...

Клапаны двигателя

Очень важным элементом работы современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) является механизм клапанов, который входит в состав газораспределительного механизма (ГРМ). Его основная функция заключается в обмене газами между цилиндрами двигателя и системами, а также в подготовке рабочей смеси. В данной статье мы рассмотрим, как устроена система клапанов на современных моторах, какую роль они выполняют, и расскажем о особенностях, типах и выходе из строя данного механизма.

Клапан двигателя — это

Устройство, которое регулирует, направляет и контролирует поток топлива и воздуха в двигателе.

Задача клапанов двигателя в том, чтобы управлять подачей и выбросом рабочего тела (смеси, которая расширяется при нагреве — бензин и воздух) в двигатель. Клапаны выполняют функции вовремя впуска смеси в цилиндры и вывода отработанных газов из камеры сгорания.

Существует несколько типов клапанов, но самым распространенным является тарельчатый. Главные компоненты такого клапана — стержень и головка (нижняя тарелка). Гладкий переход от головки к стержню обеспечивает более эффективное очищение камеры сгорания.

Клапаны двигателя

Клапанный механизм ДВС

Одним из главных элементов газораспределительной системы (ГРМ) является клапанный механизм. Он выполняет следующие функции:

  • Обеспечение своевременного впуска рабочей смеси, состоящей из воздуха и горючего топлива, в камеру сгорания для ее дальнейшего использования в цикле.
  • Удаление отработавших, то есть выхлопных, газов для их последующего отведения.

Особую важность в этой конструкции играют тарельчатые клапаны, так как они отвечают за герметичность камеры сгорания. Нарушения их работы являются серьезными неисправностями, из-за которых автомобиль нельзя использовать.

Назначение и особенности устройства

Виды

Существуют различные виды клапанов по их предназначению:

  • Входные клапаны, которые используются для введения рабочей смеси в камеру сгорания.
  • Выходные клапаны, через которые выводятся отработанные газы.

Основная функция клапана заключается в обеспечении герметичности, так что они выдерживают высокие нагрузки.

Выпускные клапаны особенно прочны, потому что при выходе горячих выхлопных газов через выпускной коллектор они подвергаются сильному избыточному давлению при высокой температуре (которая может достигать 700 градусов в дизельных двигателях и 900 градусов в бензиновых).

Головка блока цилиндров с 2 или 3 клапанами на 1 цилиндр.

Выпускные клапаны имеют особые требования к их прочности. Головка изготавливается из металла, способного выдерживать высокие температуры, а стержень — из высокоуглеродистой стали. Кроме того, места прямого контакта с цилиндром дополнительно покрываются жаростойким сплавом толщиной до 2,5 миллиметра, чтобы предотвратить коррозию от постоянного контакта с пламенем.

Впускные клапаны не подвергаются таким большим термическим нагрузкам, так как топливо, поступающее в цилиндры, удаляет часть тепла. Поэтому для изготовления таких устройств допускается использование сталей с низким содержанием углерода, например, хромовые или никелевые.

Форма и фаска

Обычно клапаны имеют плоскую форму головки, но она не является самой эффективной с точки зрения динамики. Её главное преимущество заключается в том, что она дешева в производстве и проста в выпуске. Однако на моторах, которые специально настроены для извлечения максимальной мощности (например, гоночные или форсированные моторы), выпускные клапаны обычно имеют выпуклую форму.

Головка клапана соединяется с головкой цилиндра с помощью фаски — специальной полоски ГБЦ толщиной не менее 0,8 мм. Если фаска изготовлена на заводе, то её не нужно подгонять. Однако при гаражном ремонте клапаны должны быть отшлифованы. Важно, чтобы не было никаких зазоров по всему диаметру клапанной фаски. Если фаска не качественно выполнена, то это фактически означает нарушение герметичности в рабочем цикле, что приводит к потере мощности, задымлению и другим неприятным последствиям для двигателя и автомобиля.

Клапаны двигателя

Конструкция клапанного механизма ДВС

Клапан входит в состав клапанной группы и является одной из ключевых деталей. Для нормальной работы двигателя необходимо иметь как минимум два клапана – впускной и выпускной. Однако можно также увидеть больше клапанов на большинстве двигателей внутреннего сгорания.

Клапанный узел состоит из нескольких основных элементов:

  • Впускные и выпускные клапаны. Впускной клапан имеет больший диаметр по сравнению с выпускным, чтобы обеспечить эффективный впуск смеси в рабочее пространство двигателя.
  • Втулки. Они представляют собой цилиндрические детали, в которых перемещаются клапаны. Главная функция втулок — обеспечить плавное и ровное вертикальное перемещение клапанов.
  • Пружины. Они отвечают за возвращение клапана в исходное положение после закрытия.
  • Седла. Седла представляют собой соединение между нижней тарелкой и головкой блока цилиндров, их функция не связана непосредственно с клапанным механизмом.
  • Крепежные элементы стержня клапана, такие как сухари.
  • Узлы, передающие движение от кулаков распределительного вала до толкателей. Они приводят клапан в движение, а затем пружина возвращает его в исходное положение.
  • Кольца для отражения масла, которые предотвращают попадание масла в цилиндры.
  • Тарелки, находящиеся сверху и выполняющие защитную функцию.

Передача энергии на клапан осуществляется с помощью кулачков, приводимых в движение вращающимся распределительным валом двигателя.

Пружины

Пружина является важной частью клапанного механизма, которая работает при больших нагрузках. Ее основная задача — обеспечить надежное прилегание клапана к фаске головки блока цилиндров. В связи с этим, пружины часто подвергаются поломкам, так как ее витки могут войти в резонанс. Чтобы предотвратить возникновение этого явления, производители применяют несколько трюков:

  • Они вставляют внутрь пружины дополнительную пружину обратного витка.
  • Витки пружины делают неравномерными по ширине.
  • Производители также могут сделать пружину конической формы.

Пружина обычно изготавливается из закаленной стали и используется крепкая проволока. Чтобы избежать коррозии, внешняя поверхность пружины обрабатывается кадмием или оксидом цинка. Концы пружины обычно шлифуются до плоскости с тарелками, что упрощает их крепление.

Направляющие втулки

В том, чтобы клапан скользил вертикально, помогают втулки. При возвратном движении клапана возникает трение между стержнем и втулкой, которое может быть «всухую», если не достаточно смазать. Втулки, так же как и другие части механизма, подвергаются воздействию высоких температур, поэтому для их производства используются материалы, устойчивые к жаре. Обычно это керамика, алюминиевая бронза и чугун.

Втулки для впускных клапанов делаются зауженными внизу, чтобы не зашкаливать клапаны. Зазоры между стержнем и стенками втулок делаются меньше, чем у выпускных клапанов.

Седла клапанов

Для того чтобы клапаны надежно закрывали рабочую полость двигателя, во многом зависит от качества изготовления седла. Данное седло устанавливается непосредственно на головке блока цилиндра с помощью методов развальцовки и запрессовки. На алюминиевых головках оно обычно имеет вставное седло, а на чугунных головках седло является литым и встроенным.

Гидрокомпенасаторы

Далее мы более подробно рассмотрим детали, которые помогают устранить тепловой зазор. Стоит отметить, что эти элементы устанавливаются не во все моторы. Клапанный механизм функционирует нормально и без гидрокомпенсаторов, которые являются его частью. Однако, вместе с ними работа этой системы становится еще более эффективной.

  • Работа мотора становится более тихой.
  • Исключается необходимость в сложной регулировке.
  • Клапанный механизм становится более надежным и долговечным.

Тем не менее, присутствие гидрокомпенсаторов имеет и свои недостатки: увеличивается вероятность поломки из-за более сложной конструкции и требуется более тщательное обеспечение смазкой.

Количество клапанов на цилиндр

Вопрос о количестве клапанов в двигателе внутреннего сгорания не имеет однозначного ответа — это зависит от конкретной модели.

В четырехтактных двигателях на каждый цилиндр должно быть как минимум два клапана — впускной и выпускной. Однако на практике существуют и другие варианты.

Увеличение количества клапанов позволяет повысить мощность, коэффициент полезного действия (КПД) и экологические характеристики двигателя, однако это усложняет конструкцию и увеличивает вероятность поломки.

Клапаны двигателя

Работа клапанного механизма

Работа клапанного механизма осуществляется благодаря взаимодействию привода ГРМ и распредвала. Конструкция этого механизма может быть разной, но его основная функция остается неизменной – при вращении распредвала происходит чередующееся открытие впускных и выпускных клапанов двигателя, что позволяет впускать смесь воздуха и топлива в камеру сгорания или выводить отработанные газы из нее.

У многих двигателей имеется один или два распредвала. Например, на V-образных моторах установлены сразу четыре вала – по два в каждой головке. Распредвал соединен с коленчатым валом двигателя с использованием зубчатого, цепного или иного типа передачи. Скорость вращения распредвала всегда составляет половину от скорости вращения коленчатого вала – так обеспечивается необходимая координация работы переднего трехтактного двигателя.

Почему клапаны стучат

Главный признак поломки клапанного механизма — это появление характерного звука (треска) от двигателя. Он часто возникает, когда двигатель «холодный» и исчезает, когда он нагревается до нормальной рабочей температуры.

В таком случае возможной причиной является вязкость масла, которое по причине своей консистенции не достаточно проникает в гидрокомпенсаторы — клапан «пробивает» пружину при возврате. При нагреве тепловой зазор (то есть зазор между распределительным валом и толкателем) уменьшается, и звук исчезает.

Звук может появляться в клапанах даже на «горячем» двигателе. Причинами могут быть недостаточное давление в масляной системе, а также износ основных узлов — пружины, втулки, компенсаторы.

Клапаны двигателя

Регулировка теплового зазора

Под тепловым зазором понимается расстояние между толкателем и распредвалом, которое необходимо для компенсации расширения клапана при нагреве. Регулировка этого зазора может отличаться в зависимости от модели двигателя. Например, на двигателях с коромыслом используется специальный регулировочный механизм для взаимодействия с толкателем.
На наиболее распространенных двигателях с кулачковой системой процедура замены «стакана» выглядит следующим образом:

  1. Снимите крышку клапанной группы.
  2. Поверните коленвал таким образом, чтобы поршень 1-го цилиндра оказался в верхнем положении.
  3. Затем, с помощью специального щупа, измерьте зазор между кулачком и толкателем (в закрытых в данный момент клапанах). Щуп должен плотно лежать в зазоре, но легко выниматься.
  4. Совершите поворот коленвала на 360 градусов и повторите процедуру с остальными клапанами.
  5. Замените те стаканы, в которых зазор оказался слишком большим или малым, на новые.

Необходимо помнить, что тепловой зазор и в целом состояние клапанов проверяется только на холодном двигателе.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх