Отличие впускного клапана от выпускного: Впускной и выпускной клапан: описание, характеристика

Содержание

Впускной и выпускной клапан: описание, характеристика

Главное отличие впускного клапана от выпускного — диаметр тарелки: у впускного она больше. Почему? Потому что всасывание воздуха из атмосферы в цилиндр под действием разрежения происходит с меньшей скоростью, чем выталкивание его из цилиндра поршнем.

Все просто: количество воздуха (или топливовоздушной смеси) — одинаковое, а скорость — разная. Соответственно, там, где скорость ниже, отверстие шире, а закрывающая его тарелка — больше в диаметре. 

Все это справедливо для тех клапанных механизмов, где впускных и выпускных клапанов — равное количество — по одному или по два. Впрочем, есть моторы с нечетным количеством клапанов: два впускных + один выпускной или три впускных + два выпускных. Тут все наоборот: диаметр тарелок выпускных клапанов будет больше, чем у впускных, ибо производитель компенсировал низкую скорость всасывания добавлением одного «лишнего» отверстия, а не увеличением диаметра. Подробнее о соотношении клапанов и цилиндров можно прочитать в соответствующей статье.

Второе важное отличие в конструкции клапанов — их рабочая температура. Впускные клапаны работают при 350-500 градусах, а вот выпускным тяжелее — раскаленные отработавшие газы нагревают их до 700-900 градусов. Поэтому, соответственно, выпускные клапаны часто делают более жаропрочными.

Головки (или тарелки) впускного и выпускного клапанов могут быть как одинакового диаметра, так и разного. (на автомобилях устаревших марок с малым перекрытием клапанов) -моё прим. Обычно головку впускного клапана делают большего диаметра для улучшения наполнения цилиндра. Например, размеры клапанов двигателя автомобиля ГАЗ-53А: диаметр головки впускного клапана 47 мм, а выпускного 36 мм. В дизеле КамАЗ-740 диаметр тарелки впускного клапана 51 мм, а выпускного 46 мм. Впускной большой выпускной маленький.

Выпускной клапан двигателя

Выпускной клапан — элемент ГРМ, при открытии которого происходит удаление (выпуск) отработавших газов из камеры сгорания двигателя. Выпуск газов происходит тогда, когда поршень в цилиндре двигателя направляется от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней мертвой точке (ВМТ). В процессе работы двигателя выпускные клапаны подвергаются значительным термическим нагрузкам, так как постоянно контактируют с раскаленными отработавшими газами. Головка клапана при работе ДВС может разогреваться в пределах 600-800 градусов.

После окончания такта впуска и сжатия главным требованием в момент возгорания топлива в камере сгорания является максимальная герметичность. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Когда поршень принял на себя энергию расширяющихся газов после возгорания топливно-воздушной смеси, из камеры сгорания необходимо удалить эти отработавшие газы. Герметизация камеры на данном этапе уже не нужна. За удаление выхлопных газов в конструкции газораспределительного механизма отвечает выпускной тарельчатый клапан, который размещен в головке блока цилиндров (ГБЦ).

На такте впуска создается разряжение, а на такте выпуска в рабочей камере сгорания двигателя образуется повышенное давление. После сгорания смеси топлива и воздуха отработавшие газы покидают камеру сгорания через открывающийся в нужный момент выпускной клапан. Сила давления позволяет газам с легкостью выйти из рабочей камеры. Этим объясняется меньший размер тарелки выпускного клапана сравнительно с тарелкой впускного клапана. На такте впуска разрежение по своей силе меньше давления на выпуске. Выхлопные газы практически выталкиваются наружу через открытый выпускной клапан.

Эффективная герметизация камеры сгорания стала возможна благодаря использованию тарельчатых клапанов в конструкции ГРМ современных ДВС. Устройство клапана простое, элемент имеет тарелку и стержень. Фаска плавно переходит в стержень, что делает клапан достаточно прочным. Коническая форма перехода заметно снижает сопротивление выхлопных газов при выходе из камеры, а также дополнительно улучшает герметизацию.

Открытие выпускного клапана происходит благодаря полученному усилию от кулачка распределительного вала. Стержень (шток) клапана находится в направляющей втулке клапана, которая запрессована в ГБЦ. Кулачок распредвала нажимает прямо на шток клапана или на рокера, от которого усилие передается на стержень. В ГБЦ также размещено седло клапана. Седло клапана представляет собой углубление, которое по своей форме соответствует верхней части тарелки клапана. Тарелка клапана и седло клапана с филигранной точностью прижимаются друг к другу. Данное решение позволяет обеспечить максимальную герметичность в тот момент, когда закрыты впускной и выпускной клапаны. Главной задачей становится исключить прорыв газов из камеры сгорания.

На верхней части стержня клапана выполнена специальная выточка. Указанная выточка является местом установки «сухаря». Данный «сухарь» представляет собой коническое кольцо, которое разрезано на две равных части. Решение необходимо для крепления тарелки пружины клапана. Если открытие клапана осуществляется за счет «толчка» от кулачка распредвала, то закрытие клапана реализовано посредством усилия пружины клапана. Указанная пружина закрывает клапан, плотно прижимая тарелку к седлу. Дополнительно имеется механизм, который осуществляет проворачивание клапана. Это необходимо для равномерного износа клапана и очистки клапана от нагара.

Выпускной клапан работает в крайне сложных условиях. Отработавшие газы вызывают сильную коррозию выпускных клапанов. Если топливо сгорает в камере не полностью, тогда это может привести к прогару клапана. Регулировка клапанного механизма является важной процедурой в процессе эксплуатации ДВС. Раннее закрытие выпускного клапана может привести к быстрому его прогару.

В процессе эксплуатации любого ДВС тарелка клапана и седло покрываются нагаром. Избежать нагара на клапанах практически не представляется возможным. Наличие нагара вызывает постоянный перегрев выпускного клапана. Рано или поздно опорная поверхность клапана начинает выгорать, что приводит к потере герметичности в камере сгорания. Результатом становится прогрессирующая потеря мощности ДВС, затрудненный пуск и т.д.

Появившиеся от перегрева микротрещины на тарелке клапана постепенно увеличиваются, так как раскаленные газы под давлением начинают прорываться наружу из камеры сгорания. Головка клапана в таких условиях деформируется и далее разрушается. Выход клапана из строя фактически означает полную потерю цилиндром двигателя своей функциональности. После замены обязательно требуется притирка клапана к седлу для максимально точного прилегания. Игнорирование процедуры или некачественное выполнение притирки клапанов приведет к быстрому выходу нового клапана из строя.

Вполне очевидно, что перегрев является серьезной проблемой выпускных клапанов. Для изготовления выпускного клапана используется особая хромоникельмолибденовая сталь. Основой является никель, который повышает устойчивость выпускного клапана к механическому разрушению. Сталь для изготовления клапанов отличается высокой жаропрочностью.

Следующим шагом по снижению термонагруженности выпускного клапана становится его конструкция, которая отличается от устройства впускных клапанов.

Стержень выпускного клапана полый, полость заполнена металлическим натрием. Натрий расплавляется и перетекает внутри стержня клапана, что позволяет улучшить теплообмен и равномерно распределить нагрев.

Выпускной клапан также может иметь дополнительную защиту, которая способна значительно продлить срок службы элемента. Единственным недостатком можно считать конечное удорожание производства детали.

Среди наиболее распространенных способов защиты отмечены:

  • лазерное легирование;
  • метод плазменно-порошковой наплавки;
  • наплавка токами высокой частоты;

Плазменно-порошковая наплавка считается одним из наиболее экономически и практически оправданных решений. Для такой наплавки используют различные металлические порошки, в основе которых лежит кобальт или никель. Технологии нанесения покрытия разные, но главной задачей каждого из указанных способов становится наплавление тонкого слоя защиты на поверхность клапана для повышения износостойкости, устойчивости к появлению коррозионных процессов и механическому разрушению.

Впускной клапан двигателя

Впускной клапан — элемент механизма газораспределения ДВС, который отвечает за пропуск в рабочую камеру сгорания топливно-воздушной смеси или только воздуха (для дизельных ДВС или моторов с непосредственным впрыском). Впускной клапан ГРМ осуществляет открытие доступа в цилиндр двигателя, а затем перекрывает доступ перед тем моментом, когда начнется такт сжатия.

Впускные клапаны изготавливают из особой стали. К такой стали для изготовления клапанов двигателя внутреннего сгорания выдвигаются отдельные требования:

  • высокая твердость поверхности;
  • достаточная теплопроводность материала;
  • узкий коэффициент термического расширения;
  • противостояние разъедающему влиянию продуктов сгорания;
  • возможность противостоять регулярным динамическим нагрузкам при высоком нагреве;

Дополнительные требования к стали для клапанов предполагают отсутствие эффекта закаливания в момент охлаждения клапана после работы в условиях высоких температур. Это означает, что при остывании сталь не должна становится хрупкой. Данным требованиям на 100% не соответствует ни одна из разработанных сегодня марок стали.

Клапаны ДВС изготавливают из высоколегированных сильхромов, что позволяет указанной детали работать в условиях высочайшего нагрева. Такой подход обеспечил нужную прочность клапана, а также возможность элемента противостоять коррозионным процессам, которые активно прогрессируют в среде его работы при высоких температурах около 600 — 800 °C.

Клапаны размещают под определенным углом (30-45 градусов) по отношению к вертикальной оси. Отличием впускного клапана от выпускного является то, что его тарелка имеет больший диаметр сравнительно с тарелкой выпускного клапана. Такое различие вызвано тем, что момент открытия впускного клапана происходит именно тогда, кода в камере сгорания появляется разрежение. В момент выпуска в цилиндре имеет место повышение давления.

Разрежение в цилиндре на впуске уступает давлению по силе на такте выпуска. Для максимально качественного и полного наполнения рабочей топливно-воздушной смесью на впуске необходимы клапана с большей пропускной способностью. Такая пропускная способность реализована посредством увеличения диаметра тарелки впускного клапана или количества впускных клапанов.

Тарелка впускного клапана со стороны рабочей камеры сгорания плоская, а со стороны распределительного вала получает форму конуса. Данный конус еще называется фаской. В момент закрытия впускного клапана фаска прилегает к седлу клапана, которое также представляет собой коническое отверстие в ГБЦ.

Точность посадки впускного клапана обеспечена благодаря использованию направляющей втулки. В указанную втулку вставляется стержень клапана, а сама втулка называется направляющей клапана. Направляющие клапанов запрессованы в корпус ГБЦ, а также дополнительно зафиксированы посредством стопорного кольца.

Современные силовые агрегаты имеют тенденцию к увеличению количества впускных клапанов на цилиндр для улучшения пропускной способности, повышения эффективности наполнения цилиндра рабочей топливно-воздушной смесью и улучшения мощностных и других характеристик ДВС.

Клапан получает внутреннюю и наружную пружины. Данные цилиндрические пружины закрепляют на стержне клапана. Открытие впускного клапана на такте впуска становится возможным благодаря тому, что усилие от кулачка распределительного вала передается на рокера (толкатель). Конструкция современных ДВС подразумевает прямое воздействие кулачка распредвала на клапан. Пружины клапана плотно закрывают (прижимают) клапан обратно после того, как рокер сбегает с толкателя или стержень клапана прекращает контактировать с кулачком распредвала.

Между распределительным валом (его кулачком) и стержнем клапана (его торцевой частью) имеется конструктивный зазор. Такой зазор (может находиться на отметке 0,3-0,05 мм) создан для компенсации теплового расширения впускного клапана.

Открытие и закрытие впускных клапанов в четко определенный момент становится возможным благодаря угловому положению распредвала, которое в точности совпадает с аналогичным положением коленчатого вала ДВС. Получается, положение распредвала в момент открытия впускных клапанов строго соответствует положению коленвала. Конструкции двигателей могут отличаться, количество распредвалов может быть разным.

Впускной клапан начинает приоткрываться немного раньше того момента, когда поршень окажется в ВМТ (высшая мертвая точка). Это означает, что в самом начале такта впуска (когда поршень начинает опускаться вниз), впускной клапан уже немного открыт. Такое решение называется опережением открытия клапана. Различные модели силовых агрегатов имеют разное опережение, а рамки колебаний находятся в пределах от 5-и до 30-и градусов.

Закрытие впускного клапана осуществляется с небольшой задержкой. Клапан закрывается в тот момент, когда поршень в цилиндре оказывается в нижней мертвой точке и далее начинается движение вверх. Цилиндр продолжает наполняться и после начала движения поршня вверх. Такое явление происходит в результате инерционного движения во впускном коллекторе.

Основными неисправностями, которые напрямую связаны с клапанами ДВС, являются: загибание клапанов, зарастание клапанов нагаром и прогар клапана. Загибание клапанов чаще всего происходит по причине обрыва ремня ГРМ. Не менее часто гнет клапана и при неправильно выставленных метках в процессе замены приводного ремня ГРМ. Менять ремень ГРМ и выставлять метки на шкивах распредвала и коленвала нужно с повышенным вниманием.

Неисправностью клапанного механизма становится образование нагара на впускных и выпускных клапанах, что проявляется в повышенном шуме в процессе работы и падении мощности ДВС. Характерно появление металлического стука в области клапанной крышки на ГБЦ, а также проблемы с клапанами выявляют по хлопкам во впускном и выпускном коллекторе.

Нагар на клапанах и седлах не позволяет элементам плотно прилегать друг к другу, что ведет к потере необходимого показателя компрессии в двигателе. Снижение компрессии означает потерю мощности ДВС. Сильный нагар также приводит к перегреву и прогару клапана.

Неисправность пружин клапана может привести к деформации ГБЦ и заеданию стержня в направляющей клапана. Неправильный тепловой зазор между рычагом и стержнем приводит к сильному стуку клапанов. В таком случае необходимо немедленно заниматься выставлением требуемого производителем теплового зазора. Автолюбители называют эту процедуру регулировкой клапанов. Регулировать клапана нужно с определенной периодичностью в процессе эксплуатации мотора, а также если указанная возможность отрегулировать клапана двигателя изначально предусмотрена конструктивно.

Впускной клапан

Впускной клапан газораспределительного механизма открывает доступ в цилиндр топливо-воздушной смеси и прекращает доступ перед началом такта сжатия. В случае с дизельным двигателем клапан пропускает в камеру сгорания только воздух.

При обрыве ремня ГРМ впускные клапана «зависают», так как распредвал перестает вращаться. Тарелки клапанов, оказавшихся открытыми, ударяются о поверхность цилиндра

Клапана располагаются под углом от 30 до 45 градусов относительно вертикальной оси. Тарелка впускного клапана больше, чем у выпускного. Разница обусловлена тем, что в момент открытия впускного клапана в камере сгорания образуется разрежение, а в момент выпуска — повышенное давление. Сила разрежения ниже силы давления, поэтому для впуска требуются клапана с большей поверхностью головки, чтобы обеспечить пропускание необходимого объема топливо-воздушной смеси.

Устройство впускного клапана

Состоит клапан из тарелки и стержня. Плоская со стороны камеры сгорания тарелка впускного клапана имеет конусную форму со стороны распредвала (фаску). При полном закрытии она плотно прилегает к «седлу» (коническому отверстию) в головке блока цилиндров. Точную посадку впускного клапана обеспечивает направляющая втулка, в которой перемещается стержень клапана. Она запрессована в корпус головки блока цилиндров и зафиксирована стопорным кольцом.

Современная тенденция в конструировании ГРМ — увеличение количества впускных клапанов на один цилиндр. Это позволяет увеличить пропускную способность цилиндра и повысить мощность двигателя

Впускной клапан имеет внутреннюю и наружную цилиндрические пружины, которые крепятся на стержне клапана.

В действие впускной клапан приводится рычагом (рокером) от кулачка распределительного вала, или, в большинстве современных двигателей непосредственно давлением кулачка. Пружина обеспечивает постоянный контакт стержня впускного клапана с концом рокера или с кулачком.

Между кулачком распределительного вала и торцом стержня клапана конструктивно закладывается зазор. Это дает возможность компенсировать тепловое расширение впускного клапана. Величина такого зазора составляет 0,3-0,05 мм.

Принцип работы впускного клапана

Своевременное открытие и закрытие впускного клапана обеспечивает угловое положение распределительного вала, точно синхронизированного с таким же угловым положением коленчатого вала. То есть, угловое положение одного строго соответствует определенному угловому положению другого.

В зависимости от модели двигателя, впускных клапанов может быть и несколько на один цилиндр.

Для радикального изменения опережения открытия клапанов необходимо приобрести комплект спортивных распредвалов

Прежде, чем поршень достигнет высшей мертвой точки, начинает открываться впускной клапан — то есть, при такте впуска, к началу движения поршня вниз, клапан уже приоткрыт. Для разных моделей двигателей существует свое опережение открытия клапана. Пределы колебаний составляют 5-30 градусов.

А вот закрытие впускного клапана происходит с некоторой задержкой, после того как поршень достигает нижней мертвой точки и начинает движение вверх. Заполнение цилиндра продолжается даже после начала движения. Это происходит вследствие инерции во впускном коллекторе.

Характерные поломки впускных клапанов

Безусловно, самой распространенной поломкой клапанов необходимо признать их загибание в результате обрыва ремня ГРМ. То же самое может произойти и без обрыва, если заменой ремня занимался непрофессионал, ошибочно выставивший метки на шкивах коленвала и распредвала (или распредвалов). Особенно опасны обрывы для современных сложных двигателей, оснащенных механизмом изменяемых фаз газораспределения и прочими высокотехнологичными системами.

Еще одна распространенная неисправность клапанного механизма зарастание впускных и выпускных клапанов нагаром. Как правило, определить проблему можно на достаточно ранней стадии по снижению мощности и хлопкам во впускном и выпускном трубопроводах, металлическому стуку в головке блока цилиндров и падению мощности двигателя.

Отложение нагара на седлах и клапанах препятствует их плотному прилеганию и уменьшает компрессию. Вследствие этого уменьшается и мощность двигателя. Поломки пружин могут вызвать неплотное прилегание клапана к седлу и приводить к деформации головки блока цилиндров, образованию раковин или заеданию стержня. Большой тепловой зазор между рычагом и стержнем клапана также ведет к появлению резкого металлического стука и падению мощности двигателя.

Материалы для производства клапанов

Для изготовления впускных клапанов используется хромистая сталь, обладающая стойкостью против коррозии в газовых средах при температурах свыше 550 °C. Этот вид стали достаточно хрупок.

Впускные и выпускные клапаны автомобильных двигателей имеют тарельчатую форму. Клапан открывается под действием клапанного механизма, управляемого эксцентриковым кулачком. Работа кулачка синхронизирована с положением поршня и периодом вращения коленчатого вала.

В связи с этим они изготавливаются из более стойких материалов, чем впускные клапаны, и соответственно стоят дороже.

Направляющая втулка клапана расположена соосно с седлом клапана, так чтобы между рабочей фаской клапана и седлом обеспечивался герметичный газонепроницаемый контакт. Рабочая фаска клапана и седло скошены под углом 30° или 45°. Это номинальные значения угла фаски. Фактические значения могут на один-два градуса отличаться от номинальных. Клапаны и седла клапанов, используемые в большинстве двигателей, имеют номинальный угол фаски, равный 45°. Клапан прижимается к седлу под действием пружины. Пружина удерживается на стержне клапана (некоторые автомеханики называют его штоком клапана) опорной тарелкой пружины, которая, в свою очередь, контрится на стержне клапана замком (сухариками). Для демонтажа клапана необходимо сжать пружину и снять сухарики. После этого можно снять пружину, манжету, и вынуть клапан из головки.

Всесторонние испытания показали, что между различными геометрическими параметрами клапанов существуют оптимальные соотношения. В двигателях с цилиндрами внутренним диаметром от 3 до 8 дюймов (от 80 до 200 мм) для впускного клапана оптимальным будет диаметр головки, составляющий приблизительно 45% внутреннего диаметра цилиндра. Оптимальный диаметр головки выпускного клапана составляет примерно 38% внутреннего диаметра цилиндра. Впускной клапан должен быть больше по размеру, чем выпускной, чтобы пропускать ту же массу газа. Больший по размеру впускной клапан управляет низкоскоростным потоком разреженного газа. В то же время выпускной клапан управляет высокоскоростным потоком сжатого газа. С таким потоком в состоянии справиться клапан меньшего размера. Вследствие этого диаметр головки выпускного клапана составляет примерно 85% диаметра головки впускного клапана. Для нормального функционирования диаметр головки клапана должен составлять приблизительно 115% диаметра клапанного окна. Клапан должен быть достаточно большим, чтобы перекрывать окно. Высота подъема клапана над седлом составляет примерно 25% диаметра головки.

Конструкции клапанов автомобиля

Головки клапанов авто (автомеханики часто называют их тарелками) могут иметь различную конструкцию, они могут быть как жесткими, так и эластичными. Жесткая головка обладает высокой прочностью, сохраняет форму и обладает высокой теплопроводностью. Она также отличается более высокой износоустойчивостью. Эластичная головка, в свою очередь, способна приспосабливаться к форме седла. Поэтому эластичный клапан надежно запечатывает окно, но перегревается, а изгибы при посадке в седло, когда клапан адаптируется к его форме, могут привести к его разрушению. В конструкции клапанов широко используется головка, над лицевой поверхностью которой выступает небольшая шляпка. Такой клапан обладает достаточно небольшим весом, высокой прочностью и теплопередачей, и чуть более высокой ценой. Эластичные головки чаще встречаются у впускных клапанов, а жесткие — у выпускных.

Попадание холодного воздуха на горячие выпускные клапаны сразу после остановки двигателя может привести к серьезным повреждениям клапанов. В двигателях, оснащенных выпускными коллекторными головками и/или прямоточными глушителями, холодному воздуху открыт прямой доступ к выпускным клапанам. Резкое охлаждение может вызвать коробление и/или образование трещин в клапане. В холодную ветреную погоду, когда ветер вдувает холодный наружный воздух прямо в систему выпуска отработавших газов, такие условия — не редкость. Противоточные глушители с длинными выхлопными трубами и каталитическим нейтрализатором отработавших газов снижают опасность возникновения такой ситуации.

Материалы из которых изготавливаются клапаны

Сплавы, материалы из которых изготавливаются выпускные клапаны автомобиля, состоят главным образом из хрома, обеспечивающего высокую жаростойкость, с небольшими добавками никеля, марганца и азотных соединений. Если требуется придать клапану особые характеристики, то он подвергается термообработке. Если конструкция клапана из однородного материала не может обеспечить необходимую прочность и жаростойкость, то его изготавливают сварным — из двух различных материалов. После обработки место соединения частей клапана невозможно различить. Головки клапанов изготавливаются из специальных сплавов, обладающих жаростойкостью, прочностью, коррозионной стойкостью, стойкостью к воздействию окиси свинца и высокой твердостью. Головки привариваются к стержням, изготовленным из материалов, обладающих высокой износостойкостью. В клапанах, предназначенных для работы в особо тяжелых условиях, на рабочую фаску головки и верхушку стержня впускного клапана автомобиля направляются твердосплавные материалы типа стеллита. Стеллит представляет собой сплав никеля, хрома и вольфрама и является немагнитным материалом. В тех случаях, когда необходимо повысить коррозионную стойкость, клапан алитируется. Алитирование рабочей фаски снижает ее износ при использовании неэтилированного бензина. На поверхности клапана формируется пленка окиси алюминия, предотвращающая приваривание стальной фаски клапана к чугунному седлу.

Клапаны с полым стержнем и деформацией седла

В некоторых типах особо мощных двигателей используются выпускные клапаны с полым стержнем, заполненным металлическим натрием. Натрий при нагреве клапана до рабочей температуры расплавляется, превращаясь в жидкость. Этот расплав плещется в канале стержня и отводит тепло от головки клапана в стержень. Далее тепло передается через направляющую втулку клапана и поглощается системой охлаждения. Монолитная конструкция впускного и выпускного клапана при правильном выборе материалов обеспечивает, как правило, хорошие эксплуатационные характеристики автомобильных двигателей.

Клапан прижимается к седлу рабочей фаской, герметично закрывая камеру сгорания. Седло обычно формируется как элемент конструкции в отливке чугунной головки блока цилиндров — такое седло называется встроенным седлом. Седла обычно подвергаются индукционной закалке, чтобы можно было использовать неэтилированный бензин. Это обеспечивает замедление износа седел в процессе эксплуатации двигателя. В процессе износа седла клапан все глубже садится в него — утапливается. В тех случаях, когда коррозионная стойкость и износостойкость должны быть особенно высокими, всегда используются вставные седла. В алюминиевых головках седла и направляющие втулки клапанов — только вставные. Необходимо отметить, что в алюминиевых головках рабочая температура седел выпускных клапанов на 180°Ф (100°С) ниже, чем в чугунных. Вставные седла используются в качестве спасительной меры при восстановлении сильно поврежденных встроенных седел клапанов.

Деформация седла является основной причиной преждевременного выхода из строя клапанов. Деформация седла клапана может быть обратимой — как результат воздействия высокой температуры и давления, или необратимой — как результат действия внутренних механических напряжений. Механическое напряжение — это сила, действующая на тело, которая стремится изменить его форму.

Впускной клапан двигателя

Впускной клапан – элемент механизма газораспределения ДВС, который отвечает за пропуск в рабочую камеру сгорания топливно-воздушной смеси или только воздуха (для дизельных ДВС или моторов с непосредственным впрыском). Впускной клапан ГРМ осуществляет открытие доступа в цилиндр двигателя, а затем перекрывает доступ перед тем моментом, когда начнется такт сжатия.  

Впускные клапаны изготавливают из особой стали. К такой стали для изготовления клапанов двигателя внутреннего сгорания выдвигаются отдельные требования:

  • высокая твердость поверхности;
  • достаточная теплопроводность материала;
  • узкий коэффициент термического расширения;
  • противостояние разъедающему влиянию продуктов сгорания;
  • возможность противостоять регулярным динамическим нагрузкам при высоком нагреве;

Дополнительные требования к стали для клапанов предполагают отсутствие эффекта закаливания в момент охлаждения клапана после работы в условиях высоких температур. Это означает, что при остывании сталь не должна становится хрупкой. Данным требованиям на 100% не соответствует ни одна из разработанных сегодня марок стали.

Клапаны ДВС изготавливают из высоколегированных сильхромов, что позволяет указанной детали работать в условиях высочайшего нагрева. Такой подход обеспечил нужную прочность клапана, а также возможность элемента противостоять коррозионным процессам, которые активно прогрессируют в среде его работы при высоких температурах около 600 — 800 °C.

Клапаны размещают под определенным углом (30-45 градусов) по отношению к вертикальной оси. Отличием впускного клапана от выпускного является то, что его тарелка имеет больший диаметр сравнительно с тарелкой выпускного клапана. Такое различие вызвано тем, что момент открытия впускного клапана происходит именно тогда, кода в камере сгорания появляется разрежение. В момент выпуска в цилиндре имеет место повышение давления.

Разрежение в цилиндре на впуске уступает давлению по силе на такте выпуска. Для максимально качественного и полного наполнения рабочей топливно-воздушной смесью на впуске необходимы клапана с большей пропускной способностью. Такая пропускная способность реализована посредством увеличения диаметра тарелки впускного клапана или количества впускных клапанов.

Тарелка впускного клапана со стороны рабочей камеры сгорания плоская, а со стороны распределительного вала получает форму конуса. Данный конус еще называется фаской. В момент закрытия впускного клапана фаска прилегает к седлу клапана, которое также представляет собой коническое отверстие в ГБЦ.

Точность посадки впускного клапана обеспечена благодаря использованию направляющей втулки. В указанную втулку вставляется стержень клапана, а сама втулка называется направляющей клапана. Направляющие клапанов запрессованы в корпус ГБЦ, а также дополнительно зафиксированы посредством стопорного кольца.

Современные силовые агрегаты имеют тенденцию к увеличению количества впускных клапанов на цилиндр для улучшения пропускной способности, повышения эффективности наполнения цилиндра рабочей топливно-воздушной смесью и улучшения мощностных и других характеристик ДВС. 

Клапан  получает внутреннюю и наружную пружины. Данные цилиндрические пружины закрепляют на стержне клапана. Открытие впускного клапана на такте впуска становится возможным благодаря тому, что усилие от кулачка распределительного вала передается на рокер (толкатель). Конструкция современных ДВС подразумевает прямое воздействие  кулачка распредвала на клапан. Пружины клапана плотно закрывают (прижимают) клапан обратно после того, как рокер сбегает с толкателя или стержень клапана прекращает контактировать с кулачком распредвала.

Между распределительным валом (его кулачком) и стержнем клапана (его торцевой частью) имеется конструктивный зазор. Такой зазор (может находиться на отметке 0,3-0,05 мм) создан для компенсации теплового расширения впускного клапана.

                                         

Открытие и закрытие впускных клапанов в четко определенный момент становится возможным благодаря угловому положению распредвала, которое в точности совпадает с аналогичным положением коленчатого вала ДВС. Получается, положение распредвала в момент открытия впускных клапанов строго соответствует положению коленвала. Конструкции двигателей могут отличаться, количество распредвалов может быть разным.

Впускной клапан начинает приоткрываться немного раньше того момента, когда поршень окажется в ВМТ (высшая мертвая точка). Это означает, что в самом начале такта впуска (когда поршень начинает опускаться вниз), впускной клапан уже немного открыт. Такое решение называется опережением открытия клапана. Различные модели силовых агрегатов имеют разное опережение, а рамки колебаний находятся в пределах от 5-и до 30-и градусов.

Закрытие впускного клапана осуществляется с небольшой задержкой. Клапан закрывается в тот момент, когда поршень в цилиндре оказывается в нижней мертвой точке и далее начинается движение вверх. Цилиндр продолжает наполняться и после начала движения поршня вверх. Такое явление происходит в результате инерционного движения во впускном коллекторе.                         

Основными неисправностями, которые напрямую связаны с клапанами ДВС, являются: загибание клапанов, зарастание клапанов нагаром и прогар клапана. Загибание клапанов чаще всего происходит по причине обрыва ремня ГРМ. Не менее часто гнет клапана и при неправильно выставленных метках в процессе замены приводного ремня ГРМ. Менять ремень ГРМ и выставлять метки на шкивах распредвала и коленвала нужно с повышенным вниманием.

 Неисправностью клапанного механизма становится образование нагара на впускных и выпускных клапанах, что проявляется в повышенном шуме в процессе работы и падении мощности ДВС. Характерно появление металлического стука в области клапанной крышки на ГБЦ, а также проблемы с клапанами выявляют по хлопкам во впускном и выпускном коллекторе.

Нагар на клапанах и седлах не позволяет элементам плотно прилегать друг к другу, что ведет к потере необходимого показателя компрессии в двигателе. Снижение компрессии означает потерю мощности ДВС. Сильный нагар также приводит к перегреву и прогару клапана.

Неисправность пружин клапана может привести к деформации ГБЦ и заеданию стержня в направляющей клапана. Неправильный тепловой зазор между рычагом и стержнем приводит к сильному стуку клапанов. В таком случае необходимо немедленно заниматься выставлением требуемого производителем теплового зазора. Автолюбители называют эту процедуру регулировкой клапанов. Регулировать клапана нужно с определенной периодичностью в процессе эксплуатации мотора, а также если указанная возможность отрегулировать клапана двигателя изначально предусмотрена конструктивно.

Читайте также

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

Чем отличается впускной клапан от выпускного – АвтоТоп

Если вы разрабатываете головку блока цилиндров для получения максимальной мощности, то не будет никаким сюрпризом, что основной целью является максимальный поток. Это, кроме всего прочего, требует использования клапанов большего размера, которые могут быть физически установлены в камеры сгорания. Это требует решения, как лучше всего разделить имеющееся пространство между впускными и выпускными клапанами. Другими словами, что лучше: большой впускной и маленький выпускной клапан, оба клапана одинакового размера или большой выпускной и маленький впускной клапан? Прежде всего, можно подумать, что большой выпускной клапан — это тот путь, которым нужно идти; ведь отработанные газы, без сомнения, занимают больший объем, чем газы, втянутые в цилиндр через впускную систему. Однако, когда мы касаемся мощности, действует другое «железное» правило: легче опустошить цилиндр, чем наполнить его.
Годы экспериментов показали, что оптимальный размер выпускного клапана должен составлять примерно около 75% от впускного или, если точнее, поток через него должен составлять примерно 75% потока через впускной клапан. Это правило применяется только тогда, когда диаметры комбинируемых клапанов равны общему имеющемуся пространству в камере, т.е. клапаны почти касаются друг друга, как часто бывает в гоночных двигателях. Если используются клапаны с размерами, меньшими, чем максимальные, а мощность не является основной целью, то баланс между потоками впускного и выпускного каналов не так критичен.

Самое простое правило, которому нужно следовать: если основным требованием является мощность, то следуйте нормальному соотношению 0,75:1. Это правило можно изменить в тех случаях, когда двигатель оснащен системой турбонаддува или впрыска закиси азота. Для этих систем требуется обеспечение большего потока выхлопных газов и может успешно использоваться соотношение диаметров выпускного и впускного клапанов, составляющее 0,9:1 (поток выхлопных газов составляет 90% от потока впускаемой смеси) или даже больше.

К сожалению, установка увеличенных выпускных клапанов имеет «ловушку», которая обычно не связана с увеличением размеров впускных клапанов. Водяная рубашка внутри головки блока цилиндров расположена рядом с седлами выпускных клапанов. Это помогает поддерживать клапаны и седла холодными, но часто препятствует установке клапанов максимального размера. Вдобавок, тонкие отливки и большое количество тепла (побочный продукт высокой мощности) могут привести к образованию трещин в седлах, и это обычно укорачивает срок службы головки блока.

Замечание. Когда главной целью конструктора является экономия, а не мощность, размер выпускного клапана может быть увеличен до соотношения 0,75:1 даже при увеличении диаметра впускного клапана. Когда поток выпускного канала увеличивается, то пробег и срок службы двигателя будут улучшены. Однако здесь есть предел, как и во всем. Выпускные клапаны, размер которых превышает 90 — 95% от размера впускного клапана, дают очень маленькую дополнительную топливную экономию, и так как они используют пространство, обычно отдаваемое впускным клапанам, то потенциал по мощности будет уменьшен.

Для работы автомобиля используется два клапана. Первый, впускающий топливную смесь в цилиндр, – это впускной клапан; другой, который выпускает переработанный воздух из мотора, – это выпускной клапан. Важно, чтобы эти два устройства были открыты и закрыты в нужное время, неважно на каком уровне движения авто, тогда можно говорить об эффективности мотора.

ДВС состоит из распредвала и коленвала, а также поршневой системы. Распределительный вал вращается благодаря цепям, ремням или нескольким шестеренкам (в зависимости от типа ГРМ). Именно эти соединения служат для синхронной работы всего механизма клапанов.

Верхнее положение вала

В зависимости от конструкции силового агрегата, вал может быть расположен, либо вверху над блоком, либо внутри него. Рассмотрим сначала первый случай.

Благодаря верхнему положению вала другие детали взаимосвязаны с цилиндрами или толкателями.

Принцип работы следующий: то, что толкает, касается детали, которая в это время передает энергию детали, а ей удается опереться о ножку клапана, он держится при помощи пружинки, отличающейся силой, приподнятым, то есть он закрыт.

В описанной системе, распредвал, находящийся в двигателе наверху, работает благодаря приводу, имеющему зубчатые зацепы. Также видно, что кулачки и устройство толкателей, находящихся прямо над двумя затворами, связаны между собой.

Давление толкателя, оказываемое на кулачок, побуждает деталь, на которой держится клапан, ослабить пружинку. Далее, когда вал вращается, пружина делает ход и становится на свое место, тогда происходит закрытие клапана.

Именно эта конструкция позволяет работать двигателю, который оснащен верхним расположением клапанного механизма.

Двигатель, имеющий один вал распределителя

Существуют двигатели внутреннего сгорания, не имеющих толкатели, поэтому для открытия и закрытия затворов используется распределительный вал в виде одинарного типа. Называется эта конструкция – однораспредвальный двигатель. Там детали клапана помещаются в головке. Конструкция имеет мало подвижных частей, именно это способствует ее надежности, позволяя действовать даже тогда, когда скорость автомобиля на пределе. При этом материал, из которого изготавливаются запчасти – металл (специальный сплав).

Для более эффективной работы мотора между элементами должно быть свободное пространство – зазор. Если зазоры между затворной ножкой, кулачком или коромыслом отсутствуют, тогда система будет работать на износ, вызвав серьезные повреждения.

Также стоит отметить, что излишние зазоры приведут к тому, что клапан совершит открытие раньше времени, а закрытие позже. Таким образом, сила ДВС будет снижена, а под высоким давлением затворов ход будет осуществляться шумнее.

Если же зазор будет мал, то и давление станет меньше, это приведет к тому, что ход затвора станет весьма затруднительным, тем самым автомобиль будет терять мощность.

Есть такие двигатели внутреннего сгорания, которые работают автоматически, сами подстраивая затворы под нужное действие. Для этого нужно обильное количество смазочной жидкости, ведь именно под ее давлением будет работать система клапанов.

Вал вместе с толкателями внутри блока

При таком положении конструкции клапанов, то есть когда она располагается внутри системы цилиндров, толкающее устройство может оказывать воздействие на деталь, непосредственно касающуюся клапана, которая его открывает. Это считается более выгодным положением, чем предыдущее, которое было рассмотрено выше. Ведь, используя много подвижных частиц, ход автомобиля уменьшается на порядок. В результате чего, впускной клапан и выпускной клапан имеют меньшее давление, что снижает на порядок мощность двигателя внутреннего сгорания.

Сравнивая дальше, можно увидеть, что ДВС, который содержит вал вверху, а также штанги распределительного вала, которые располагаются в головке цилиндра, имеет больший ход. Когда вал вращается, то затвор может открыться или закрыться под давлением хода вала. Служит для открывания и закрывания клапанов толкающее устройство, а также коромысло вместе со штангой. Благодаря пружине клапан держится в закрытом положении.

То, сколько зубчиков на звезде, которая расположена в цепи ведущего вала, определяет мощность давления кулачка на деталь, касающуюся клапана, которое способствует открыванию затворов. При этом зубчиков на шестеренке распредвала меньше раза в два, это приводит к тому, что вал вращается с несколько меньшей скоростью, чем сам двигатель внутреннего сгорания.

ДВС с одним валом

Есть такие модели ДВС, способствующие прямому воздействию кулачков на рычаги, они обычно выполняются небольшими, и их еще называют пальцами. В таком двигателе внутреннего сгорания материал затворов тщательно продуман. В нем не так много составляющих, играющих роль в открывании и закрывании заслонок. Так в частности, ход автомобиля полностью зависит от кулачков, воздействующих сразу на короткие детали, открывающие или закрывающие клапаны.

Как видим, в такой системе мало сложностей с точки зрения техники, к тому же в такой конструкции малый вес. В ней совершенно нет штанг, которые выступают как толкатель и коромысло, которое на это провоцирует толкающее устройство, оказывая на него давление.

Материал цепи, которая способствует правильному расположению вала на звезде, влияет на то, что она часто виснет.

Стержнем решения такой проблемы будет необходимость добавить несколько небольших звезд, а также натяжения короткой цепи. Еще применяют ремешки, которые являются нерастягиваемыми, их материал – это резина. Внутри каждого такого маслоупорного ремня есть звездочки, которые способствуют вращению распределительного и коленчатого вала.

Устройство клапанного механизма

Как мы уже поняли, двигатель внутреннего сгорания способствует тому, что клапаны в цилиндры ДВС впускают горючую смесь, если это бензиновое топливо, или воздух, если это дизельное топливо, а также выпускают их наружу. Поэтому есть два клапана, каждый из которых может открыться или закрыться в свое время под давлением кулачков.

Давление, оказываемое на стержни во время касания его кулачком в двигателе, имеющем сгорание горючей смеси или воздуха, смешанного с дизелем, способствует тому, что стержень, удерживающий клапан, выполненный из качественного материала, имеет хороший ход.

То, что ход идет ровно у конструкции с клапанами, говорит о правильном материале, из которого выполнена конструкция.

Наличие необходимых зазоров в металлическом материале детали стержня, на котором держится вся конструкция, способствует быстрому открыванию и закрыванию затворов. Выходит, что благодаря качественному материалу осуществляется лучшая работа мотора.

Современные детали мотора имеют правильный материал, который способствует простоте в конструкции, стоят они мало, ремонт требуется редко, а надежность конструкции на высшем уровне. Если же случается поломка, детали следует ремонтировать, либо полностью менять. Речь идет о распределительном вале, втулках направляющих, толкателе и пружине.

Еще поговорим напоследок о том, как размещаются затворы:

  1. Распределительный вал может находиться внизу относительно штанги клапана.
  2. Наличие у стержня рычажного толкателя.
  3. Распределительный вал находится вверху, а клапаны приводятся в движение благодаря коромыслу, воздействующему на толкатель.
  4. Затвор находится в верхней части двигателя, и вал оказывает на него воздействия сразу через толкатель, то есть без коромысла.

Заключение

Теперь можно подвести итоги того, как работает механизм с клапанами. Кулачок способствует передаче усилия толкателю, который в свою очередь благодаря небольшому зазору оказывает влияние на клапан, который либо открывается, либо закрывается. После того, как масло было вобрано в полость затвора, который потом впрыскивает его в цилиндр, затвор закрывается. В итоге масло при очередном такте уходит, поэтому следует снова его вобрать в себя, это уже происходит на следующем такте.

Впускной клапан малого диаметра — уменьшение количества впускаемого воздуха

Впускной клапан большого диа­метра — увеличение количества впускаемого воздуха

Пружина с переменным шагом навивки

Двойная пружина

В четырехтактных бензиновых и дизельных двигателях клапаны располагаются в головке цилиндров. Через впускные клапаны проходит только смесь воздуха и топлива, поэтому они подвергаются воздействию более низких температур, чем выпускные клапаны. У впускного клапана тарелку делают большего диаметра, чем у выпускного, так как давление на впуске меньше давления на выпуске. Двигатели разных моделей отличаются количеством клапа­нов. Двигателям с двумя и более впускными клапанами свойственно лучшее наполнение цилиндров. Дополнительный впускной клапан увеличивает проходное сечение впускных каналов, следовательно, в цилиндр поступает больше топливовоздушной смеси. То же самое касается и выпускных клапанов: два клапана на выпуске позволяют увеличить вы­пускные каналы, что облегчает выход отработавших газов из цилиндра. Клапан подверга­ется очень значительным нагрузкам даже при нормальном режиме работы двигателя. Для повышения стойкости клапана к износу, прожиганию и коррозии его поверхность подвер­гается специальной обработке. Так, например, впускные клапаны изготавливаются из стали с хромом или кремнием для повышения их износостойкости и коррозионной стойкости или магния и никеля для повышения прочности. Выпускные клапаны сделаны из сплавов на основе никеля. Клапан состоит из двух частей: стержня и тарелки. Клапан установлен в отверстии в головке цилиндров. Тарелка плотно прилегает к седлу. В процессе работы головка цилиндров нагревает седло. Часть тепла передается стержню клапана, а от него — направляющей втулке, поэтому стержень является самой холодной частью клапана. Седло клапана и направляющая втулка охлаждаются жидкостью, протекающей по рубашке вокруг впускных каналов. Открываясь и закрываясь, клапан поворачивается на небольшой угол, поэтому каждый раз он садится на новое место.

Впускной клапан

Впускной клапан пропускает в камеру сгорания смесь воздуха и топлива

Двигатель

Впускной клапан газораспределительного механизма открывает доступ в цилиндр топливо-воздушной смеси и прекращает доступ перед началом такта сжатия. В случае с дизельным двигателем клапан пропускает в камеру сгорания только воздух.

При обрыве ремня ГРМ впускные клапана "зависают", так как распредвал перестает вращаться. Тарелки клапанов, оказавшихся открытыми, ударяются о поверхность цилиндра

Клапана располагаются под углом от 30 до 45 градусов относительно вертикальной оси. Тарелка впускного клапана больше, чем у выпускного. Разница обусловлена тем, что в момент открытия впускного клапана в камере сгорания образуется разрежение, а в момент выпуска — повышенное давление. Сила разрежения ниже силы давления, поэтому для впуска требуются клапана с большей поверхностью головки, чтобы обеспечить пропускание необходимого объема топливо-воздушной смеси.

Устройство впускного клапана

Состоит клапан из тарелки и стержня. Плоская со стороны камеры сгорания тарелка впускного клапана имеет конусную форму со стороны распредвала (фаску). При полном закрытии она плотно прилегает к "седлу" (коническому отверстию) в головке блока цилиндров. Точную посадку впускного клапана обеспечивает направляющая втулка, в которой перемещается стержень клапана. Она запрессована в корпус головки блока цилиндров и зафиксирована стопорным кольцом.

Современная тенденция в конструировании ГРМ - увеличение количества впускных клапанов на один цилиндр. Это позволяет увеличить пропускную способность цилиндра и повысить мощность двигателя

Впускной клапан имеет внутреннюю и наружную цилиндрические пружины, которые крепятся на стержне клапана.

В действие впускной клапан приводится рычагом (рокером) от кулачка распределительного вала, или, в большинстве современных двигателей непосредственно давлением кулачка. Пружина обеспечивает постоянный контакт стержня впускного клапана с концом рокера или с кулачком.

Между кулачком распределительного вала и торцом стержня клапана конструктивно закладывается зазор. Это дает возможность компенсировать тепловое расширение впускного клапана. Величина такого зазора составляет 0,3-0,05 мм.                                           

Принцип работы впускного клапана

Своевременное открытие и закрытие впускного клапана обеспечивает угловое положение распределительного вала, точно синхронизированного с таким же угловым положением коленчатого вала. То есть, угловое положение одного строго соответствует определенному угловому положению другого.

В зависимости от модели двигателя, впускных клапанов может быть и несколько на один цилиндр.

Для радикального изменения опережения открытия клапанов необходимо приобрести комплект спортивных распредвалов

Прежде, чем поршень достигнет высшей мертвой точки, начинает открываться впускной клапан - то есть, при такте впуска, к началу движения поршня вниз, клапан уже приоткрыт. Для разных моделей двигателей существует свое опережение открытия клапана. Пределы колебаний составляют 5-30 градусов.

А вот закрытие впускного клапана происходит с некоторой задержкой, после того как поршень достигает нижней мертвой точки и начинает движение вверх. Заполнение цилиндра продолжается даже после начала движения. Это происходит вследствие инерции во впускном коллекторе.                         

Характерные поломки впускных клапанов

Безусловно, самой распространенной поломкой клапанов необходимо признать их загибание в результате обрыва ремня ГРМ. То же самое может произойти и без обрыва, если заменой ремня занимался непрофессионал, ошибочно выставивший метки на шкивах коленвала и распредвала (или распредвалов). Особенно опасны обрывы для современных сложных двигателей, оснащенных механизмом изменяемых фаз газораспределения и прочими высокотехнологичными системами.

Еще одна распространенная неисправность клапанного механизма зарастание впускных и выпускных клапанов нагаром. Как правило, определить проблему можно на достаточно ранней стадии по снижению мощности и хлопкам во впускном и выпускном трубопроводах, металлическому стуку в головке блока цилиндров и падению мощности двигателя.

Отложение нагара на седлах и клапанах препятствует их плотному прилеганию и уменьшает компрессию. Вследствие этого уменьшается и мощность двигателя. Поломки пружин могут вызвать неплотное прилегание клапана к седлу и приводить к деформации головки блока цилиндров, образованию раковин или заеданию стержня. Большой тепловой зазор между рычагом и стержнем клапана также ведет к появлению резкого металлического стука и падению мощности двигателя.

Материалы для производства клапанов

 Для изготовления впускных клапанов используется хромистая сталь, обладающая стойкостью против коррозии в газовых средах при температурах свыше 550 °C. Этот вид стали достаточно хрупок.

Лучший ответ: Что больше впускной или выпускной клапан?

Главное отличие впускного клапана от выпускного — диаметр тарелки: у впускного она больше.

Как отличить впускной и выпускной клапан?

Отличием впускного клапана от выпускного является то, что его тарелка имеет больший диаметр сравнительно с тарелкой выпускного клапана. Такое различие вызвано тем, что момент открытия впускного клапана происходит именно тогда, кода в камере сгорания появляется разрежение.

Где впускной клапан?

Впускной клапан обычно размещается в головке цилиндров, а выпускнойв блоке цилиндров двигателя. При этом проходное отверстие клапана значительно увеличивается, что позволяет форсировать двигатель, но значительно усложняется привод клапанов.

Что такое впускной и выпускной клапан?

Впускной клапан подает топливо в камеру сгорания, а выпускной позволяет выходить газам, которые образовались после сгорания топлива.

Как открывается впускной клапан?

Впускной клапан открывается с опережением в конце такта выпуска, когда поршень не доходит до ВМТ у разных двигателей в пределах 12—30°, а закрывается с запаздыванием в начале такта сжатия, когда поршень отойдет от НМТ на 40—70°.

Почему впускной клапан больше чем выпускной?

Главное отличие впускного клапана от выпускного — диаметр тарелки: у впускного она больше. Почему? Потому что всасывание воздуха из атмосферы в цилиндр под действием разрежения происходит с меньшей скоростью, чем выталкивание его из цилиндра поршнем.

Что такое выпускной клапан?

Клапан выпускной, — металлический клапан, начальная точка системы выпуска. Благодаря работе выпускного клапана, сгоревшая воздушно-топливная смесь, в виде отработанных газов, покидает камеру сгорания. Открытие и закрытие выпускного клапана регулируется распределительным валом.

Куда вставляются клапана?

Клапан получает внутреннюю и наружную пружины. Данные цилиндрические пружины закрепляют на стержне клапана. Открытие впускного клапана на такте впуска становится возможным благодаря тому, что усилие от кулачка распределительного вала передается на рокер (толкатель).

Как работает заливной клапан унитаза?

Принцип работы заливного клапана основывается на действии поплавка, который, при заполнении бачка водой, поднимается и через штангу приводит в движение клапан. … В случае неисправности впускного клапана верхушка оказывается ниже уровня воды, и тогда лишняя жидкость попадает в трубку и сливается в унитаз.

Почему на клапане устанавливают две пружины?

Если сделать одну пружину с усилием, равным усилию существующих двух, ее габариты будут огромны. Поэтому подбирают две. И второе, для безопасности — при поломке одной, вторая удержит клапан от падения в цилиндр. Обе одновременно никогда не ломаются.

Как работает выпускной клапан?

Принцип работы выпускного клапана

Выпускной клапан открывается от усилия кулачка распределительного вала. Возвратно-поступательные движения шток клапан совершает во втулке, запрессованной в головку блока цилиндров. В головке же находится и седло клапана.

Чем отличается впускной коллектор от выпускного?

Коллектор – это часть впускного или выпускного тракта систем автомобиля. Обычно «впускной» служит для подвода и смешения топливной смеси до цилиндров двигателя, а вот «выпускной» наоборот отводит уже сгоревшие газы в катализатор, и после в глушитель.

Для чего нужен зазор между стержнем клапана и коромыслом?

Для предотвращения этих явлений кинематическую цепь привода клапана при его закрытом состоянии размыкают, т. е- устанавливают зазоры — между торцом клапана и деталью привода, воздействующей на клапан (коромыслом или толкателем).

Как открывается клапан?

Клапаны открываются и закрываются в результате воздействия кулачков распределительного вала на толкатели, штанги толкателей и клапанные рычаги («коромысла»). … После того как кулачок проходит толкатель, клапанная пружина воздействует на клапан, и далее на клапанный рычаг, штангу толкателя и толкатель.

Как работает клапан в двигателе?

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.

Как открываются и закрываются клапаны?

Клапаны направляют ток крови в сердце. Когда предсердия сокращаются, трехстворчатый и митральный клапаны открываются и позволяют крови заполнять желудочки. В момент сокращения желудочков митральный и трикуспидальный клапаны закрываются, а клапан легочной артерии и аортальный – под давлением крови открываются.

Впускные и выпускные клапаны

Выпускные клапаны

Фаска

Пружина

Впускной клапан малого диаметра — уменьшение количества впускаемого воздуха

Впускные клапаны

Маслоотража­тельный колпачок

Направл. втулка

Стержень

Тарелка

Седло

Диаметр клапана

Большой шаг

Внутренняя пружина

Впускной клапан большого диа­метра — увеличение количества впускаемого воздуха

Наружная пружина

Малый шаг

Пружина с переменным шагом навивки

Двойная пружина

В четырехтактных бензиновых и дизельных двигателях клапаны располагаются в головке цилиндров. Через впускные клапаны проходит только смесь воздуха и топлива, поэтому они подвергаются воздействию более низких температур, чем выпускные клапаны. У впускного клапана тарелку делают большего диаметра, чем у выпускного, так как давление на впуске меньше давления на выпуске. Двигатели разных моделей отличаются количеством клапа­нов. Двигателям с двумя и более впускными клапанами свойственно лучшее наполнение цилиндров. Дополнительный впускной клапан увеличивает проходное сечение впускных каналов, следовательно, в цилиндр поступает больше топливовоздушной смеси. То же самое касается и выпускных клапанов: два клапана на выпуске позволяют увеличить вы­пускные каналы, что облегчает выход отработавших газов из цилиндра. Клапан подверга­ется очень значительным нагрузкам даже при нормальном режиме работы двигателя. Для повышения стойкости клапана к износу, прожиганию и коррозии его поверхность подвер­гается специальной обработке. Так, например, впускные клапаны изготавливаются из стали с хромом или кремнием для повышения их износостойкости и коррозионной стойкости или магния и никеля для повышения прочности. Выпускные клапаны сделаны из сплавов на основе никеля. Клапан состоит из двух частей: стержня и тарелки. Клапан установлен в отверстии в головке цилиндров. Тарелка плотно прилегает к седлу. В процессе работы головка цилиндров нагревает седло. Часть тепла передается стержню клапана, а от него — направляющей втулке, поэтому стержень является самой холодной частью клапана. Седло клапана и направляющая втулка охлаждаются жидкостью, протекающей по рубашке вокруг впускных каналов. Открываясь и закрываясь, клапан поворачивается на небольшой угол, поэтому каждый раз он садится на новое место.

Фаска

Пружина

Впускной клапан малого диаметра — уменьшение количества впускаемого воздуха

Впускные клапаны

Маслоотража­тельный колпачок

Направл. втулка

Стержень

Тарелка

Седло

Диаметр клапана

Большой шаг

Внутренняя пружина

Впускной клапан большого диа­метра — увеличение количества впускаемого воздуха

Наружная пружина

Малый шаг

Пружина с переменным шагом навивки

Двойная пружина

Благодаря этому на фаске и седле клапана не оседает нагар. Кроме того, это предотвра­щает заклинивание клапана в направляющей втулке и равномерно распределяет тепло по всему седлу. Клапан перемещается в направляющей втулке и полностью концентричен седлу. Направляющая втулка представляет собой полую цилиндрическую деталь. Сначала в головке блока цилиндров сверлятся отверстия, а затем в них запрессовываются напра­вляющие втулки. В головку цилиндра из алюминиевого сплава необходимо вставить чугунные направляющие втулки, в противном случае добиться необходимой контактной поверхности для стержня клапана будет невозможно. В большинстве двигателей используются сменные направляющие втулки, запрессованные в отверстия в головке цилиндров. В некоторых двигателях направляющие втулки отлиты в головке цилиндров. Затем в них просверливается отверстие, соответствующее диаметру стержня клапана. В верхней части направляющей втулки имеется маслоотражательный колпачок. Клапанная пружина обеспечивает закрытие клапана и плотное прилегание тарелки к седлу для предотвращения утечек газов. Используются клапанные пружины двух типов: пружины с переменным шагом навивки и двойные пружины.

Газораспределительный механизм

Коромысло

Гидрокомпенсатор зазора в приводе клапана

Распределительный вал

Клапан

CIH

ОТ Перекрытие клапанов

Такт впуска

Рабочий такт

Такт сжатия

Открытие впуск­ного клапана

Такт выпуска

Закрытие впускного клапана

Закрытие выпускного клапана

Открытие выпускного клапана

Подъем кулачка

Рабочий выступ кулачка

Рабочий угол кулачка

Распредели­тельный вал

Зубчатый шкив распределительного вала

OHC — газораспределительный механизм с верхним распределительным валом

DOHC — газораспределительный механизм с двумя верхними распределительными валами

OHV — газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов

CIH — газораспределительный механизм с распределительным валом в головке блока цилиндров

Типы и конструкция

Газораспределительный механизм обеспечивает открытие и закрытие впускных и выпуск­ных клапанов. Основными элементами газораспределительного механизма являются распределительный вал, компенсаторы зазоров в приводе клапанов, коромысла и клапаны. В зависимости от числа и расположения распределительных валов различают несколько типов газораспределительных механизмов.

Газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов (OHV)

В двигателе с таким газораспределительным механизмом клапаны расположены в головке цилиндров, а распределительный вал находится в самом блоке рядом с коленчатым валом. Толкатель клапана соприкасается с кулачком распределительного вала. При повороте распределительного вала усилие от кулачка передается толкателю, а от него — штанге. Штанга воздействует на одно плечо коромысла, а другое плечо при этом нажимает на клапан. Существует несколько типов толкателей. Механический толкатель представляет собой полый цилиндр из чугуна, установленный в отверстие картера. Толкатель медленно вращается, благодаря чему равномерно изнашивается под действием кулачка распреде­лительного вала.

В настоящее время применяются газораспределительные механизмы следующих типов: с одним верхним распределительным валом (OHC), с двумя верхними распределитель­ными валами (DOHC), с распределительным валом в головке блока цилиндров (CIH).

Впускные и выпускные клапаны и механизмы (автомобили)

3.4.

Впускные и выпускные клапаны и механизмы

3.4.1.

Функции и устройство впускных и выпускных клапанов

Клапанный механизм в двигателе регулирует движение заряда и
выхлопных газов в цилиндрах в зависимости от положения поршней в их отверстиях. В наши дни этот
расположен в головке блока цилиндров на всех двигателях.Среди широко используемых втулочных, скользящих, поворотных и тарельчатых клапанов
наиболее распространен тарельчатый клапан, поскольку он обеспечивает приемлемый вес
, хорошую прочность и хорошие характеристики теплопередачи.
Самая популярная форма тарельчатого клапана (рис. 3.32) для автомобильного применения использует маленькую чашку
на одном конце штока. Шток клапана помещается в направляющее отверстие, выполненное по центру круглого канала
в головке блока цилиндров. Головка тарелки клапана открывает и закрывает канал
с отверстиями, ведущий к цилиндру во время движения штока внутрь и наружу.

Рис. 3.32. Детали сборки клапана.
Впускные и выпускные каналы имеют форму изгиба вверх и наружу, выходящую из одной
или обеих сторон головки блока цилиндров. Нормальным является наличие одного впускного и одного выпускного клапана и порта
на цилиндр. Однако компоновки с двумя впускными и выпускными клапанами и отверстиями также применяются для некоторых высокопроизводительных двигателей
или двигателей большой мощности. Кроме того, в некоторых двигателях используются двойные впускные отверстия, но только один выпускной клапан
.
Клапаны могут быть расположены вертикально или с небольшим наклоном относительно оси цилиндра,
совпадают с желаемым контуром камеры сгорания.Тарельчатые клапаны имеют различную конфигурацию
внутри двигателя относительно цилиндров (рис. 2.30 и раздел 2.7). В двигателе
с верхним распредвалом (рис. 3.33A) распределительный вал установлен в головке, либо над, либо сбоку от клапана, что
улучшает работу клапана на более высоких оборотах двигателя. Клапан управляется напрямую с помощью толкателей клапана
или толкателей кулачка, либо с помощью коромысел. В двигателе с верхним расположением клапанов (рис. 3.33B) распределительный вал
находится в блоке двигателя, а клапаны управляются толкателями клапанов, толкателями и

рис.3.33. Клапаны и толкатели клапанов.
A. Клапан в двигателе с L-образной головкой. B. Верхний клапан.
коромысла. Двигатель с двумя верхними распредвалами имеет два распределительных вала
, расположенных с каждой стороны клапанов. Один
управляет впускными клапанами, а другой - выпускными клапанами
.
Впускные клапаны обрабатывают холодные газы с низким давлением и низкой плотностью
, а выпускные клапаны работают с горячими газами с высоким давлением и высокой плотностью. Следовательно, выпускные клапаны
подвергаются более жестким условиям эксплуатации,
и, следовательно, изготовлены из материалов
гораздо более высокого качества, чем впускные клапаны.Впускной клапан должен быть на
больше, чем выпускной, чтобы обрабатывать ту же массу газа
(но с низкой плотностью). С этой точки зрения размер выпускных клапанов
составляет примерно 85% от впускных клапанов
. Диаметр головки клапана составляет почти 115% от диаметра порта
, а высота подъема составляет около 25% от диаметра клапана
. Впускной и выпускной клапаны

Рис. 3.34. Шестерни ГРМ.
примерно 45% и 38% диаметра канала соответственно для двигателей
с диаметром канала от 75 мм до 200 мм.
Клапан открывается кулачком, который синхронизируется с поршнем
и циклом коленчатого вала. Он закрывается с помощью одной или нескольких пружин
. Кулачок приводится в движение синхронизирующими шестернями (рис. 3.34), цепями
или ремнями, расположенными в передней части двигателя. Установочные метки на синхронизирующих шестернях
синхронизируют действие клапана с движением поршня.
3.4.2.


Механизмы клапана

A. Боковой распределительный вал с толкателем и коромыслами

Этот тип клапанного привода (рис.3.35) использует:
(a) распределительный вал, (b) толкатель кулачка (толкатель),
(c) толкатель, (d) коромысло,
(e) коромысло, если) a возвратная пружина и
ig) тарельчатый клапан.
Привод между распределительным валом и тарельчатым клапаном
известен как клапанный механизм.
Преимущества.
(a) Можно использовать сравнительно простую короткую цепь привода ГРМ или простую зубчатую передачу.
(6) Рычаг коромысла обеспечивает некоторое увеличение подъема профиля кулачка, которое может быть перенесено на шток клапана
, что позволяет использовать меньшую рабочую часть кулачка.
(c) Регулировка и обслуживание просты и могут выполняться без демонтажа каких-либо рабочих компонентов двигателя
.
Недостатки.
(a) Во время разгона или работы на высоких оборотах двигателя
толкатель-коромысло в сборе
не передает точный подъем профиля кулачка на клапан, потому что
эластичности системы и результирующего
вибрации.
(b) Большие зазоры толкателей требуются для расширения
и сжатия очень длинного механизма
клапанного механизма во время работы.
(c) Из-за большого количества контактирующих стыков интерфейса
в системе наблюдается больший износ, а также повышенный уровень шума
.

Б. Распредвал верхний с перекидным скольжением

Толкатель ковша
В приводном механизме клапана этого типа (рис. 3.36) используются:
(a) распределительный вал,
(b) скользящий толкатель кулачка перевернутого ковша

Рис. 3.36. Распределительный вал верхнего расположения с
прямого действия с перевернутыми лопатками
толкателя.

Рис. 3.35. Боковой кулачок верхнего клапана -
Вал с толкателем и коромыслом -
(c) возвратная пружина и
id) тарельчатый клапан.
Преимущества.
(a) Это наиболее компактные и жесткие механизмы кулачка-клапана, которые напрямую передают клапану подъем входного профиля кулачка, спроектированный
.
(6) При соответствующей смазке происходит очень небольшой износ, так как штоки клапана
не подвергаются боковому толчку.
(c) Зазоры толкателей обычно небольшие и после регулировки сохраняются в течение очень длительного периода
.
Недостатки.
(a) Необходим более сложный привод между коленчатым валом
и распределительным валом.
(6) Смазку необходимо контролировать более точно,
и направлять, чем для других исполнительных механизмов.
(c) Регулировка толкателей относительно сложнее
, чем в других механизмах.

C. Верхний распределительный вал с поворотным коромыслом

В приводном механизме клапана этого типа (рис. 3.37) используется
(a) распределительный вал,
(6) поворачивающийся толкатель кулачка коромысла,
(c) возвратная пружина и
(d) тарельчатый клапан. .
Преимущества.
(a) Использование толкателя коромысла обеспечивает передаточное отношение
, позволяющее использовать меньший профиль кулачка в
системе.
(b) толкатель поворотного рычага имеет меньшую инерцию, чем толкатель скользящего ковша.
(c) Один распределительный вал верхнего расположения может управлять двумя отдельными рядами впускных и выпускных клапанов.
id) Регулировка толкателя обычно проста и понятна.
Недостатки.
(a) Движение от кулачка к клапану приводит к изгибу коромысла; поэтому система
должна быть относительно жесткой, и, однако, эта характеристика не соответствует конструкции
прямого действия со следящим ковшом.
(b) Контакт между клапаном и коромыслом обеспечивает определенную боковую нагрузку на шток и направляющую клапана
.
(c) Износ и шум относительно больше, чем у толкателя ковша, из-за дополнительного шарнирного соединения
в дополнение к двум другим контактным поверхностям.
(d) Эта конфигурация требует очень точной смазки.
3.4.3.

Тарельчатый клапан

Головка тарельчатого клапана (рис. 3.38) является наиболее нагруженной деталью, поскольку она подвергается неравномерным ударным нагрузкам
по всему диаметру, когда клапан опускается на свое седло.Также головка имеет
, чтобы выдерживать тепловые потоки из-за колебаний температуры над головкой и между

Рис. 3.37. Верхний распределительный вал с коромыслом
прямого действия с поворотным концом.
головка и шток. Максимальная концентрация напряжения
возникает на поверхности конического седла клапана
и в области, где диаметр
изменяется от головки к штоку. Во время работы
температура в центре выпускного клапана
может составлять от 1023 до 1123 К, а во впускном клапане
от 723 до 823 К.Поскольку механические и термические напряжения
являются циклическими, отказ
имеет усталостную природу.
Из-за воздействия как динамических инерционных нагрузок
, так и продуктов сгорания при этих высоких рабочих температурах
поверхности клапана
могут окисляться и корродировать быстрее. Седло клапана
затвердевает при работе из-за ударов молотком, а
любой нагар между седлами создает
сильные концентрации напряжения. Любая утечка газа между седлами также приводит к локальному перегреву, который может вызвать механическое повреждение, деформацию
или коробление и, наконец, возгорание конического седла клапана.
Для увеличения срока службы клапан должен выдерживать высокие рабочие температуры, динамические нагрузки и агрессивную среду, а также иметь хорошую износостойкость во всех эксплуатационных условиях
. Форма клапана должна позволять выхлопным газам течь с очень небольшим сопротивлением
между клапаном и седлом и вокруг открытой части штока
без поглощения избыточного тепла. Также он должен иметь сечение, способное выдерживать нагрузки
, возникающие из-за повторяющихся ударных нагрузок.
Выпускной клапан должен иметь
(a) достаточную прочность и твердость, чтобы противостоять растяжению и истиранию штока клапана
,
(b) достаточную прочность и твердость при нагревании, чтобы противостоять забиванию головки и быстрому износу седла,
(c) хорошее сопротивление усталости для борьбы с повторяющимися циклическими нагрузками;
(d) хорошее сопротивление ползучести для предотвращения постоянной деформации головки при работе
при высоких температурах и переменных нагрузках;
(e) хорошая стойкость к коррозии и окислению при высоких рабочих температурах и нагружает
, а в активной коррозионной среде -
(/) - умеренный коэффициент теплового расширения для ограничения термических напряжений из-за большого градиента температуры
над головкой и
(g) хорошую теплопроводность от головки клапана, так что
тепло от горения может легко рассеиваться.
3.4.4.

Тарельчатый клапан Размеры

Ниже приведены типичные размеры клапана (рис. 3.39) относительно диаметра горловины (dt).
Максимальный диаметр конуса, d2 = 105 dt до 1,15 dt
Минимальный диаметр конуса, d \ = 0,95 dt до 1,0 dt
Ширина конического седла, c = 0,10 dt до 0,12 dt
Толщина параллельной головки, hi = 0,025 dt до 0,045 dt
Толщина параллельной и конической головки, h% = 0,10 dt до 0,14 dt

Рис. 3.38. Идентификация тарельчатого клапана.
Диаметр стержня клапана:
Для впуска, ds = от 0,18 dt до 0,24 dt
Для выпуска, ds = от 0,22 dt до 0,28 dt
Головка диска изначально имеет угол
от 10 до 15 градусов относительно горизонтали, а затем
- небольшой радиус r, соответствующий стержню. Для улучшения передачи тепла
диаметр штока выпускного клапана на 10
на 15% больше диаметра впускного клапана. Для максимального потока свежего заряда или выхлопного газа
между
головкой клапана и его седлом площадь кольцевого отверстия клапана
должна равняться площади горловины клапана или порта.Чтобы добиться этого с помощью
, подъем клапана должен составлять примерно одну
четверти диаметра головки клапана. Подъем клапана, если на
меньше этого значения, ограничивает объемный КПД двигателя
, а если намного больше, увеличивает инерцию рабочего механизма клапана, вызывая шум
и быстрый износ.
3.4.5.

Седло клапана и конические углы

Угол торца клапана выбран для наилучшего возможного компромисса между открытием клапана и уплотнением клапана
.Открытие клапана является максимальным при нулевом угле торца, и сила уплотнения на клапане
увеличивается с увеличением угла. Плохое уплотнение вызывает возгорание клапана, что сокращает срок его службы.
Обычно используются конические углы седла клапана 45 или 30 градусов (рис. 3.40). Для подъема клапана gfven
при уменьшении угла эффективное сечение потока вокруг клапана может быть увеличено,
, но давление на седло для заданной жесткости пружины уменьшается. Чтобы обеспечить высокое давление посадки
и минимальные отложения на поверхности, рекомендуется использовать конический угол седла клапана в 45 градусов или 30 градусов
для впускного клапана и только 45 градусов для выпускного клапана из-за рассеивания тепла жидкостью
.

Рис. 3.39. Размеры тарельчатого клапана.

Рис. 3.40. Углы конической поверхности клапана и седла.
Угол клапана к плоскости головки обычно на 0,5–1 градус меньше угла
седла в головке блока цилиндров. Разница в углах конуса обеспечивает острый контакт вокруг внешнего края клапана
и его седла, так что происходит быстрое прилегание обеих поверхностей. Это защищает
контактные посадочные поверхности от возгорания и позволяет головке клапана ложиться при ударе; таким образом нагрузка
распределяется на большую площадь поверхности.Если эффективная ширина контактной посадки слишком велика,
снижает давление уплотнения между контактными поверхностями и, следовательно, его способность удалять продукты сгорания
с поверхностей также снижается. Слишком узкие контактные поверхности сокращают путь
тепла от клапана к его седлу, когда он закрыт.
3.4.6.

Условия эксплуатации клапана

Загрузка головки клапана.

Во время работы головка и шейка клапана подвергаются продольным напряжениям из-за нагрузки возвратной пружины
и инерционного отклика клапана в сборе.Кроме того, в его головке возникают большие тепловые кольцевые напряжения
(окружные) из-за большого температурного градиента от
центра головки к ее краю и от макушки к параллельной части стержня. Прочность материала клапана
достаточна, чтобы выдерживать комбинацию этих двух напряжений
, при условии, что контактная часть седел не деформирована или частицы углерода не захвачены
между ними. Любая неровность вокруг периферийных поверхностей контакта седла вызывает сильные локальные концентрации напряжений
, которые могут привести к выходу клапана из строя за короткий период времени.

Головка клапана и шейка.

При закрытии выпускного клапана его головка непосредственно подвергается процессу сгорания.
Когда клапан открывается, выходящие и все еще горящие газы обтекают край головки и
под ней, окружая шейку клапана (рис. 3.41A). Впоследствии они проходят через порт
проходов в выхлопную систему.


Рис. 3.41. Путь тепла и распределение температуры для выпускного клапана.
Когда клапан закрыт, большая часть тепла передается седлу клапана и охлаждающей жидкости
, циркулирующей в головке блока цилиндров, но когда клапан открывается, тепло проходит только через шток клапана
.Следовательно, самая горячая часть клапана - это его шейка, следующая самая горячая зона - это центральная область
коронки вплоть до ее шейки, а самая холодная зона находится вокруг обода головки клапана и параллельной области
стержня, когда он входит. его направляющую (рис. 3.41B). Таким образом, температура
головки клапана может составлять всего 773 К вокруг обода головки, увеличиваясь на шейке в условиях
полной нагрузки до примерно 1073 К и может повышаться до 1173 К в ненормальных условиях.

Шток и наконечник клапана.

Шток клапана работает в направляющей втулке и подвергается возвратно-поступательному скользящему движению
, в некоторых случаях добавляемому к вращательно-колебательному движению. Направляющая втулка может достигать температуры
673 К на выходе из выпускного отверстия, постепенно снижаясь до примерно 473 К на конце пружины клапана
. Поэтому шток и направляющая должны быть изготовлены из совместимых материалов, чтобы
эффективно функционировала в течение длительного времени с очень небольшим износом в основном в условиях граничной смазки.
Наконечник штока клапана должен быть достаточно твердым, чтобы выдерживать удар толкателя, а в некоторых конструкциях
должен противостоять истиранию из-за относительного трения между наконечником штока клапана и подушкой коромысла
(рис. 3.49E). Заштрихованная ширина на чертеже представляет степень относительного перемещения
между коромыслом и наконечником штока клапана.
3.4.7.

Материалы тарельчатого клапана

Три основных сплава, используемых в выпускных клапанах:
(i) кремний-хромистая сталь,
(ii) аустенитная хромоникелевая сталь,
(Hi) сплавы на никелевой основе Nimonic.Кремнийхромовая сталь
может работать до температуры 923 К, и ранние выпускные клапаны
изготавливались из этой стали. Популярный состав этой стали - 0,8% углерода, 0,4% марганца,
1,3% никеля, 2% кремния, 20% хрома и остальное (75,5%) железо.
Добавление 12% никеля значительно улучшает стойкость к горячей коррозии, так что клапан
может работать при несколько более высоких температурах. Следовательно, клапаны были изготовлены из аустенитных хромоникелевых сталей
, таких как ’21-12 ’, которые содержат 0.25% углерода, 1,5% марганца, 1% кремния
, 12% никеля и 21% хрома. Еще одна улучшенная аустенитная хромоникелевая сталь
- это ’21 -4N ’, которая обеспечивает более высокую твердость как в холодных, так и в горячих условиях и более высокую степень наклепа
. Состав: 0,5% углерода, 0,25% кремния, 9% марганца, 21% хрома
, 4% никеля, 0,4% нитогена и 64,85% железа. Из-за большого количества хрома
и марганца сталь абсорбирует азот, что улучшает износостойкость
при воздействии высоких температур и нагрузок.
Для высокотемпературных операций и тяжелых двигателей больше подходят нимоновые сплавы
. Примером является ’80A’, который имеет состав 0,05% углерода, 1% марганца,
0,6% кремния, 20% хрома, 2% кобальта, 2,5% титана, 1,2% алюминия, 5% железа и 67,65% никеля
. Эти сплавы на основе никеля имеют более высокую жаропрочность и твердость, а также лучшую усталостную прочность и коррозионную стойкость, чем аустенитные стали, но они более дороги. Чтобы преодолеть высокую стоимость клапана
, клапан, состоящий из двух частей, может быть изготовлен с головкой из сплава на основе никеля, соединенной со штоком из стали
сваркой трением.
Срок службы клапанов из аустенитной стали и нимонового сплава теперь может составлять до 150000
км по сравнению с традиционными 22000 км между заменами клапанов. Для тяжелых условий эксплуатации
седла обода головки выпускного клапана могут быть облицованы твердым сплавом, например стеллитом
. Этот сплав на основе кобальта состоит из 1,8% углерода, 9% вольфрама, 29% хрома
и 60,2% кобальта. Поскольку впускные клапаны работают при температурах около 773 К, им не нужен
такой высоколегированный материал клапана.Типичным материалом впускного клапана является кремнийхромовая сталь
, которая имеет состав из 0,4% углерода, 0,5% никеля, 0,5% марганца, 3,5% кремния, 8% хрома
и 87,1% железа.
3.4.8.

Направляющие клапана

Обычно седло клапана выполнено за одно целое в головной части автомобильных двигателей.
Вставные седла также используются в некоторых двигателях, что позволяет легко ремонтировать седла клапанов. Деформация седла клапана
- одна из основных причин низкого срока службы клапана.Искажение может быть кратковременным или постоянным. Первое возникает из-за давления и термического напряжения
, а второе - из-за механического напряжения
, поэтому при сборке двигателя необходимо соблюдать надлежащую осторожность
.

Рис. 3.42. Направляющие клапана.
A. Интеграл. B. Обычный рукав.
C. Рукав через плечо.
Направляющее отверстие в головке цилиндра поддерживает
и направляет скользящее действие штока клапана
, так что головка удерживается в центральном положении
относительно седла клапана при открытии
и закрытии.Такие отверстия известны как направляющие клапана
. Для двигателей с нормальным режимом эксплуатации направляющая
состоит из просверленных и расточенных отверстий в головках цилиндров
из корпусного железа. Для головок цилиндров
из алюминиевого сплава и головок
из высокопрочного чугуна отдельные направляющие втулки или втулки
запрессовываются в предварительно сформированные отверстия (рис. 3.4).
Направляющая втулка или втулка изготовлены из перлитного чугуна хорошего качества
для минимизации износа между штоком и направляющей или из бронзы для улучшения потока тепла
к каналам охлаждающей жидкости головки блока цилиндров.Хотя гладкая втулка подходит для большинства применений
, иногда втулки с буртиком используются для позиционирования направляющей в головке цилиндра
. Направляющая обычно немного выступает над опорой пружины в головке цилиндров, чтобы
предотвратить чрезмерный слив масла по штоку.
Длина направляющей части втулки должна быть в 8-10 раз больше диаметра штока.
Внешний диаметр втулки втулки должен быть в пределах от 1,4 до 1,6 диаметра штока.
Зазор между штоком клапана и направляющей поверхностью втулки варьируется от 0.02 до
0,05 мм для впускных клапанов и от 0,04 до 0,07 мм для выпускных клапанов. Однако эти значения,
, в некоторой степени зависят от материалов штока и направляющих, а также от рабочих температур. Изношенные встроенные направляющие отверстия можно расширить, а старые клапаны заменить новыми клапанами
с увеличенными штоками. Когда существующие направляющие клапана изношены, их можно заменить новыми направляющими
.
Зазор между клапаном и штоком должен быть достаточным для смазки, но чрезмерный зазор
вызывает раскачивание штока и, таким образом, «раструб» направляющей клапана.По мере износа контакт между штоком
и направляющей становится менее эффективным, так что средняя рабочая температура клапана
повышается. Смазка также может ухудшиться при этой температуре в результате образования смолы.
Обычно следует избегать выступа направляющих клапана в выпускное отверстие, в противном случае это
может повысить рабочую температуру головки выпускного клапана. Утечка масла через направляющую клапана
является проблемой в двигателе с верхним расположением клапана, особенно вокруг штока впускного клапана, где существует разрежение
.Поэтому для предотвращения утечки используются уплотнения подходящей конструкции из синтетических каучуков и пластмасс.

