба клапана открыты. В это время происходит продувка цилиндров свежим зарядом горючей смеси или воздуха для лучшей очистки от продуктов сгорания. Этот процесс носит название – перекрытие клапанов.
Все сказанное в данной статье поможет нам в дальнейшем понять что должно происходить при ремонте ГБЦ и развеять кучу существующих мифов возникающих в результате низкой профессиональной грамотности многих ремонтников. В следующей статье мы рассмотрим ремонт сопряжения клапан-седло, ключевую операцию при ремонте ГБЦ.
Банько А.И.
главный специалист цеха автомобильной
мех.обработки «Мотор-Доктор»
(988)-561-72-65
(919)-895-89-06
устройство описание клапана; выпускной клапан; детали механизма ГРМ
устройство описание клапана; выпускной клапан; детали механизма ГРМ Главная ~ фотографии;краткое описание ГБЦ
К л а п а н ы открывают и закрывают впускные и выпускные каналы.
Клапан состоит из тарельчатой плоской головки и стержня. Диаметр головки впускного клапана больше, чем выпускного. Впускные клапаны изготовляют из хромистой стали; выпускные клапаны (или их головки) — из жаростойкой стали. Вставные седла клапанов, запрессованные в головку или блок цилиндров, изготовляют из жаростойкого чугуна. На рабочую поверхность головки выпускных клапанов иногда наплавляют жаростойкий сплав. Для лучшего охлаждения внутреннюю полость некоторых выпускных клапанов заполняют металлическим натрием 11 (см. рис. 3.4, а), который имеет высокую теплопроводность и температуру плавления 98°С. При движении клапана расплавленный натрий, перемещаясь внутри стержня, отводит теплоту от головки к стрежню, которая затем передается направляющей втулке 10.
Рабочая поверхность головки клапана (фаска) обычно имеет угол 45°; только у впускных клапанов двигателя ЗИЛ-130 этот угол равен 30°. Фаску головки клапана тщательно обрабатывают и притирают к седлу.
Стержень клапана имеет выточку, в которую вставляют сухарики 7 для крепления упорной шайбы 6 пружины клапана.
Стержни клапанов перемещаются в направляющих втулках 10 — чугунных или металлокерамических (ЗМЗ-24, ЗМЗ-53, КамАЗ-740).
Клапан прижимается к седлу одной или двумя (АЗЛК-2140 и КамАЗ-740) пружинами. При двух пружинах направление из витков должно быть различным, чтобы при поломке одной из них ее витки не могли попасть между витками другой.
Выпускные клапаны двигателей ЗИЛ-130 принудительно поворачиваются при работе, что предотвращает их заедание и обгорание. Механизм поворота состоит из неподвижного корпуса 1 (рис. 3.4, а—г), пяти шариков 2 с возвратными пружинами 9, дисковой пружины 8 и опорной шайбы 3 с замочным кольцом 4. Корпус 7 установлен на направляющей втулке 10 клапана в углублении головки цилиндров и имеет секторные пазы для шариков 2. Опорная шайба .?и дисковая пружина 8с зазором надеты на выступ корпуса. При закрытом клапане (рис. 3.4, б), когда усилие его пружины 5 невелико, дисковая пружина 8 выгнута наружной кромкой кверху, а внутренней кромкой опирается на заплечник корпуса 1.
При закрытии клапана усилие его пружины уменьшается, дисковая пружина 8 прогибается и упирается в заплечник корпуса, освобождая шарики 2, которые под действием пружины 9 возвращаются в исходное положение.
Сайт управляется системой uCoz
Как работают сменные сердечные клапаны?
Замена сердечного клапана может дать новую жизнь людям с пороками сердца. Доктор Пабло Ламата объясняет старшей медсестре-кардиологу Эмили Макграт различные типы клапанов. Кроме того, посмотрите наши новые анимации, чтобы увидеть, как работают здоровые и замененные сердечные клапаны.
Зачем вам замена сердечного клапана?
Клапаны сердца могут заболеть или повредиться, что означает, что они либо не открываются должным образом (стеноз), либо не закрываются должным образом (регургитация).
Это может помешать вашему сердцу работать должным образом, поэтому используется запасной клапан, который выполняет работу клапана по открытию и закрытию.
Как работают сменные сердечные клапаны?
Сменные клапаны действуют как ворота, пропускающие кровь через сердце. Это означает открытие в нужное время, чтобы кровь могла течь в следующую камеру вашего сердца или течь по направлению к остальной части вашего тела; а также закрываться в нужное время, чтобы ваше сердце могло эффективно работать, а кровь не текла в обратном направлении.
У вас в сердце четыре клапана, но есть два — аортальный и митральный — которые, как правило, нуждаются в замене.
В чем разница между тканевым и механическим сердечным клапаном?
Механические клапаны изготовлены из углерода и металла. Тканевые (биологические или биопротезные) клапаны обычно изготавливаются из ткани свиньи или коровы, а иногда и из ткани человека (в этом случае их можно назвать клапанами-гомотрансплантатами), которые были обработаны, чтобы убедиться, что они не отторгаются организмом.
Каковы преимущества и недостатки механических и тканевых клапанов?
Механические клапаны обычно служат всю жизнь, но ваша кровь с большей вероятностью скапливается и прилипает к клапану, вызывая образование тромба. Если это прервется, это может вызвать сердечный приступ или инсульт. Если вы решите установить механический клапан, вам нужно будет принимать варфарин, разжижающий кровь препарат (антикоагулянт), каждый день на протяжении всей жизни, чтобы снизить риск образования тромбов. Вам понадобятся регулярные анализы крови в хирургическом отделении общей практики или в клинике антикоагулянтов, или вы можете проверить свою собственную кровь дома, если купите набор для домашнего тестирования.
С тканевыми клапанами вам не нужно принимать разжижающие кровь лекарства всю жизнь, хотя вам, возможно, придется принимать их в течение нескольких месяцев после операции. Однако этот тип клапана не прослужит так же долго, как механический клапан, и может потребоваться замена или ремонт через 10–20 лет.
Каковы различия между различными механическими клапанами?
Основное различие между механическими клапанами заключается в том, как компании решают спроектировать механизм открытия и закрытия.
Насколько велики механические клапаны?
Они бывают разных размеров, в зависимости от вашего размера — и, следовательно, размера вашего сердца — и того, какой клапан заменяется. Аортальный клапан обычно имеет диаметр 2–3 см (около дюйма), а митральный клапан обычно составляет 2,7–3,5 см (1,1–1,4 дюйма). Хирург подберет для вас оптимальный размер.
Как мне решить, какой тип замены сердечного клапана мне нужен?
Окончательный выбор достигается по-разному для каждого пациента, поскольку многие факторы (включая ваше физическое состояние, любые другие заболевания, которые у вас могут быть, и ваш возраст) учитываются под руководством вашего врача.
Тканевые клапаны, как правило, являются предпочтительным выбором из:
- пожилые люди (старше 70 лет), так как им может не понадобиться еще одна операция на клапане в течение жизни
- человек, у которых есть риск кровотечения и которые не хотят принимать варфарин
- человек, у которых запланированы другие серьезные операции, и которые не хотят принимать разжижающие кровь препараты
- человек, которые планируют иметь детей и избегают риска приема варфарина во время беременности
Тканевые клапаны имеют такой же риск инфицирования, как и механические клапаны.
Механические клапаны, как правило, являются предпочтительным выбором из:
- молодые люди (младше 65 лет), так как это уменьшит вероятность необходимости повторной операции с клапаном, поскольку клапан будет служить в течение всей жизни
- человек подвержены риску быстрого износа сменного тканевого клапана
- человек, которые уже принимают варфарин по другим причинам
- человек, которые подверглись бы риску, если бы потребовалась еще одна операция клапана
Как вставляются сменные сердечные клапаны?
Традиционный хирургический подход включает в себя вскрытие грудной клетки и рассечение грудины, чтобы добраться до области клапана. На время замены клапана необходимо остановить работу сердца, поэтому во время операции для циркуляции крови по всему телу используется аппарат искусственного кровообращения. Это очень сложная процедура. Однако в настоящее время транскатетерная имплантация аортального клапана (TAVI) может заменить все это для подходящих пациентов.
В нем используется тонкая трубка, которая вводится, как правило, через пах или запястье, чтобы добраться до клапана и развернуть складчатый клапан, который разворачивается и располагается поверх естественного клапана. Сердце не нужно останавливать и старый клапан не удалять.
В последнее время транскатетерная пластика или замена митрального клапана становится вариантом для отдельных пациентов. MitraClip недавно был одобрен NICE и представляет собой небольшую клипсу, прикрепленную к митральному клапану. Это лечит митральную регургитацию, помогая вашему клапану закрыться более полно.
Во время процедуры MitraClip хирург проводит тонкую трубку (или катетер) к митральному клапану через вену в паху.
Может ли ваш организм «отказаться» от сердечного клапана?
Все сменные клапаны являются «биосовместимыми», что означает, что ваш новый клапан не будет отвергнут вашей иммунной системой.
Каковы риски операции по замене сердечного клапана?
Как и при любой операции, существуют риски, связанные с анестезией и самой процедурой.
Уровень риска будет зависеть от вашего возраста, других имеющихся у вас заболеваний и количества процедур, выполняемых за одну операцию. Основные риски включают инфекции, тромбы, инсульты, временное нарушение сердечного ритма (аритмию) и снижение функции почек на несколько дней.
Риск смерти от замены аортального клапана составляет примерно 1-2%, что намного меньше, чем риск оставить без лечения серьезные проблемы с аортальным клапаном. При операции по замене митрального клапана риск смерти составляет от 2 до 6 процентов. Большинство людей, переживших операцию, имеют ожидаемую продолжительность жизни, близкую к нормальной.
Как проходит восстановление после операции на клапане сердца и сколько времени оно занимает?
Если все пройдет хорошо, вам помогут встать с постели на следующий день после операции, и вы можете ожидать некоторого дискомфорта после операции, и вам дадут обезболивающее. Ваш уровень боли будет контролироваться, чтобы убедиться, что вы чувствуете себя максимально комфортно.
У вас будет структурированная ежедневная программа, которая поможет вам снова встать на ноги. Многие люди возвращаются домой примерно через неделю после операции. В среднем для полного выздоровления требуется от двух до трех месяцев, но это может сильно варьироваться, поскольку это зависит от вашего индивидуального состояния и типа операции, которую вы перенесли.
При традиционном хирургическом подходе может потребоваться более длительный период восстановления, в то время как восстановление может занять меньше времени при транскатетерном подходе.
После операции качество вашей жизни должно улучшиться. Вскоре после того, как вы отправитесь домой, ваша хирургическая бригада посоветует вам, как постепенно начинать тренироваться.
Важно пройти кардиологическую реабилитацию, где вам помогут безопасно заниматься физическими упражнениями, получить консультацию о ваших лекарствах, вашем питании и любую психологическую поддержку, которая может вам понадобиться.
Какие исследования проводятся?
Британский кардиологический фонд финансирует мое исследование оптимального времени для замены клапана.
Есть два основных аспекта, которые определяют это: насколько неисправный клапан вызовет дополнительные проблемы для сердца, и способность сердца справиться с этим без особого труда. Мы ориентируемся на первое.
Когда клапан не работает должным образом, это вызывает потерю давления, поэтому сердце не может так же эффективно перекачивать кровь в остальные части тела. Поэтому мы работаем над лучшими методами измерения этой потери давления. Мы фиксируем скорость кровотока с помощью медицинских изображений и оцениваем фактическое давление, управляющее кровотоком, с помощью моделей физики жидкости.
Объединив передовые технологии визуализации и компьютерного моделирования, мы можем точно понять, насколько неэффективен неисправный клапан, не вводя инвазивный датчик в сердце.
Познакомьтесь с экспертом
Доктор Пабло Ламата читает курс по вычислительной кардиологии и является старшим научным сотрудником Wellcome Trust в Королевском колледже Лондона.
Его исследования сосредоточены на сочетании технологий визуализации и компьютерного моделирования для улучшения лечения болезней сердца и системы кровообращения.
Замена клапана: механический или тканевый?
Если вам нужен новый аортальный клапан, возраст является основным фактором при выборе типа клапана. |
Q. Мне 66 лет, скоро мне заменят аортальный клапан. Мой хирург предложил тканевый клапан, но он также упомянул, что вместо него можно поставить механический клапан. Каковы основные различия между этими двумя вариантами?
A. В целом оба типа сменных клапанов работают очень хорошо. Но есть плюсы и минусы у каждого. Исторически сложилось так, что возраст человека был основным фактором при выборе между ними. В настоящее время Американский колледж кардиологов и Американская кардиологическая ассоциация рекомендуют механические клапаны для людей моложе 50 лет и биологические (тканевые) клапаны для людей старше 70 лет.
Другой.
Механические клапаны изготавливаются из особого типа углерода или титана и других прочных материалов. Их главным преимуществом является долговечность: механический клапан обычно служит до конца жизни человека. Вот почему они исторически предпочитались молодым людям с ожидаемой продолжительностью жизни еще несколько десятилетий. Однако сгустки крови могут застрять в створках или петлях клапана и помешать работе клапана. Это может быть непосредственная опасная для жизни ситуация. Кроме того, эти сгустки могут отрываться и перемещаться по кровотоку. Если тромб блокирует артерию, ведущую к мозгу, это вызывает инсульт.
Чтобы избежать этой проблемы, почти все люди с механическими клапанами сердца должны всю оставшуюся жизнь принимать антикоагулянтные препараты, обычно варфарин (кумадин). Варфарин увеличивает риск кровотечения, которое может проявляться как кровотечение из носа, десен или при незначительных травмах, или, реже, как тревожное внутреннее кровотечение. Однако тщательный мониторинг степени воздействия варфарина на кровь может ограничить эту опасность.
Тканевые клапаны, изготовленные из клапанов сердца свиньи или ткани сердечной сумки коровы, обычно служат около 15 лет. Но они обычно не требуют пожизненного приема препаратов, препятствующих свертыванию крови. Пожилые люди более уязвимы к кровотечениям, побочным эффектам варфарина. Они также с меньшей вероятностью переживут свои новые клапаны. Поэтому для них тканевый клапан обычно считается лучшим выбором. Однако для людей, которые уже принимают варфарин по поводу другой проблемы, такой как мерцательная аритмия или тромбоз глубоких вен, механический клапан может иметь больше смысла.
Исследования несколько противоречивы в отношении того, какой клапан лучше всего подходит для людей в возрасте 50–60 лет. В последние годы наблюдается тенденция к использованию тканевых клапанов у людей младшего возраста. Теория состоит в том, что к тому времени, когда этим людям понадобится второй клапан, его можно будет заменить с помощью минимально инвазивной процедуры — логичный, но непроверенный подход.