3.4.9.

Кольца вкладыша седла клапана

Для тяжелых условий эксплуатации с чугунными головками цилиндров или для головок цилиндров
из алюминиевого сплава используются клапанные вставки, которые выдерживают высокие рабочие температуры и коррозионную атмосферу
вокруг отверстий седла клапана. Также используется материал вставки с улучшенной ударной вязкостью
и твердостью, устойчивой к износу.Эти вставки (рис. 3.43) образуют кольцо
прямоугольного сечения, имеющее коническое гнездо на одной из внутренних кромок. Вкладыш должен быть жестким, чтобы выдерживать постоянные удары
и отводить тепло от головки тарельчатого клапана к системе охлаждения головки цилиндров


Рис. 3.43. Кольца вкладыша седла клапана.
A. Размеры вставного кольца седла клапана. Б. Форсированная посадка.
C. Подгонка по закругленному краю. D. Подпружиненный фланец.
E. Винтовая посадка.
Для выполнения этих требований радиальная толщина стенки вставки должна составлять от 0,10
до 0,14 диаметра горловины. Внешний диаметр вставки должен быть в пределах от 1,2 до
, в 1,3 раза больше диаметра горловины, а высота вставки должна быть от 0,15 до 0,25 диаметра горловины
(рис. 3.43A). Вкладыши клапана вставляются с усилием в выемки, выточенные в головке блока цилиндров.
Зазор в чугунных головках составляет порядка 0,0003 диаметра штока выпускного клапана
.Типичная посадка с натягом составляет 0,019 мм на мм внешнего диаметра для чугунной головки блока цилиндров
и 0,025 мм на мм внешнего диаметра для головки блока цилиндров из алюминиевого сплава.
При установке этих колец с усилием или усадкой (рис. 3.43B) они обычно сжимаются в жидком кислороде
до температуры 453 K, а затем легко прижимаются к месту. При отсутствии этого приспособления головку блока цилиндров
нагревают в кипящей воде в течение получаса, а затем как можно быстрее помещают вставку
.
В случае посадки со скатанной кромкой кольцо вставки вдавливается в его отверстие с выемкой, а затем кромка поверхности головки блока цилиндров
переворачивается, чтобы заполнить пространство, обеспечиваемое скошенной внешней верхней кромкой
вставки (FiD , 3.43C).
Для посадки с подпружиненным фланцем на противоположных сторонах в нижней части кольца
выполнены периферийные пазы, а нижняя часть вставного кольца деформирована наружу. Когда эта вставка
вдавливается в ее отверстие, нижняя часть кольца выскакивает в канавку в выемке, которая фиксирует вставку
на постоянное место (рис. 3.43D).
Для некоторых головок цилиндров из алюминиевого сплава используется резьбовое соединение, обеспечивающее более надежное сцепление с головкой цилиндра
(рис.3.43E) и для компенсации большого расширения перепада
, которое обычно существует между вставкой и ее углубленным отверстием.
Материалы седла-вставки.
В чугунной головке блока цилиндров для средних и высоких нагрузок в качестве материала вставок
используется низколегированный перлитный чугун. Типичный состав этого сплава - 3% углерода, 2% кремния, 0,4% фосфора,
0,9% молибдена, 1% хрома и 92,7% железа. Он имеет твердость от 270 до 300 по числу Бринелля
.
Для алюминиевых головок цилиндров средней и высокой нагрузки подходящим материалом вставки является аустенитный серый чугун с высоким содержанием никель-медь
, имеющий высокий коэффициент расширения, а также хорошую коррозионную стойкость
.Обычный состав этого сплава - 2,8% углерода, 2% кремния, 0,45% фосфора
, 1,8% хрома, 15% никеля, 7% меди и 70,95% железа. Он имеет твердость от
160 до 240 по числу Бринелля.
Для сверхпрочной и высокотемпературной чугунной головки блока цилиндров вставка может быть изготовлена ​​
из чугуна с высоким содержанием хрома, содержащего 1,8% углерода, 1,8% кремния, 0,4% молибдена,
и 14% хрома. Он имеет твердость от 270 до 320 по числу Бринелля при термообработке.
3.4.10.

возвратные пружины клапана

Возвратная пружина клапана (или пружины) гарантирует, что подъем или опускание клапана точно соответствует движению
соответствующего профиля кулачка, сообщаемому толкателю при рабочих условиях как ускорения, так и замедления.

Рис. 3.44. Пружины клапанные винтовые.
A. Винтовая пружина постоянного шага. B. Винтовая пружина с переменным шагом.
Обычно используются винтовые пружины (рис.3.44A), которые работают под нагрузкой на сжатие.
Когда пружина отклоняется (т. Е. Сжимается во время нагрузки), каждая часть пружинной проволоки скручивается на
и, следовательно, подвергается скручивающему напряжению.
Жесткость винтовой пружины, которая представляет собой способность пружины сопротивляться отклонению при
приложении нагрузки, пропорциональна четвертой степени диаметра проволоки пружины и
обратно пропорциональна кубу средней пружины. диаметр катушки и количество активных катушек
при прочих равных условиях.
Следовательно, x a (d4 / D3N)
, где x - прогиб пружины,
d - диаметр пружинной проволоки,
D - диаметр витка пружины,
и N - количество активных витков.
Если диаметр проволоки увеличен вдвое, прочность пружины увеличивается в шестнадцать раз, если диаметр бухты
уменьшается вдвое, ее сила увеличивается в восемь раз, а если количество активных витков уменьшается вдвое, ее сила
увеличивается только в два раза.
Витки пружины, которые отклоняются при приложении нагрузки, называются активными витками.Концы или часть конца
включают пружину сжатия, которая не прогибается, известная как мертвые витки. Обмотки
на обоих концах пружины отшлифованы плоско перпендикулярно оси пружины, а два конца
расположены диаметрально противоположно. Это предотвращает искривление длины пружины при сжатии
, так что усталостная долговечность пружины значительно снижается. Расстояние
между соседними активными витками известно как шаг пружины.
Пружина клапана в нормальном положении удерживает клапан закрытым на его седле и обеспечивает
достаточные силы инерции клапанного механизма, так что движение клапана точно следует за движением профиля
кулачка на всех скоростях.Чтобы пружина не перегружалась, активных витков должно быть не менее 4,5.
Однако слишком много витков снижает жесткость пружины, вызывая более вероятный скачок пружины. Клапан
и пружина должны немного открываться за пределы нормального полностью открытого положения, чтобы катушки
не могли столкнуться вместе, когда превышение скорости вызывает дребезг клапана.
Релаксация пружины происходит при ее пластическом отклонении при средней температуре около 423
К или даже более в циклических условиях нагрузки.В этом состоянии он не восстанавливает свою исходную свободную длину
при снятии внешней нагрузки. Следовательно, с течением времени усилие, прилагаемое пружиной
, уменьшается.

Клапан Spring Surge.

Резонанс возникает, когда собственная частота колебаний пружины или ее кратных
колебаний синхронизируется с возмущающими колебаниями, вызванными действием кулачка на его толкатель.
Во время резонанса витки на неподвижном конце пружины полностью или почти полностью
сближаются на начальных этапах подъема клапана из-за их инерции, а последующие витки на расстоянии
от этого конца закрываются в меньшей степени.Катушки, наиболее удаленные от толкателя кулачка, закрываются на большую часть
во время заключительных стадий открытия клапана. Происходит коллапс сопротивления пружины, из-за которого
некоторые витки временно теряют свой шаг и перемещаются ближе друг к другу, подметая или колеблясь от
одного конца пружины к другому. Когда происходит это колебание пружины, естественное закрывающее действие
винтовой пружины становится неконтролируемым, и движение клапана, следовательно, больше не следует
за подъемом, задержкой и опусканием кулачкового профиля.

Пружины с переменным шагом.

Для уменьшения пульсации пружины встроена пружина с переменным шагом, в которой шаг между
соседними витками от конца штока клапана до неподвижной направляющей клапана и седла постепенно уменьшается на
. При открытии клапана катушки постепенно сжимаются, начиная с
конца головки блока цилиндров с малым шагом, благодаря чему количество активных катушек уменьшается. И наоборот,
при закрытии клапана количество активных катушек увеличивается.Такое изменение количества
активных витков во время открытия и закрытия клапана обеспечивает переменную жесткость пружины и постоянно изменяющуюся собственную частоту
, что снижает резонанс и пульсацию пружины.

Пружины двойные.

Двойные гнезда пружин в системе обеспечивают высокие пружинные нагрузки на клапан для данного пространства
клапана и пружины. Чтобы обеспечить одинаковую общую силу, жесткость каждой пружины в гнезде должна быть на
меньше, чем у одиночной пружины.Следовательно, собственные частоты вложенных пружин
также ниже (поскольку собственная частота пружины пропорциональна квадратному корню из ее жесткости
), что способствует скачку напряжения.
Одним из преимуществ использования двойных пружин является то, что при благоприятных условиях резонанс одной пружины
может частично подавляться отсутствием резонансного действия другой. Более того, если одна из пружин
сломается, другая продолжит работу. Это предотвращает падение клапана в цилиндр, вызывающее повреждение
.

Предварительное напряжение. Пружины

обычно подвергаются предварительному напряжению за счет царапания, при котором пружина сжимается до тех пор, пока напряжение
во внешних волокнах проволоки не превысит предел текучести материала, вызывая пластическую деформацию
внешних стальных волокон. Это вызывает остаточные напряжения, так что предел текучести стали
повышается.

Дробеструйная обработка. Пружины

имеют закалочную обработку, которая значительно улучшает усталостную прочность стали
.Во время лечения пружина со всех сторон обстреливается круглыми частицами закаленной стали (дробь) размером
с высокой скоростью. Это создает сжимающие напряжения во внешних волокнах
катушки. Эти остаточные сжимающие напряжения помогают предотвратить развитие растягивающих напряжений
на поверхности проволоки. Но если есть какие-либо дефекты во внешних
волокнах проволоки, такие растягивающие напряжения инициируют распространение трещин, ведущих к усталостному разрушению.

Материалы пружины клапана.

Для изготовления пружин клапана используется обычная высокоуглеродистая сталь или низколегированная хромисто-ванадиевая сталь
. Сталь с высоким содержанием углеводов
содержит от 0,4 до 0,8% углерода, 0,3% кремния и 1,0% марганца
. Хромованадиевая сталь содержит 0,4-0,5% углерода,
0,2% кремния, 0,6% марганца, 1,0-1,5% хрома и минимум
0,15% ванадия. Стальная проволока поставляется в размягченном состоянии.
Полностью шлифуется до получения хорошей отделки поверхности с последующим холодным волочением
для придания необходимых высоких свойств при растяжении.Проволока наматывается на
в форме пружины, а затем на нее наносится посинение - обработка
для снятия напряжений.
3.4.11.

Удержание пружины клапана (замки)

Возвратная пружина (или пружины) удерживает клапан в закрытом положении
до тех пор, пока не приводится в действие распределительным валом. Он действует на стопорную пластину пружины
, закрепленную на конце штока клапана (рис. 3.45). Эта удерживающая пластина
содержит центральное коническое отверстие, которое в положении
совпадает с неглубокой круговой канавкой, обработанной рядом с концом штока
.Два сужающихся полуколка вклиниваются между конической стенкой пластины пружины
и желобчатой ​​частью штока. Внутренние
выступающие круглые выемки или ребра, образованные на коллекторах, фиксируют их
в канавке штока. Непрерывное вытягивание пружинной пластины пружиной
поддерживает захват коллектора как на штоке, так и на пружинной пластине. Нижняя сторона пружинной пластины
обычно ступенчатая для установки одной или двух пружин.

Рис. 3.45. Тарельчатый клапан
с удержанием пружины.

Клапаны-ротаторы.

Вращатели клапана могут быть положительного или отрицательного типа. Первый тип имеет неположительное действие
, которое позволяет клапану произвольно срабатывать при открытии и закрытии. Последний тип
имеет положительное действие, которое непосредственно поворачивает клапан во время его работы. Цель вращения клапана
состоит в том, чтобы улучшить посадку клапана за счет очистки поверхностей седла от частиц углерода, которые в противном случае
могли бы прикрепиться к ним.Постепенное перемещение клапана относительно его седла увеличивает срок службы клапана
и седла.

Рис. 3.46. Неположительные ротаторы клапана.
А. Разъемно-сборный клапан-вращатель.
B. Поворотный механизм затвора.

Неположительные клапаны-ротаторы.

Из двух стандартных конструкций
, используемых в неположительном расположении
, в одном методе используются цанги с неплотной посадкой, в то время как в
в другом используется гильза, которая надевается на наконечник штока клапана
.

ii) Разъемные цанги Клапан-вращатель.

Коллекторы, специально разработанные для этого подхода
(рис. 3.46A), позволяют клапанам
вращаться при определенных условиях. Шток клапана
имеет три кольцевых канавки полукруглого сечения
, а внутренняя поверхность каждой цанги
имеет три полукруглых ребра. Они прижимаются друг к другу
, обеспечивая небольшой радиальный зазор между клапаном
и коллекторами. Вибрация клапанного механизма
вращает клапан со скоростью от 15 до 25 об / мин при частоте вращения двигателя
выше 1500 об / мин.
Для изготовления коллекторов используется сталь низкоуглеродистая.
Полоса выдавливается до необходимого сечения. Длина
обрезается и прижимается до окончательной кривизны. Коллекции
окончательно закалены.

(ii) Наконечник клапана-вращателя.

В конструкции гильзы-вращателя
(рис. 3.46 B) стальная крышка надевается на конец штока клапана
и опирается на две полукруглые цанги, которые подходят для
в канавку штока клапана ниже.
Пружина клапана поддерживает давление на фиксатор
против этих цанг и, таким образом, удерживает клапан в закрытом состоянии.Когда требуется открыть клапан
, коромысло прижимает
колпачок, который, в свою очередь, упирается в две цанги,
, а затем перемещает пружину клапана и фиксатор вниз.
Давление пружины теперь воспринимается крышкой, и, следовательно,
клапан освобождается от давления пружины. Он все еще перемещается на
вниз, потому что закрытый конец колпачка затем упирается на
конец штока клапана, но он может свободно поворачиваться.

(Hi) Положительное вращение клапана (Rotocap).

Эта компоновка (рис.3.47) включает пластину
, удерживающую шарик, с шестью наклонными канавками (на рисунке показаны только четыре)
для катания шариков. Маленькая пружина толкает каждый из этих
шариков в сторону. Тарельчатая пружинная шайба
Бельвильского типа надевается поверх этих шариков, образуя верхнее кольцо, которое
поддерживается на своем внешнем крае фиксатором седла пружины. Этот фиксатор удерживает вместе весь узел
, а также обеспечивает седло для спиральных пружин клапана.
В закрытом положении клапана тарельчатая шайба подвешена между держателем седла пружины
и держателем шара, так что шарики свободно перемещаются к вершине аппарели и упираются
в конец канавки.При открытии клапана тарельчатая пружинная шайба отклоняется

Рис. 3.47. Положительный вращатель клапана.
A. Клапан закрыт. B. Клапан открыт.
с увеличением сжимающей нагрузки на пружину клапана. Внешний край вогнутой шайбы
упирается в фиксатор седла пружины, как и раньше, но теперь внутренняя часть шайбы
упирается в шесть шариков и, следовательно, толкает их вниз по пандусам. Наклоны имеют такую ​​форму
, что при сохранении контакта с шайбой фиксатор седла пружины поворачивается и, следовательно,
тарельчатый клапан поворачивается на ту же величину.
Когда клапан закрывается, шайба возвращается в исходное положение между фиксатором седла пружины
и фиксатором шара. Это снимает нагрузку на шарики, из-за чего пружины небольшого смещения
теперь толкают шарики вверх по их пандусам и тем самым возвращают фиксатор седла пружины и узел клапана
в исходное положение.
3.4.12.

Коромысло

Вал коромысла обеспечивает жесткую шарнирную опору
для коромысел.Эти валы изготовлены из полых стальных труб
. Эти
устанавливаются и зажимаются на опорах из чугуна или алюминиевого сплава
, которые обычно устанавливаются между каждой парой рычагов рок-
(рис. 3.48). Следовательно, четырехцилиндровый двигатель
имеет четыре кронштейна опоры постамента
.
Для смазки в коромысле просверливаются радиальные отверстия для совмещения с каждым коромыслом
, и оба конца вала заглушены для предотвращения утечки масла. Одна из опор
обычно имеет вертикальное просверленное отверстие для подачи масла от распределительного вала к полому коромыслу
.Это отверстие совпадает с соответствующим радиальным отверстием в валу. При сборке
коромысел и вала эти два отверстия должны совместиться, чтобы восстановить подачу масла на вал.
Материалом для этих трубчатых валов является углеродистая сталь, типичный состав которой включает 0,55% углерода
, 0,2% кремния, 0,65% марганца и остальное железо. После обработки вал
подвергается цементации, чтобы выдерживать трение.
3.4.13.

Коромысло

Коромысло качается или колеблется вокруг своей оси (рис.3.49) и передает движение штока вверх и вниз
на шток тарельчатого клапана. Следовательно, этот рычаг действует как балка-качалка.
Ось (вал или сферическая опора шарнира) смещена и расположена в толкателе
, так что для данного подъема выступа кулачка соответствующий срок службы клапана примерно в 1,4 раза больше. Этот
позволяет иметь профиль лепестка на 40% меньше, чем это необходимо. Фактическое передаточное число
поворота коромысла и, следовательно, размер выступа кулачка варьируются в определенной степени в зависимости от требований конструкции.
Коромысла могут быть изготовлены из материалов, которые могут быть отлиты, кованы или подвергнуты холодному прессованию
для придания формы. Они отлиты из ковкого чугуна с индукционной закалкой на отдельных участках.
Для ковки среднеуглеродистой стали с типичным составом 0,55% углерода, 0,2% кремния,
0,65% марганца и остальное (98,6%) железо. Его можно упрочнить закалкой
от температуры 1085 K до 1115 K, а затем отпуском при подходящей температуре от
825 K до 975 K.Для холодного прессования может использоваться низкоуглеродистая сталь состава 0,2% углерода, 0,8% марганца
, остальное (99%) железо. Коромысла, изготовленные по методу
, включают в себя контактную площадку из закаленной стали, прикрепленную к концу штока клапана.

Рис. 3.48. Коромысло-вал в сборе.

Рис. 3.49. Коромысла клапана.
A. Кованые или литые коромысла с центральным шарниром и регулировкой конца.
B. Коромысло из штампованного стального листа с центральным шарниром и регулировкой конца.
C. Коромысло из литого или прессованного листа с центральным шарниром и регулировкой.
D. Кованые или литые коромысла с концевым шарниром и регулировкой.
E. Оптимальная с геометрической точки зрения компоновка коромысла и штока клапана.

3.4.14.

Толкатель

Толкатель представляет собой стойку, которая передает возвратно-поступательное движение кулачкового толкателя на один конец
поворотного коромысла. Оба конца толкателя составляют часть пары полусферических шарнирных соединений
, которые позволяют штоку слегка наклоняться и вращаться, когда коромысло
колеблется вокруг своих шарниров.Нижняя часть стержня имеет выпуклую форму и подходит к соответствующей выемке в толкателе
. Верх стержня расширен для поддержки седла с вогнутой выемкой, которое совпадает с регулируемым винтом толкателя
на конце коромысла. Для двигателей средней мощности толкатель
в целом сплошной (рис. 3.49B), но для больших двигателей используются полые штоки с закаленными концевыми частями
, вставленными в трубопровод (рис. 3.49C).
Толкатели обычно изготавливаются из углеродисто-марганцевой стали, популярный состав
которой равен 0.35% углерода, 0,2% кремния, 1,5% марганца и остальное (97,95%) железа. Стержень
закаляют путем закалки от температуры от 1113 до 1143 К и затем отпуска от
823 до 933 К. Это дает твердость от 220 до 280 по числу Бринелля. В качестве альтернативы используется сталь
с более высоким содержанием углерода, подходящая для индукционной закалки.
3.4.15.

Опорный толкатель (толкатель) и подъемник

Толкатель кулачка (рис. 3.50) через свой эксцентрический выступ преобразует угловое движение распределительного вала
в возвратно-поступательное движение.Это движение прямо пропорционально величине
профиля лепестка, отклоненного от базовой окружности. Двумя распространенными формами скользящих толкателей являются
«грибовидный толкатель» и «ведро» или «бочонок».
В грибовидном толкателе используется цельный цилиндрический направляющий стержень относительно небольшого диаметра. Шток
имеет большую головку в форме диска или гриба, сформированную на одном конце для контакта с профилем кулачка.
Другой его конец имеет вогнутую форму с углублением для образования полушарового шарнирного соединения с нижней частью
выпуклого конца толкателя.
Толкатель ведра или ствола представляет собой полую цилиндрическую гильзу с закрытым дном. Его верхняя сторона
вогнута с углублением для размещения полусферического конца толкателя. Нижняя сторона втулки
плоская для передачи подъема профиля кулачка на толкатель. Иногда на цилиндрических стенках
образуются винтовые пазы для уменьшения веса, а также для улучшения смазки.
Толкатель грибовидного типа может включать более короткий толкатель, что улучшает жесткость
. При этом толкатель ковша обеспечивает поддержку боковой тяги.Центральная линия хода
в толкателе немного смещена от средней ширины кулачка (рис. 3.50C) для распределения износа
по его нижней поверхности. Следовательно, во время работы ведомый элемент имеет тенденцию вращаться каждый раз, когда лепесток
трется о него.
Чтобы иметь очень небольшую кривизну, поверхность толкателя имеет сферический радиус
около 1 м (рис. 3.50A). Чтобы соответствовать центру поверхности толкателя, которая выступает примерно на 0,08
мм, с этой кривизной, выступы кулачка шлифуются с конусом порядка 3–4 градусов
(рис.3.50B). Эта комбинация помогает снизить износ толкателей и кулачков. В двигателях с L-образной головкой зазор клапана
регулируется с помощью регулировочного винта толкателя, а в двигателях с I-образной головкой - регулировочными винтами
коромысла.

Рис. 3.50. Кулачковые толкатели (толкатель).
А. Последователь грибов. B. Привод ведра или ствола.
C. Толкатель ковша закрытого типа с винтовыми пазами. D. Роликовый толкатель.
Роликовые толкатели используются для некоторых тяжелых условий эксплуатации.Однако эти толкатели должны быть защищены от вращения
, для чего всегда имеется направляющий винт с пазом (рис. 3.50D).
Двигатели последней модели имеют гидравлические толкатели (толкатели), которые очень тихие и не имеют зазоров в клапанах
. Основные части гидравлических толкателей состоят из полого корпуса
цилиндра, в котором находится плотно прилегающий полый плунжер, обратный клапан и чашка толкателя. Давление моторного масла
подается по каналу двигателя к внешнему корпусу толкателя. Поднутренная часть позволяет маслу под давлением
окружать корпус толкателя.Отверстия в поднутрении позволяют маслу под давлением проходить
в центр плунжера. Затем он стекает вниз через обратный клапан в зазор
между нижней частью плунжера и внутренней нижней частью основания корпуса толкателя и заполняет это пространство
маслом под давлением двигателя. Принцип действия гидравлического толкателя показан
на рис. 3.51.

Рис. 3.51. Гидравлическое управление толкателем (подъемником).
Толкатель входит в чашку в верхнем открытом конце плунжера толкателя.Отверстие в чашке толкателя
, конце толкателя и полой штанге позволяет маслу проходить от центра поршня толкателя вверх
через толкатель к коромыслу, где оно смазывает узел коромысла. Когда кулачок
начинает прижимать толкатель к клапанному механизму, масло под плунжером толкателя сжимается
, и оно пытается вернуться в центр толкателя. Однако обратный клапан толкателя улавливает масло
под толкателем толкателя, гидравлически блокируя рабочую длину.Затем толкатель открывает клапан
как единое целое. Когда толкатель возвращается в плоскость кулачка, давление масла в двигателе
снова заменяет любое вытекшее масло.
Как и распределительный вал, толкатель изготовлен из закаленного низколегированного чугуна
, содержащего железо, углерод, кремний, марганец и хром.
3.4.16.

Регулировка зазора толкателя для механизмов толкателя

Зазор толкателя предназначен для компенсации расширения и сжатия клапана и
его рабочего механизма.В зависимости от метода регулировки толкателя используются два основных типа расположения коромысел
:
(i) регулировка конца толкателя и (ii) регулировка центрального шарнира.

Регулировка конца толкателя.

Коромысла поворачиваются по центру на валу коромысла (рис. 3.49A и B). Рычаг имеет упрочненную лицевую прокладку
с изогнутой поверхностью на одном конце для плавного контакта с наконечником штока клапана.
В проходном отверстии на другом конце находится регулируемый винт толкателя с контргайкой.Наконечник этого винта
имеет закаленный сферический шарик. Этот шар входит в соответствующую вогнутую выемку, образованную в верхней части стержня
.
Для регулировки калибр валка нужного размера вставляется между наконечником штока клапана и подушкой коромысла
. Затем контргайку немного ослабляют и с помощью отвертки поворачивают винт
толкателя для увеличения или уменьшения зазора. Для обеспечения правильного зазора щуп
должен просто ощущаться захватом, когда он протягивается через наконечник штока клапана.Затем затягивают контргайку и повторно проверяют
зазор. Иногда используются самостопорящиеся винты (рис. 3.49А).

Регулировка центральной оси.

Этот механизм (рис. 3.49C) включает в себя коромысло из полого ковкого чугуна или штампованной стали типа
, имеющего изогнутую контактную поверхность наконечника клапана на одном конце. На другом конце закаленная сферическая выемка
принимает толкатель с шариковым концом. Коромысло вращается на шарнирном опоре
из цементированного чугуна.Самоконтрящаяся гайка на стойке шпильки, закрепленная в головке блока цилиндров,
удерживает коромысло. Толкатели расположены и позиционируются с помощью направляющих вилок, закрепленных на головке блока цилиндров
.
Для регулировки зазора толкателя щуп вставляется между наконечником штока клапана
и поверхностью коромысла. Затем центральную самоконтрящуюся гайку поворачивают в любую сторону до тех пор, пока не будет получен правильный зазор
благодаря ощущению захвата, которое наконечник штока клапана и коромысло придают щупу
.

Расположение распределительного вала для регулировки толкателя толкателя.

Перед измерением зазора толкателя необходимо повернуть распределительный вал до тех пор, пока толкатель
не окажется на основании кулачка и дальше всего от носа кулачка. Один из трех различных методов установки распределительного вала
заключается в следующем.
Коленчатый вал вращается до полного открытия регулируемого клапана. Затем его поворачивают на
еще на один полный оборот, чтобы подвести толкатель к основанию кулачка.Распределительный вал
вращается с половинной скоростью вращения коленчатого вала. Следовательно, чтобы переместить выступ кулачка из его верхнего положения
в нижнее, т.е. перемещение распределительного вала на 180 градусов, требуется соответствующее перемещение коленчатого вала
на 360 градусов.
3.4.17.

Клапан охлаждения

Необходимо прямо или косвенно охладить выпускной клапан, так как он сильно нагревается из-за
прохождения горячих выхлопных газов. Поверхность клапана и шток проводят тепло в окружающую среду, и
они относительно холоднее, чем головка клапана.Плохой клапан может привести к перегреву клапана.
значительно сокращает срок его службы. Дополнительная циркуляция воды обычно обеспечивается около седла выпускного клапана
в головке двигателя. Клапаны с натриевым охлаждением используются в двигателях большой мощности и авиационных двигателях
. Эти клапаны имеют полую головку и шток, который частично заполнен натрием
или смесью солей. Во время работы клапана движение натрия
вверх и вниз передает тепло вблизи головной части с большей скоростью.
3.4.18.

ГРМ клапана двигателя

Во время сборки двигателя привод между коленчатым валом и распределительным валом
должен быть правильно подключен, чтобы клапаны открывались и закрывались в правильные моменты времени относительно
движения коленчатого вала и поршня. Эта операция известна как синхронизация клапанов,
, которая выполняется в три основных этапа, как показано ниже. Для двигателя с более чем одним распределительным валом
каждый должен быть рассчитан индивидуально.
(a) Установите коленчатый вал в положение, в котором один из клапанов должен открываться или закрываться. (Обычно
работает с точкой открытия впускного клапана, но можно использовать любую другую точку
.)
(b) Установите распределительный вал в положение, в котором он собирается открыть впускной клапан (или что-то еще,
точка выбрана).
(c) Подсоедините привод к распределительному валу.
Подходящие части двигателя обычно имеют маркировку для помощи в регулировке фаз газораспределения (рис. 3.34).
ГРМ или звездочка прикреплены к коленчатому валу шпонкой и могут быть установлены только в одном положении.
Шестерня или звездочка распределительного вала аналогичным образом прикреплены к распределительному валу таким образом, что его можно прикрепить
только в одном положении. Совместив отмеченные зубья на этих шестернях, коленчатый вал и распределительный вал
устанавливаются в правильные положения для соединения привода распределительного вала. Эти шестерни
при сборке скрыты внутри крышки привода ГРМ. Чтобы можно было проверить синхронизацию без снятия крышки
, шкив обычно маркируется в положении, соответствующем ВМТ в одном из цилиндров
.Если шкив не маркирован таким образом, положение ВМТ можно найти любым из
из нескольких методов, пример которых приведен ниже.
На большинстве современных двигателей поршень можно почувствовать, вставив шток через отверстие для свечи зажигания
. Проверните двигатель до тех пор, пока поршень не окажется примерно на 10 мм ниже своего наивысшего положения, и
сделайте выемку на штоке точно напротив верхней части отверстия для заглушки, когда конец штока
опирается на поршень. Отметьте шкив коленчатого вала напротив подходящей фиксированной контрольной точки.Теперь
поверните коленчатый вал двигателя так, чтобы поршень прошел ВМТ и начал двигаться вниз по цилиндру.
Остановитесь, когда отметка на штоке достигнет верха отверстия для пробки, и нанесите вторую отметку на шкив
напротив фиксированной контрольной отметки. Отметьте середину расстояния между двумя отметками
на шкиве. Поршень находится в ВМТ, когда эта последняя отметка противоположна фиксированной контрольной точке.
Отметки фаз газораспределения также можно сделать на маховике. Если окружность маховика
разделить на 360, получается цифра, которая представляет расстояние, измеренное вокруг обода маховика
, эквивалентное одному градусу.Например, если окружность маховика составляет 800
мм, а точка открытия впускного клапана составляет 9 градусов до ВМТ, измеряемое расстояние
вокруг обода маховика составляет (800 x 9/360 =) 20 мм.
Существует несколько способов определения точки открытия клапана. Прежде всего, должен быть правильный зазор клапана
, поскольку изменение зазора приводит к значительному изменению времени газораспределения
. (Некоторые производители устанавливают зазор для фаз газораспределения, отличный от того, который используется для работы
).Если клапаны приводятся в действие толкателем и конец толкателя доступен, его можно легко вращать между пальцем и большим пальцем, когда клапан находится на своем седле, но он становится жестким, чтобы повернуть
, когда клапан находится на своем седле, и становится жестким, чтобы поворачиваться, как только клапан начинает открываться. Альтернативный метод
заключается в том, что щуп вставляется в зазор между коромыслом
(или толкателем), и шток клапана зажимается в момент, когда клапан начинает открываться. В этом случае
зазор клапана должен быть увеличен на величину, равную толщине используемого щупа.

Почему впускной клапан больше выпускного?

Почему впускной клапан больше, чем выпускной клапан ? Инженеры имеют особое значение в проектировании всего, как и клапаны.

Эта статья содержит следующее:

  • Почему впускной клапан больше выпускного клапана

  • Влияние сопротивления воздушному потоку

  • Влияние оборотов двигателя

.Почему впускной клапан больше выпускного клапана

Клапан открывается кулачком, а пружина клапана закрывается. Когда смесь необходимо всосать в цилиндр, открывается впускной клапан ; когда необходимо отвести отработавший газ после сгорания, выпускной клапан открывается.

Так как всасываемый воздух «всасывается», а выхлопной газ «выталкивается» наружу, всасываемый воздух труднее, чем выхлопной газ, и чем больше всасываемого воздуха, тем лучше сгорание и выше производительность двигателя.Всасываемый воздух засасывается вакуумом, а выхлопные газы выталкиваются наружу, чтобы вытолкнуть выхлопные газы. Следовательно, выхлоп легче, чем впускной. Следовательно, чтобы получить больше свежего воздуха для участия в сгорании, необходимо больше всасываемого воздуха. По этой причине впускной клапан должен быть больше, а общий размер не изменился, а выпускной клапан можно сделать только меньше. Следовательно, впускной клапан обычно имеет больший размер, чем выпускной, чтобы уменьшить трудность всасывания и увеличить количество всасываемого воздуха.Некоторые просто проектируют дополнительный впускной клапан, который имеет конструкцию только с 3 клапанами (2 в 1 ряд) и 5 ​​клапанами (3 в 2 ряда).

2. Влияние сопротивления воздушному потоку

Теоретически величина накачивания и количество выхлопных газов равны, а время открытия и закрытия выпускного клапана и время открытия и закрытия впускного клапана также равны .

Но это не тот случай, потому что дроссельная заслонка регулирует скорость вращения, открытие и закрытие клапана большие и маленькие, а баллон должен быть заполнен смесью воздуха, равной атмосферному давлению (около 1 кг / см2) когда всасывание завершено.Но когда газ проходит через впускную трубу и впускной клапан, он испытывает сопротивление. Чтобы преодолеть эти сопротивления и позволить смеси течь с определенной скоростью, часть давления должна поглощаться волной, поэтому давление воздуха в цилиндре всегда ниже атмосферного. Плотность газа изменяется с давлением, плотность низкого давления уменьшается, а фактический вес смешанного газа уменьшается. Чтобы устранить и уменьшить влияние сопротивления воздушного потока, площадь поперечного сечения воздушного потока на впускном клапане должна быть увеличена, то есть площадь воздушного клапана должна быть увеличена.В случае разреженного воздуха в области плато, площадь воздухозаборника должна быть увеличена, иначе двигатель не достигнет своей номинальной мощности в этих областях.

3. Влияние скорости вращения двигателя

Если исходный размер дыхательных путей не изменился, давление всасывания также изменится в зависимости от скорости и нагрузки. Когда дроссельная заслонка полностью открыта, скорость меняется в зависимости от нагрузки. Предполагая, что вес накачивания равен 1, скорость увеличивается с 700 до 2 в минуту, а давление снижается с 0.От 95 до 0,80 при 100 об / мин, что показывает, что цилиндр

Плотность стержневого воздуха снижается, и воздушный поток не может справиться с необходимостью количества надуваемого воздуха. Потому что, когда скорость вращения увеличивается втрое, скорость движения поршня также увеличивается втрое, и скорость воздушного потока также увеличивается втрое, чтобы гарантировать, что такой же весовой остаток воздуха входит в цилиндр. Однако из-за увеличения силы в дыхательных путях на высоких скоростях поток воздуха не может быть увеличен в той же пропорции. То есть эффект надувания лучше при замедлении, и в результате среднее эффективное давление и крутящий момент также больше (крутящий момент пропорционален среднему эффективному давлению).

Если вы хотите купить выпускные клапаны, обращайтесь в GRWA.

Как ухаживать за автомобилем: впускные и выпускные клапаны

Клапаны двигателя небольшие, но они играют огромную роль в обеспечении бесперебойной работы вашего автомобиля. Если есть проблема с клапанами, например, погнутые или сгоревшие клапаны, ее необходимо немедленно устранить, чтобы предотвратить повреждение двигателя.

Каковы симптомы плохого выпускного клапана или плохого впускного клапана? Сколько будет стоить ремонт погнутых или сгоревших клапанов? Продолжайте читать, чтобы узнать ответы на эти и другие вопросы.

Что такое прием и выпускные клапаны?

Впускные и выпускные клапаны являются последним компонентом системы клапанного механизма. Они сделаны из закаленного металла, который должен выдерживать экстремальные условия камеры сгорания.

Впускной и выпускной клапаны отвечают за регулирование потока газов через камеру сгорания. Впускные клапаны впускают воздух, а выпускные выпускают воздух.

У них тонкий шток, ведущий к более плоской поверхности, при этом впускные клапаны часто больше выпускных.Каждый клапан предназначен для движения только вверх и вниз, а не из стороны в сторону.

Когда клапан закрыт, он плотно прилегает к седлу клапана, чтобы остановить поток воздуха. Но когда он открыт, он отделяется от седла клапана, позволяя воздуху проходить через него.

Во многих современных двигателях каждый цилиндр имеет два впускных и два выпускных клапана на цилиндр.


Связанное содержание:

Как ухаживать за автомобилем: Кондиционер

5 распространенных ошибок при обслуживании автомобилей, которых следует избегать

Как ухаживать за автомобилем: система подвески

Как ухаживать за автомобилем: Трансмиссия

Как ухаживать за автомобилем: Воздушный фильтр салона


Почему потребление и выпускные клапаны важны?

Для обеспечения работы двигателя внутреннего сгорания должны произойти четыре события.Это так называемые удары.

Первый ход - такт впуска. Во время такта впуска воздушно-топливная смесь втягивается в камеру сгорания путем открытия впускных клапанов (в двигателях с прямым впрыском топливо впрыскивается после всасывания воздуха).

Следующий ход - это ход сжатия. Как впускной, так и выпускной клапаны закрываются, задерживая топливно-воздушную смесь в камере сгорания. Поршень теперь принудительно движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь, в результате чего она становится легко воспламеняемой.

Следующий ход - рабочий ход. Смесь сжатого воздуха и топлива воспламеняется от свечи зажигания. Когда выпускной и впускной клапаны остаются закрытыми, воспламененная смесь быстро расширяется, заставляя поршень вернуться в цилиндр. Это, в свою очередь, вращает коленчатый вал, который затем через силовую передачу в конечном итоге вращает колеса транспортного средства.

Последний ход - такт выпуска. Во время такта выпуска поршень снова начнет подниматься вверх, проталкивая израсходованную смесь через теперь открытый выпускной клапан.После того, как выхлопные газы выйдут из цилиндра, выпускной клапан закроется, и снова произойдет такт впуска.

Весь этот цикл происходит примерно 1250 раз в минуту при движении на скоростях автострады!

Что может пойти не так с впускными и выпускными клапанами?

Хотя клапаны могут выйти из строя по ряду причин, два наиболее распространенных типа отказов - это погнутые клапаны и сгоревшие клапаны.

Что вызывает погнутый клапан?

Изгиб клапанов возникает, когда поршень касается клапанов.Это приводит к тому, что клапан больше не может правильно герметизировать цилиндр.

Многие двигатели представляют собой двигатели с натягом, то есть поршень перемещается вверх за пределы самой нижней точки, в которой клапаны перемещаются вниз при нормальной работе. Двигатель синхронизируется с помощью зубчатого ремня или цепи через коленчатый вал, который приводит в движение поршни, и распределительный вал, который приводит в движение клапаны.

Взаимодействие между ними возникает, когда это время нарушается из-за сбоя хронирования. Например, если ремень газораспределительного механизма щелкает или подпрыгивает, поршень может контактировать с клапаном, что может вызвать изгиб клапана.

Что вызывает перегоревший клапан?

Выхлопные клапаны более склонны к возгоранию, чем впускные, потому что они обычно нагреваются примерно на 450 градусов по Фаренгейту.

Что вызывает горение выпускных клапанов? Одна из наиболее частых причин сгорания клапана - неэффективное уплотнение между клапаном и седлом клапана. Обгоревшие клапаны возникают, когда клапан больше не может правильно уплотняться после того, как чрезмерные температуры повредили материал клапана.

Когда это происходит, дымовые газы могут улетучиваться.Эти газы начнут сжигать края клапана, когда они проталкиваются через него. Если проблема не будет решена, газы сгорания будут продолжать сжигать клапан, вызывая дальнейшее повреждение.

Типичные причины сгоревших клапанов - перегрев автомобиля или использование неправильного топлива.

Какие признаки погнутых или сгоревших клапанов?

Каждый автовладелец должен уметь определять признаки погнутых или сгоревших клапанов. Некоторые из многих признаков плохого впускного или выпускного клапана включают:

Низкая производительность двигателя

Двигатель не будет иметь нужную степень сжатия для нормальной работы, если есть проблема с впускными или выпускными клапанами.Поэтому одним из основных симптомов повреждения клапанов является грубая работа двигателя, особенно на холостом ходу. Двигатель не будет таким мощным, если поврежден клапан, поэтому, если ваша машина начинает терять мощность, это признак проблемы с клапаном.

Шум двигателя

Вы также можете услышать постукивающий или тикающий шум в двигателе, если в вашем автомобиле неисправен впускной или выпускной клапан. Шум может становиться громче и быстрее, когда автомобиль ускоряется.

Проверить свет двигателя

Индикатор проверки двигателя может включаться по ряду причин, включая повреждение впускных и выпускных клапанов.Если загорается индикатор проверки двигателя, это не всегда означает, что клапаны повреждены, но может. Вам нужно будет попросить механика осмотреть ваш автомобиль и диагностировать проблему.

Пропуски воспламенения в двигателе

Изогнутые или сгоревшие клапаны также могут вызвать пропуски зажигания в двигателе. Это означает, что двигатель может дергаться, глохнуть или колебаться, когда ваша машина движется. Расход топлива вашего автомобиля также может увеличиться, если он пропускает зажигание из-за неисправного клапана.

Это некоторые из многих симптомов неисправности выпускного или впускного клапана.Если вы заметили какой-либо из этих признаков, как можно скорее обратитесь к профессиональному механику.

Можно ли водить машину с неисправным впускным или выпускным клапаном?

Впускные и выпускные клапаны являются важными частями двигателя вашего автомобиля. Если вы подозреваете, что проблема связана с впускным или выпускным клапаном, вам не следует водить автомобиль, пока проблема не будет устранена механиком.

Изогнутые или обгоревшие клапаны могут серьезно повредить двигатель, если их не ремонтировать сразу.Чтобы предотвратить это повреждение, важно не водить автомобиль до тех пор, пока клапаны не будут отремонтированы.

Что должно быть при подозрении на повреждение клапанов?

Первым шагом диагностики при подозрении на повреждение клапанов будет проверка на утечку. Во время этого испытания двигатель вращается, пока не будет достигнута верхняя мертвая точка испытываемого в данный момент цилиндра. Впускной и выпускной клапаны в это время будут закрыты.

Сжатый воздух впрыскивается в цилиндр через отверстие для свечи зажигания.Затем способность цилиндра удерживать давление измеряется с помощью манометра. Если обнаруживается значительная утечка из корпуса дроссельной заслонки или выхлопа автомобиля, это означает, что клапаны протекают.

В некоторых случаях клапаны можно проверить с помощью бороскопа, вставленного в цилиндр. Также может потребоваться снятие крышки клапана для осмотра клапанного механизма. Если ничего не помогает, возможно, потребуется снять головку блока цилиндров, чтобы проверить клапаны.

Ваш механик будет знать, что делать, чтобы диагностировать и устранить проблему.Все, что вам нужно сделать, это рассказать им, с какими проблемами вы столкнулись с автомобилем. Затем они могут провести тщательный осмотр, диагностировать проблему и произвести все необходимые ремонтные работы.

Сколько стоит ремонт погнутых или сгоревших клапанов?

К сожалению, отремонтировать погнутые или перегоревшие клапаны непросто. Замена клапана - это очень большая работа, требующая демонтажа двигателя. Поскольку это такая сложная задача, стоимость ремонта клапана может составить более 5000 долларов США только на оплату труда.После диагностики этот ремонт может занять более 35 часов.

В эту смету не включена стоимость запчастей, что еще больше увеличит общую стоимость ремонта.

Иногда клапаны просто необходимо отрегулировать, а не заменить. Это включает в себя регулировку пространства между клапаном и распределительным валом, чтобы ваш двигатель работал бесперебойно. Регулировка клапана двигателя намного более доступна, чем замена клапана двигателя. Цена может варьироваться, но регулировка клапанов двигателя обычно стоит несколько сотен долларов.

Примечание:

Поскольку двигатель выходит из строя во время этого ремонта, многие прокладки будут заменены, а многие другие детали будут часто сниматься. Если вы делаете этот ремонт, это может быть хорошее время для завершения другого необходимого ремонта, поскольку, вероятно, будут применяться перекрывающиеся скидки на оплату труда.

Cam Theory 101

Cam Theory 101

Что вы думаете об этом распредвал? Я все время это слышу. На каждой доске производительности в сети вы увидите этот вопрос.Я сам спросил об этом. Почему? Потому что это мистическое искусство это действительно понимают лишь очень немногие. Я буду первым, кто признает, что не иметь это вниз.

Это мое намерение хотя бы дать у читателя этой статьи базовое представление о том, что такое распредвал, что это такое влияет на двигатель и как он это делает. Вы будете по крайней мере понять теорию кулачков и все, что означает весь этот жаргон, так что вы говорите о камерах с твои бутоны. Я расскажу о выборе кулачков в другой статье.Этот будет быть достаточно длинным и довольно скучным для тех из вас, кто уже знает основы.

Что такое распредвал? Это мозг двигателя. Он регулирует количество топливовоздушной смеси, которое может втянуть и вытолкнуть. Это так просто. Количество топлива, которое может эффективно и эффективно сжечь и избавиться, будет определять мощность двигатель сгенерирует. Не только это, но и камера будет указывать, где пик мощности и насколько плоскими будут кривые мощности.Вот почему это так важно чтобы выбрать правильный кулачок для каждого построенного двигателя. Неправильная камера уничтожит потенциал двигателей для мощности независимо от того, сколько денег вы вкладываете в остальную часть сборка.

Прежде чем я перейду к кулачкам, нам нужно посмотреть на поршень, когда он качает вверх и вниз, и какие клапаны делает.

  1. Рабочий ход. Поршень находится в верхней мертвой точке, впускной и выпускной клапаны закрыты, свеча зажигания только что уволенный.Расширение воспламененной топливно-воздушной смеси заставляет поршень вниз. Прежде чем поршень достигнет нижней мертвой точки, выпускной клапан начинает открываться.
  2. Такт выпуска. Поршень находится в нижней мертвой точке и начинает возвращаться. Выпускной клапан полностью открывается и начинает идти. закрыто. Прежде чем поршень достигнет ВМТ, впускной клапан начинает открываться и выпускной клапан все еще частично открыт.
  3. Впускной ход.Поршень теперь находится в ВМТ, оба впускной и выпускной клапаны частично открыты. Когда поршень движется назад вниз по цилиндру, выпускной клапан полностью закрывается, а впускной клапан полностью открывается и начинает закрываться.
  4. Ход сжатия. Поршень находится на НМТ и запускается двигаться вверх по цилиндру. Выпускной клапан по-прежнему закрыт, а впускной. клапан полностью закрывается.

Вы заметите, что во время ход поршня, есть момент, когда оба клапана открыты.Это кажется встречным продуктивно, но необходимо для оптимальной работы. Этот термин называется « клапан перекрытия ». Попробую объяснить, зачем это нужно.

После того, как топливно-воздушная смесь воспламеняется, расширение горящих газов будет полным до поршень достигает НМТ, но давление в цилиндр. Когда выпускной клапан начинает открываться до того, как поршень достигнет НМТ, часть давления в цилиндре будет проходить через выпускной клапан в выхлопное отверстие головки.Когда поршень начинает движение обратно вверх по цилиндру, поршень вытесняет оставшиеся в цилиндре газы через выхлопную трубу. порт. Скорость выхлопных газов, проходящих мимо клапана в порт. создает в камере сгорания отрицательное давление (вакуум) (то же самое принцип такой же, как дуновение через соломинку в чашке с водой. Вода будет течь по соломе). До достижения поршнем ВМТ запускается впускной клапан. открыть. Созданный ранее вакуум в камере сгорания потянет смесь свежего воздуха и топлива в камеру сгорания, а некоторые даже улетучиваются в выхлопное отверстие.Это гарантирует, что все отработанные газы будут снят с камеры сгорания. Этот процесс называется « очистка ». Когда поршень достигает ВМТ и начинает движение обратно по цилиндру, выпускной клапан полностью закроется.

Точка цикла, в которой впускной клапан открывается очень важно. Если впускной клапан открывается слишком поздно в цикл, начальное количество топливовоздушной смеси всасывается в камеру сгорания уменьшается, и отработанные газы не будут эффективно вымываться из камеры.Если впускной клапан открывается слишком рано в цикле, вакуум будет уменьшен и выхлопные газы будут нагнетаться во впускной коллектор. Когда выхлопные газы попадает во впускной коллектор, вакуум отрицательно сказывается и впускной бегуны будут накапливать сажу. Этот эффект получил название «, реверсия ».

Точка, где выпускной клапан полностью закрывается, также важно. Если выпускной клапан закрывается слишком поздно в цикла, камера сгорания будет "переполнена продувкой".Это будет вызвать утечку чрезмерного количества топливно-воздушной смеси в выхлопное отверстие потому что впускной клапан все еще частично открыт. Если выпускной клапан закрывается слишком рано, эффект продувки будет уменьшен, выхлопные газы будут задерживаться в камера сгорания.

Как видите, перекрытие клапанов - это обидчивые временные рамки в перемещении поршней. Кулачок шлифовальные машины потратили бесчисленное количество часов на поиски правильного решения.

Продолжение хода поршней через фазу перекрытия и назад по цилиндру для такта впуска, впускной клапан полностью откроется и начнет закрываться.После того, как поршень достигнет НМТ и начинает свой путь обратно вверх по цилиндру для такта сжатия, впускной клапан закроется. То, что впускной клапан закрывается, имеет большое влияние на давление в баллоне. Когда поршень движется обратно по цилиндру, он заставит часть топливно-воздушной смеси пройти через все еще открытый впускной клапан во впускной канал. Когда впускной клапан закрывается в начале цикла, больше топливно-воздушная смесь будет задерживаться в цилиндре, и давление в цилиндре увеличится. будет создан.Если впускной клапан закрывается позже в цикле, некоторые из топливно-воздушная смесь будет вытеснена через впускной клапан во впускной канал, что снизит давление в баллоне.

Пока перекрытие клапана притирается к кулачок и не может быть изменен, точка во время движения поршней, что закрытие впускного клапана можно изменить. Это называется " фаз газораспределения ". который не следует путать с моментом зажигания. Его также называют «кулачок . фазировка "или" степень ".Когда вы здесь фраза "вперед / назад кулачок", это просто означает изменение положения точка закрытия впускного клапана. Чтобы продвинуть кулачок, вы закрываете впускной клапан раньше в цикле и замедление кулачка закроет впускной клапан позже в цикле. Теперь, прежде чем вы будете взволнованы и загорелись, чтобы продвинуться ваш кулачок, вам нужно помнить, что впускное отверстие, выпускное отверстие и точки закрытия выхлопа также будут продвинуты. Я закрою время кулачка в более деталь последняя.

Угол разделения лепестков (LSA) также называется Лоб Центр Угол (ДМС). Этот термин часто путают с Средняя линия лепестка , что обратимся позже. Лучший способ описать LSA - это представить себя держа кулачок перед собой, глядя в оба конца. Теперь отключите журнал, чтобы вы могли смотреть прямо на впускные и выпускные патрубки. Вы будете обратите внимание, что нижние части лепестков, ближайшие друг к другу, фактически перекрываются.Помните перекрытие клапанов, которое мы уже обсуждали? Теперь найдите центр каждая доля в своих самых высоких точках. Проведите прямую линию от этих точек до центр кулачка. Угол, создаваемый этими двумя линиями, и есть LSA. Угол выражается в градусах угла. Если сдвинуть доли ближе друг к другу, LSA становится меньше / плотнее, а перекрытие увеличивается. Глядя на различные профили кулачка для двигателя, вы всегда (почти всегда) увидите LSA в списке.Хотя это очень важное соображение, перекрытие клапана часто забывают. Профиль с плотной LSA также будет иметь большее перекрытие и это то, о чем вы должны думать, выбирая камеру, но это для другая статья.

Я упоминал, что кулачки Лопасти Осевую линию часто путают с LSA / LCA. Попробую объяснить LC сейчас же. Помните, когда я говорил о фазах газораспределения и впускных клапанах точка закрытия? Это центральная линия лепестка кулачка.Это доли впуска центр (в самой высокой точке) положение по отношению к положению поршень в ВМТ такта впуска. LC выражается в единицах измерения градусов как LSA. Обычно это 4 степени обозначения LSA, поэтому часто путают. Когда поршень находится в ВМТ такта впуска, впускной лепесток будет подталкивать подъемник вверх, открывая впускной клапан. Центр впускной лепесток будет около 106 градусов, прежде чем поршень окажется в ВМТ, или положение поршней 0 градусов.Я попытаюсь прояснить последнее предложение. маленький. На каждые два оборота коленчатого вала кулачок будет повернуть один раз. Все измерения в градусах на самом деле "кривошипные". градусов ". Один полный оборот кривошипа составляет 360 градусов. ВМТ, положение поршня составляет 0 градусов кривошипа, а когда он находится в НМТ, положение поршня составляет 180 градусов кривошипа. Когда поршень находится примерно на 106 градусов выше ВМТ такт впуска, впускной лепесток будет прямо вверх, а впускной клапан будет полностью открыт.Кулачки будут иметь рекомендованное положение центральной линии от производство. Тот, что в этом примере, установлен на осевой линии 106 лепестков. Когда кулачок продвигается вперед или назад, центральная линия лепестка изменяется. Если мы были чтобы продвинуть этот кулачок на 4 градуса, мы бы установили его на лепестке 102 градуса. Осевая линия и осевая линия лепестка 110 градусов, если мы запаздываем кулачок на 4 градуса. я упоминалось ранее, что продвижение кулачка увеличивает давление в цилиндре. Это будет в точку. При выдвижении кулачка впускной клапан открывается раньше. во время такта выпуска, и выпускной клапан закроется раньше во время впускной ход.Если кулачок продвинулся слишком далеко, произойдет реверс и выхлопные газы не удаляются должным образом. Прогресс на четыре градуса обычно максимум, что вы можете безопасно продвинуть кулачком за пределы производителей рекомендуемый аккредитив. Когда кулачок задерживается, давление в цилиндре будет уменьшено, но процесс очистки увеличивается. Если вы испытываете предвзрыв, замедление кулачка поможет. Он также имеет тенденцию смещать пиковые показатели здоровья на более высокие. об / мин. Опять же, следует соблюдать осторожность при изменении фаз газораспределения.Другой При выборе фаз газораспределения следует учитывать зазор между поршнем и клапаном. Когда вы измените события клапана (время), зазоры изменятся и должны быть проверил.

Раз уж мы говорим о степенях, я мог бы а также продолжительность покрытия. Продолжительность - это время, в течение которого клапан открыт по отношению к вращению коленчатого вала. Выражается в градусах коленчатого вала. Если у нас будет кулачок с длительностью 300 градусов, то клапан будет открыт на 300 градусы поворота коленчатого вала.Для описания продолжительность. Между местами или Объявленная продолжительность и при .050 " длительность. Объявленная продолжительность - это результат измерения от самого начала до самого конца лепестковых пандусов. Трудно получить точное измерение с использованием заявленной продолжительности. Теоретически вы должны быть удалось найти нулевой подъем лепестковых пандусов, но это сложнее, чем кажется. К упростить этот метод, кулачковые шлифовальные машины выбирают произвольный номер, уникальный для самих себя.Это может быть от 0,002 дюйма до 0,008 дюйма. Потому что кулачковые шлифовальные машины не собираются вместе и дают нам постоянную рекламу точки подъема продолжительности, они придумали стандартный метод @ .050 " поднимать. Когда лепесток поднимается на 0,050 дюйма, продолжительность начинается и заканчивается, когда лепесток находится на высоте 0,050 дюйма на другой стороне лепестка. При сравнении профили кулачка, лучше всего использовать значения продолжительности 0,050 дюйма.

Продолжительность наверное самая важный аспект профиля кулачка, который необходимо учитывать при выборе кулачка.Кубический рабочий объем в дюймах, характеристики головки блока цилиндров, EFI, NOS, аспирация, компрессия, трансмиссия, применение и вес транспортного средства, желаемая пиковая мощность, желаемые рабочие обороты двигателя и т. д. - все это факторы, которые следует учитывать при выборе кулачок. Я обнаружил, что обычно эту задачу лучше доверить кулачковому шлифовальному станку. Я не собираюсь вдаваться в выбор кулачков в этой статье, но я должен поговорить немного о влиянии продолжительности на двигатель.

LSA для высокопроизводительного наземного кулачка обычно составляет 106-114 градусов.Иногда шлифуется даже меньше 106 для строковых двигателей. Когда продолжительность увеличивается, а LSA остается постоянным, клапан перекрытие увеличивается. Когда перекрытие увеличивается, вакуум ниже, цилиндр давление снижается, а реверсия увеличивается. Все это нежелательно характеристики крутящего момента на низких и средних частотах. Вам нужно давление в баллоне и вакуум для низкого крутящего момента. К сожалению, мы не можем съесть и съесть пирог. Для мощность при высоких оборотах, продолжительность должна быть увеличена, но мы не можем расширить LSA или события клапана будут происходить в неправильных точках хода поршня.В виде скорость поршня увеличивается, время, в течение которого цилиндр может адекватно заполнить и эвакуация резко снижается. Чтобы компенсировать это, мы должны увеличить время, когда впускной клапан открыт для впуска большего количества топливно-воздушной смеси, и выпускной клапан должен быть открыт дольше для отвода отработавших газов. Единственный способ сделать это, чтобы увеличить продолжительность и подъем. Мы ограничены количеством подъема потому что боковые стороны лопастей / аппарели должны быть расширены, иначе подъемник не подъедет вверх и вниз по мочке правильно.Роликовые подъемники помогают, потому что они проходят поперек вверх гораздо более острый фланец, чем у плоского толкателя, но есть еще предел для них тоже. Очень агрессивный профиль отрицательно сказывается на всей арматуре. поезд и распредвал.

Подъем - это общая высота лепестка. Это размер, который описывается в дюймах. Лепестковый подъем 0,500 дюйма - это ". Чтобы получить общий подъем клапана, мы просто умножаем подъем лепестка на соотношение коромысел. Лопатка.500 дюймов и передаточное число коромысла 1,5 даст нам общий подъем клапана 0,750 дюйма. Если бы мы использовали коромысла с 1,6 коэффициент, наш общий подъем клапана будет 0,800 ". Если посмотреть на профили кулачков, Указанный подъем обычно представляет собой общий подъем клапана с использованием 1,5 коромысла. Если хотите знаете, что было бы с рокерами 1.6, просто поделите подъемник на 1.5 тогда умножьте сумму на 1,6. 0,750 / 1,5 = 0,500 X 1,6 = 0,800

Лопасти кулачков отшлифованы либо симметричный профиль , либо асимметричный профиль .Симметричный профиль - это выступ, который имеет зеркальные пандусы / боковые стороны открытия и закрытия. если ты Если бы мочку разрезать пополам, обе половинки были бы идентичны друг другу. An асимметричный профиль будет иметь разные наклонные / боковые стороны открывания и закрывания. В зависимости от помола одна рампа будет более агрессивной, чем другая. Кулачковые шлифовальные машины обнаружили, что скорость, с которой работает клапан открытие и закрытие могут сильно повлиять на производительность. Обычно рампа закрытия не будет таким агрессивным, как пандус открытия на асимметричных шлифах.Это будет предотвратить отскок клапана от седла клапана при закрытии.

При вращении кулачка и подъемника совершает переход от базовой окружности кулачков к открывающейся боковой стороне, наклонная шлифовать основание кулачка на лучших профилях кулачка. Пандус обеспечивает плавный переход от основного круга к боку. Пандусы впервые использовались для механические подъемники, работающие с большим количеством ударов. Представьте себе лифтера, едущего на базовая окружность кулачков с 0,012 дюйма свободного хода (люфта).Когда кулачок вращается и атлет ударяется о бок, удар, который он получил, немедленно вызывает шок лепесток и заметное постукивание, когда коромысло ударяется о наконечник штока клапана. В пандус позволяет лифтеру плавно подниматься по бокам лопасти. Как лифтер движется вниз по закрывающей стороне лепестка, используется другой пандус, чтобы тот же эффект на атлета перед переходом с фланга на базовый круг. Многие люди не догадываются, что это нужно гидравлическим подъемникам. такой же нежный переход.Когда гидравлический подъемник переключается с базовый круг к флангу, первоначальный толчок будет сжимать пружину в подъемник, влияющий на общий подъем клапана и продолжительность. Пандусы открывания и закрывания уменьшить эти начальные и исходящие шоки. Не все кулачки шлифуются переходные пандусы и даже меньше имеют пандусы закрытия.

Чтобы помочь двигателю эффективно для откачивания выхлопных газов используются кулачки с двойным профилем. Кулачок с двойным узором будет иметь различную подъемную силу и продолжительность между впускными и выпускными лепестками.Например, Chevrolet Small Block имеют поры для выхлопных газов, которым нужно немного помочь удалить выхлопные газы. Чуть больше продолжительности и подъема на выхлопе лепесток даст двигателю больше времени для выхода выхлопных газов.

Если вы зашли так далеко, я надеюсь вы не более запутались, чем прежде, чем вы начали. Я имею склонность болтать когда я говорю о хоттроддинге. Я пишу еще один статья, посвященная выбору кулачка. Надеюсь, это не будет так скучно, как это один был для тебя.

Майкл Дрю, (AKA md)

.

Сроки и производительность клапана

Сроки и производительность клапана

Если вы любите гонки или автолюбитель, то вы, скорее всего, не боитесь менять кулачки в вашем двигателе. Однако, Чтобы сделать вашу машину быстрее, нужно не просто заменить кулачок, а заменив его на "правый" распредвал. Это где твой понимание фаз газораспределения становится решающим при выборе правильного кулачка.К поможет вам лучше понять фазу газораспределения, эта страница расскажет о перекрытии продувки и эффект тарана.

ПРОДУВКА
На рабочем такте сгорание толкает поршень вниз в цилиндре. Во время этого хода необходимо открыть выпускной клапан перед поршнем. попадает в нижнюю часть цилиндра. Это позволит создать избыточное давление в цилиндр, чтобы «выпустить воздух» непосредственно перед тем, как поршень достигнет нижней части инсульт. Термин «продувка» используется для описания этого события.

Регулировка времени работы выпускного клапана таким образом гарантирует отсутствие давления остается в цилиндре, чтобы прижиматься к поршню на такте выпуска. В противном случае может возникнуть давление 20 фунтов на квадратный дюйм (или около того) на поршень, когда он запускает цилиндр. Это потребует некоторой мощности вашего двигателя, чтобы вытолкнуть выхлоп из цилиндра!

Двигатели с высокими оборотами должны открывать выпускной клапан раньше так давление имеет больше шансов выйти из цилиндра. Однако на более низких оборотах слишком быстрое открытие выпускного клапана означает, что вы не в полной мере использовать мощность такта.

ПЕРЕКРЫТИЕ
Во время цикла двигателя бывает период, когда и впускной, и выпускной клапаны открыты одновременно. Эти фазы газораспределения известны как «перекрытие». Думайте об этом как о наложении друг на друга циклов выпуска и впуска.

Клапаны синхронизированы так, чтобы впускной клапан слегка приоткрывался до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки (ВМТ) на такте выпуска. Точно так же выпускной клапан закрывается сразу после того, как поршень начинает опускаться. на такте впуска.

Перекрытие предназначено для выхлопных газов, которые уже стекает по выхлопной трубе, чтобы создать эффект, подобный сифону и втягивать свежую смесь в камеру сгорания. В противном случае небольшое количество сгоревшие газы останутся в камере сгорания и разбавят поступающий смесь на такте впуска. Эти фазы газораспределения являются продуктом кулачка. спецификации продолжительности и разделения.

Наука, связанная с перекрытием, довольно сложна.Давление, длина рабочего колеса, температура и многие другие аспекты влияют на то, как хорошо работает эффект перекрытия.

ЭФФЕКТ ОЗУ
Когда поршень достигает нижней части цилиндра на такте впуска, впускной клапан в этот момент не закрывается сразу. Впускной клапан остается открыт, даже если поршень запускает цилиндр на сжатие Инсульт. Выражение «эффект тарана» используется для описания этого события.

Установка впускного клапана таким образом позволяет количество свежей смеси, которое нужно забить в цилиндр.Эффект очень похоже на гидроудар в сантехнике. Что происходит, так это то, что во время приема ход свежая смесь достаточно быстро течет по впускному коллектору и в цилиндр, что он не может мгновенно остановиться, когда поршень останавливается в нижняя часть такта впуска. Как и в случае с эффектом гидроудара, входящий смесь забивается в цилиндр, даже если поршень запускается на такте сжатия.

В двигателях с высокими оборотами впускной клапан может оставаться открытым дольше, чтобы воспользоваться этим эффектом тарана.Однако на низких оборотах поршень недостаточно силен, и поршень начнет выталкивать свежую смесь из цилиндра. Из всех различные эффекты фаз газораспределения, это может иметь наибольшее влияние на ваш производительность двигателя.

Авторские права AutoWare 1998

Что такое выпускной клапан?

Выпускной клапан находится в головке блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания.После воспламенения топливно-воздушной смеси в цилиндре отработанные газы выводятся из двигателя через этот клапан. В типичном двигателе внутреннего сгорания выпускной клапан больше впускного клапана. Это связано с тем, что очистить цилиндр от выхлопных газов сложнее, чем подать топливо и воздух в камеру сгорания.

Важным достижением в увеличении мощности и расхода топлива с помощью современного двигателя является способность координировать открытие и закрытие выпускного клапана в оптимальное время.Распределительный вал находится в центре ситуации и имеет свои выступы, чтобы в полной мере использовать способность клапана очищать цилиндр. Открывая выпускной клапан в критический момент процесса сгорания, поршень может выталкивать все выхлопные газы цилиндра из камеры сгорания без ущерба для потока всасываемого заряда в цилиндр.

Несколько факторов влияют на выполнение работы выпускного клапана.Хорошо подготовленный карман для клапана в головке блока цилиндров имеет решающее значение. Наряду с выпускным клапаном, гнездо клапана или чаша клапана должны быть свободны от ограничений, чтобы отработанные газы могли выходить из камеры сгорания быстро и без ограничений. Выпускное отверстие также не должно быть засорено, и подбор прокладок - популярный метод для этого.

За счет шлифовки выпускного отверстия головки блока цилиндров и выпускного коллектора до точного размера отверстия в выпускной прокладке не происходит прерывания потока из-за контакта газов с тупым краем прокладки или выпускного коллектора.Этот плавный переход устраняет противодавление, которое может препятствовать потоку выхлопных газов из двигателя. Путем сглаживания радиуса выпускного бачка в головке блока цилиндров поток также улучшается за счет обеспечения плавного и беспрепятственного выхода из цилиндра.

При шлифовке седла клапана на выпускном клапане может быть до шести различных углов, приточенных на одной поверхности клапана в высокопроизводительном приложении.Каждый угол соответствует существующему углу, притертому к седлу клапана в головке блока цилиндров. Сцепление углов не только обеспечивает надлежащее уплотнение, когда клапан закрыт, но и обеспечивает плавный путь по краю клапана для прохождения газов. В типичном уличном транспортном средстве используется заточка с трехугольным клапаном, поскольку скорость выхлопного потока не так важна, как у гоночного двигателя.

Впускной клапан

- обзор

3.3.10.3 О потоке через впускной клапан

Знание динамики газа на впускном клапане пригодится инженеру-доработчику. Неконсервативная форма уравнения сохранения импульса для жидкости в трех измерениях (Hirsch, 1988)

(3.17) ρdu¯dt = -∇pI¯¯ + ∇¯⋅τ¯¯ + ρf¯e

где

gradp = ∇p = ∂p∂xi¯ + ∂p∂yj¯ + ∂p∂zk¯

i¯, j¯, k¯ - единичные векторы

I¯¯ - единичные тензор

τ¯¯ - тензор вязких сдвиговых напряжений

f¯e - вектор внешней силы

p ​​ - давление

ρ - плотность

u - вектор скорости

Полный инерционный член в левой части уравнения (3.17) можно переписать как сумму линейных, кинетических и вращательных сил

(3.18) ρdu¯dt = ρ [∂u¯∂t + ∇¯ (u22) - (u¯ × ξ¯)]

где ξ¯ известен как вектор завихренности.

Упрощая анализ для рассмотрения только одного измерения x и пренебрегая эффектами вязкости, внешними силами и завихренностью, уравнение (3.17) сводится к известному нелинейному невязкому уравнению Эйлера (см. Приложение 4G для вывода)

(3.19 ) ∂u∂t + ∂∂x (u22) = - 1ρ∂p∂x

Из второго закона термодинамики (например, Zemansky and Dittman (1997)):

(3.20) Tds = dh-vdp

или

(3,21) Tdsdx = dhdx-vdpdx

, где T - температура, с - удельная энтропия, ч - удельная энтальпия и υ - удельный объем . Это можно переписать как

(3.22) Tdsdx = dhdx-1ρdpdx

Подставляя уравнение (3.22) в уравнение (3.19), получаем

(3.23) ∂u∂t + ∂∂x (u22) = Tds-dh

Теперь полная (или застойная) энтальпия H дается как

(3.24) H = h + u22

и подставив дифференциал уравнения (3.24) в уравнение (3.23)

(3.25) ∂u∂t = Tds-dH

Теперь для предположения гоментропного потока уравнение (3.25) уменьшается до

(3.26) ∂u∂t + dH = 0

Теперь вдоль линии тока энтальпия торможения постоянна, поэтому

(3.27) ∂u∂t + H = H0 = constant

Скалярная потенциальная функция ϕ можно объявить так, чтобы

(3,28) u = ¯ϕ

(3,29) u = ∂ϕ∂xina1-Dmodel

, и тем самым создать так называемую модель потенциального потока, задаваемую

(3.30) ∂ϕ∂t + H = H0 = константа

Для идеального газа, где a - это скорость звука (мс -1 ), а γ - отношение удельной теплоемкости c p / c v

(3.31) h = a2γ-1

и поэтому, используя уравнение (3.24), уравнение (3.30) может быть записано для потока вдоль линии тока (или линии Фанно) как

(3.32) ∂ϕ∂t + a2γ-1 + u22 = a02γ-1

Теперь, как

(3.33) ∂ϕ∂t = ∂2u∂x∂t

, большинство рабочих опускают этот термин, поэтому 1-D, не- консервативно, в вязком безвихревом уравнении гоментропного импульса вдоль линии тока (!) становится

(3.34) a02 = a2 + γ-12u2

Бенсон (1982) классно называет это уравнением энергии (хотя, вероятно, это неправильное название).

Из вывода уравнения (3.34) может быть построена простая и очень известная модель потока впускного клапана, которая предполагает поток из большого резервуара (представляющего коллектор) в один из цилиндров через одно отверстие пренебрежимо малой длины. Впервые это было получено Цу (1947). В цилиндре приняты условия застоя (индекс 0,1 означает нулевую скорость потока в зоне 1).

Для притока в цилиндр через впускной клапан предполагается, что впускной коллектор составляет достаточно большой объем для возникновения условий постоянного давления, а условия в коллекторе обозначены индексом «2». Для оттока (обратный поток через впускной клапан) индексы меняются местами.

Из принципа непрерывности массы, предполагая квазистационарный поток, можно записать, что:

(3,35) m˙ = ρ2u2Am

, где

m˙ = массовый расход (кг · с −1 )

A м = открытое проходное сечение клапана (указано в Приложении 3A в конце этой главы после [Heywood 1988])

Следующие изэнтропические зависимости применимы для идеального газа

(3.36) ρ2 = ρ1 (p2p1) 1 / γ

(3.37) T2 = T1 (p2p1) γ-1 / γ

Теперь также для идеального газа, где R - удельная газовая постоянная

(3.38) p = ρRT

и

(3.39) a = γRT

, поэтому

(3.40) p = γPa2

Подставляя уравнение (3.40) в уравнение (3.36) и, таким образом, предполагая изэнтропическое расширение газа при его поступлении в цилиндр

(3.41) ρ2 = γp01a012 (p2p01) 1 / γ

Перепишите уравнение (3.34) с соответствующими индексами

(3.42) a012 = a22 + γ-12u22

Перекомпоновка уравнения (3.42)

(3.43) u22 = (a012-a22) 2γ-1

Подстановка уравнения (3.39) в уравнение (3.37) дает с соответствующими индексы,

(3,44) T2 = a012γR (p2p01) γ-1 / γ

Использование уравнения (3.39) еще раз для замены T 2 дает

(3,45) a22 = a012 (p2p01) γ- 1 / γ

Подставляя уравнение (3.45) в уравнение (3.43)

(3.46) u22 = (a012-a012 (p2p01) γ-1 / γ) 2γ-1u22 = 2a012γ-1 (1- (p2p01) γ- 1 / γ)

Теперь подставляя оба уравнения (3.46) и уравнение (3.41) в (3.35) дает

(3.47) m˙ = γp01a012 (p2p01) 1 / γ [2a012γ-1] 1/2 [1- (p2p01) γ-1 / γ] 1 / 2Amm ˙ = p01Ama01 [(2γ2γ-1) (p2p01) 2 / γ [1- (p2p01) γ-1 / γ]] 1/2

Уравнение (3.47) представляет массовый расход как функцию площади открытого клапана и степенью давления на клапане для дозвукового потока через отверстие (клапан). Однако уравнение (3.47) будет иметь тенденцию предсказывать гораздо более высокие скорости потока, чем те, которые встречаются в реальных двигателях, из-за большого количества упрощающих предположений, которые использовались при его выводе.Один из способов исправить этот эффект - ввести коэффициент расхода c d , где

(3,48) cd = AeAr

и A e - эффективная площадь, а A r - некоторое подходящее справочная область. Эффективная площадь (Annand and Roe, 1974) - это выходная площадь воображаемого сопла без трения, которое пропускало бы требуемый поток при отборе из большого резервуара постоянного давления и выпуске в другой резервуар. Контрольной площадью может быть площадь поперечного сечения любой подходящей части реального пути потока, например, площадь завесы под открытым клапаном.

Измеренные коэффициенты расхода можно использовать для расчета эффективной площади для заданной эталонной площади, и, следовательно, уравнение (3.47) принимает вид

(3,49) m˙ = p01Aea01 [(2γ2γ-1) (p2p01) 2 / γ [1- (p2p01) γ-1 / γ]] 1/2

Наиболее известные коэффициенты расхода для притока через впускной клапан приведены в Annand and Roe (1974) для эталонной площади, равной площади завесы под открытым клапаном.

(3,50) Ar = πDLv

, где D - диаметр головки клапана, а L v - высота подъема клапана.Эти коэффициенты расхода представлены на Рисунке 3.7

Рисунок 3.7. Коэффициенты расхода по отношению к контрольной площади, определяемые уравнением (3.50) для случая притока через впускной клапан (Annand and Roe, 1974).

При малых подъемах клапана поток, проходящий через клапан, остается прикрепленным как к головке клапана, так и к седлу клапана. При подъеме промежуточного клапана поток разделяется с одной стороны, но не с другой, вызывая внезапное падение коэффициента расхода, которое впоследствии восстанавливается при дальнейшем подъеме клапана.При больших подъемах клапана поток отрывается с обеих сторон и образуется так называемая свободная струя.

Коэффициенты расхода для выхода через впускной клапан (обратный поток) обычно выше (примерно 0,7 до л v / D = 0,2, затем падают до 0,5 при л v / D = 0,4).

Коэффициенты потерь потока (а не коэффициенты расхода) обычно используются при коммерческом моделировании двигателей (AVL, 2000). Они определяются как отношение между фактическим массовым расходом и изоэнтропическим массовым расходом без потерь для одного и того же давления торможения и того же отношения давлений (AVL, 2000).Разница между коэффициентом расхода и коэффициентом потерь потока важна. Коэффициент расхода применяется к потоку между стоячими резервуарами, проходящему через сопло без трения. Коэффициент потерь потока применяется к постоянному или пульсирующему потоку через головку блока цилиндров.

Коэффициенты потерь потока (например, показанные на рисунках 3.8 и 3.9) часто измеряются с использованием установившегося потока на стенде (Blair and Drouin, 1996). Иногда они измеряются с использованием импульсного потока (например, Фукутани и Ватанабе (1982)), чтобы повысить реалистичность модели, представленной уравнением (3.49).

Рисунок 3.8. Коэффициент потерь потока во впускном отверстии (AVL, 2000).

Рисунок 3.9. Коэффициент потерь потока через выпускной порт (AVL, 2000).

Пример впускного отверстия показан на рисунке 3.8, а пример выпускного отверстия - на рисунке 3.9.

Для коэффициентов потерь потока, показанных на рисунках 3.8 и 3.9

(3.51) Ae = коэффициент × dvi2 × π4

, где d vi - внутренний диаметр седла клапана (справочный диаметр соответствует D на рисунках 3.8 и 3.9).

Уравнение (3.49) сводится к

(3.52) m˙ = Aeγp01a01 (2γ + 1) γ + 1/2 (γ-1)

для звукового потока через отверстие (клапан), который также известен как поток с дросселем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *