Работа клапанов двигателя: Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение

Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение

Клапанный механизм – это основной исполнительный компонент ГРМ (газораспределительный механизм) современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Именно этот узел отвечает за безупречно точную работу мотора и обеспечивает в процессе работы:

• своевременную подачу подготовленной топливовоздушной смеси в камеры сгорания цилиндров;
• последующий отвод выхлопных газов.

Клапаны – ключевые детали механизма, которые должны гарантировать полную герметизацию камеры сгорания при воспламенении в ней топлива. Во время работы мотора они испытывают постоянно высокую нагрузку. Вот почему к процессу их изготовления, а также особенностям конструкции, регулировкам и непосредственно самой работе клапанов ДВС предъявляются жесткие требования.

Общее устройство

Для нормальной работы двигателя в конструкции газораспределительного механизма предусмотрена установка двух типов клапанов: впускных и выпускных. Первые отвечают за пропуск в камеру сгорания топливовоздушной смеси, вторые – за отвод отработанных газов.

Клапанная группа (одновременно является оконечным элементом системы ГРМ) включает в себя основные детали:

• стальная пружина;
• устройство (механизм) для крепления возвратного механизма;
• втулка, направляющая движение;
• посадочное седло.

Эксперты MotorPage.Ru обращают внимание автовладельцев на тот факт, что именно сопряжение «седло-клапан» при работе мотора подвергается самой высокой степени воздействия экстремальных температур и разнонаправленным (вверх, вниз, в стороны) механическим нагрузкам.

Кроме того, из-за скоростной работы образуется недостаточное количество смазки. В результате – интенсивный износ и необходимость проведения ремонта двигателя, замены и установки новых деталей ГРМ с последующей регулировкой зазоров.

К каждой паре и группе клапанов предъявляются следующие требования:

• минимально возможный вес;
• антикоррозийная устойчивость;
• безупречная теплоотдача клапана;
• устойчивость к высоким температурам;
• герметичность работы при контакте с седлом;
• повышенная механическая прочность и жесткость одновременно;
• отличный показатель стойкости к механическим и ударным нагрузкам;
• максимальный уровень обтекаемости при поступлении рабочей смеси в камеру сгорания и выпуске отработанных газов.

Конструктивные особенности

Главное предназначение клапана – своевременное открывание и закрывание технологических отверстий в блоке цилиндров для выпуска отработанных газов и впуска очередной порции топливовоздушной смеси.

В процессе работы двигателя основание выпускного клапана нагревается до высоких температур. У бензиновых моторов этот параметр достигает 800 — 900°С, у дизельных силовых агрегатов – 500 — 700°С. Впускные работают при температуре порядка 300°С.

Чтобы обеспечить необходимый уровень устойчивости к таким нагрузкам, для изготовления выпускных клапанов используют специальные жаропрочные сплавы и материалы, содержащие большое количество легирующих присадок.

Конструктивно деталь состоит из двух частей:

• головка, изготавливаемая из материала, устойчивого к экстремальным нагревам;
• стержень из высококачественной легированной углеродистой стали.

Для защиты от коррозии поверхность выпускных клапанов в местах контакта с цилиндром покрывается специальным сплавом толщиной 1,5 – 2,5 мм.

К впускным клапанам требования не столь жесткие, поскольку в процессе работы двигателя они охлаждаются свежей топливовоздушной смесью. Для изготовления стержней используются низколегированные марки сплавов с повышенными параметрами прочности, а тарелки делают из жаропрочных сталей.

Требования к изготовлению пружин и втулок

Пружины. В системе ГРМ эта деталь работает в условиях экстремально высоких температурных и механических нагрузок. Задача – обеспечить плотный и надежный контакт между клапаном и седлом в момент их стыковки.

Нередко в процессе работы пружины ломаются, испытывая повышенные нагрузки, зачастую это происходит по причине вхождения ее в резонанс. Как отмечают эксперты Моторпейдж, риск подобных неисправностей гораздо ниже при использовании пружин с переменным шагом витков. Также достаточно эффективны конические или двойные (усиленные) модели.

Пружины для клапанов изготавливают из специальной легированной стальной проволоки. Ее закаляют и подвергают отпуску (технологические операции, используемые в металлургическом производстве). Защиту от коррозии обеспечивает дополнительная обработка оксидом цинка или кадмия.

Втулки. Обеспечивают отвод излишков тепловой энергии от стержня клапана, а также его перемещение в заданной (возвратно-поступательной) плоскости. Эти направляющие элементы системы постоянно омываются раскаленными парами и отработанными выхлопными газами. Функционируют также в условиях экстремальных температур.

Потому к материалу изготовления втулок тоже предъявляются высокие требования – хорошая износоустойчивость, стойкость к максимально допустимым температурам и трению. Данным запросам соответствуют некоторые виды чугуна, алюминиевая бронза, высокопрочная керамика. Именно эти материалы и используются для производства втулок.

Клапан двигателя. Назначение, устройство, конструкция

Это деталь двигателя и одновременно крайнее звено газораспределительного механизма. Клапанная группа включает в себя: пружину, направляющую втулку, седло, механизм крепления пружины. Все эти детали работают в тяжёлых механических и тепловых условиях, испытывая колоссальные нагрузки.

Сопряжение седло-клапан, подвергается наибольшему воздействию высоких температур и ударных нагрузок. Кроме того, детали постоянно испытывают недостаток в смазке по причине высоких скоростей работы. Это вызывает их интенсивный износ.

Требования, предъявляемые к группе:

• Герметичность работы клапана в сопряжении с седлом;
• Высокий коэффициент обтекаемости, при входе и выходе рабочей смеси из камеры сгорания;
• Небольшой вес деталей группы;
• Детали должны быть высокопрочными и одновременно жёсткими;
• Стойкость к высоким температурам;
• Эффективная теплоотдача клапанов;
• Высокое сопротивление механическим и ударным нагрузкам;
• Противодействие коррозии.

Назначение и особенности устройства

Назначение клапана, открывать и закрывать отверстия в головке блока цилиндров для выпуска отработанных газов либо впуска новой рабочей смеси. К основным элементам детали относятся головка и стержень. Переход от стержня к головке служит для плавного отвода газов, чем он плавней, тем лучше будет наполнение, либо очистка камеры сгорания.

Отработанные газы, выходя из камеры сгорания, создают сильное избыточное давление, а чем меньше площадь тарелки клапана, тем меньшие нагрузки он испытывает, вот почему выпускной клапан двигателя делается меньшего диаметра, а требования к нему выше. Так, при работе, головка выпускного клапана нагревается до 800-900.°С на бензиновых двигателях и до 500-700°С на дизельных моторах, впускной, нагревается до 300°С.

Именно по этим причинам при изготовлении выпускных клапанов нужны сплавы и материалы, обладающие повышенной жаропрочностью и содержащие большое количество легирующих присадок. Клапана делают из 2-х частей: головку из жаростойкого материала, стержень из углеродистой стали. Для изготовления клапана ДВС эти заготовки сваривают и шлифуют.

Выпускные клапана, в месте контакта с цилиндром, покрывают твёрдым сплавом.

Толщина сплава порядка 1,5-2,5 мм. Такое покрытие позволяет избежать коррозии.

По причине меньших нагрузок при изготовлении впускных клапанов используют хромистые или хромоникелевые стали со средним содержанием углерода. При вводе рабочей жидкости в камеру сгорания, топливо отводит часть температуры от клапана и его составляющих, из-за чего температурные перепады у него ниже.

На эффективность работы клапана большое влияние оказывает его форма. Чем более она обтекаемая, тем выше скорость входящего или выходящего заряда смеси. Чаще всего головку клапана делают плоской, для облегчения изготовления детали, удешевления её производства и сохранения жёсткости.

Однако, в двигателях, испытывающих повышенные нагрузки, например, форсированных, в связи со спецификой самого двигателя применяют впускные клапана с вогнутыми головками. Такое устройство уменьшает массу детали и инерционную силу, возникающую при работе.

Стыковка клапана с седлом осуществляется по тонкому ободку на поверхности головки цилиндров — фаске. Стандартный угол наклона фаски впускных клапанов составляет 45°, у выпускных 45° или 30°. При изготовлении головок цилиндра фаски шлифуют, а затем, при установке клапана, каждый притирают к седлу. Ширина ободка должна быть не менее 0,8мм.

Ободок не должен прерываться по всему периметру окружности тарелки клапана. Сочленение между клапаном и седлом нужно уплотнить наверняка, вот зачем угол фаски клапана, по наружной стороне фаски, делают меньше угла седла на 0,5-1°.

В некоторых двигателях, для большей сохранности изделия, применяют устройство принудительного вращения клапана. В процессе работы на фасках откладывается нагар, нарушается уплотнение, появляются механические повреждения, это резко снижает эффективность работы мотора. Проворачиваясь, клапан ДВС распределяет нагрузку равномерно по всей поверхности фаски и принудительно очищает ее.

После фаски головки, у клапана имеется специальный поясок, в виде цилиндра. Эта конструктивная особенность позволяет уберечь его от перегрева и обгорания, а так же делает головку более жёсткой.

Кроме того, при притирке, диаметр клапана остаётся прежним.

Пружинное стопорное кольцо предотвращает падение клапана в камеру сгорания двигателя, в случае, если элементы крепления хвостовика поломаются.

При соприкосновении с кулачком распределительного вала, или коромыслом, торцы клапана подвергаются большим нагрузкам. Поэтому для предания им жёсткости и износостойкости, их закаливают, или надевают на них специальные колпачки из высокопрочных сплавов.

Впускные клапана снабжают специальными резиновыми маслосъёмными колпачками, для предотвращения попадания через зазор масла в камеру сгорания в период такта впуска.

Выпускные клапана, работая в экстремальных температурных режимах, могут заклинить в отверстии направляющей втулки. Что бы этого не произошло, их стержни делают меньшего диаметра вблизи головки, по сравнению с поверхностью на остальной длине.

Сухарики, удерживающие клапанные пружины, держатся за сам клапан при помощи крепления, обеспеченного выточками.

Диаметр стержня выпускных клапанов больше диаметра стержня впускных, головка клапана — меньше. Такой конструктивный приём позволяет отвести от клапана больше тепла и понизить его температуру. Однако этот приём увеличивает сопротивление потока газов, делая очистку камеры сгорания менее эффективной. При расчётах, этот параметр сложно узнать, поэтому им пренебрегают, считая давление при выпуске большим, чем давление при впуске, что компенсирует недостаток с лихвой.

Для увеличения эффекта охлаждения выпускного клапана внутри его делают пустотелым. Пустое пространство заполняют металлом с низкой температурой плавления, обычно жидким натрием. Нагреваясь от головки клапана, пары жидкого натрия поднимаются в верхнюю, боле холодную часть, забирая большую часть тепла с собой. Там они соприкасаются с менее нагретой частью стержня и отдают тепло ей.

Пружины клапана

Пружина работает в условиях больших нагрузок. Основная её задача заключается в создании надёжной и плотной стыковки клапана и седла. Испытывая нагрузки, пружина может сломаться, зачастую это происходит по причине вхождения её в резонанс. С целью предотвращения этого явления, витки пружины делают с переменным шагом.

Так же можно изготовить коническую или двойную пружину. Двойные пружины обладают дополнительным плюсом, так как наличие двух деталей повышает надёжность механизма и уменьшает общий размер пружин.

Дабы исключить возможность резонанса в двойной пружине, направление витков внутренней и внешней пружин делают разными. Так же это позволяет удержать обломки детали, в случае поломки пружины, осколки задержатся между витками.

Пружины для клапанов изготавливают из проволоки, материал которой — сталь. После придания формы, изделие закаляют и подвергают отпуску. Для повышения прочности, обдувают воздухом с добавлением абразивного материала.

Что бы избежать коррозии, пружины обрабатывают оксидом цинка или кадмия. Концы пружин шлифуют и придают им плоскую форму. Это делается для более эффективной фиксации торцов пружин со специальными неподвижными тарелками в блоке цилиндров.

Тарелки изготавливают из стали с низким содержанием углерода, верхнюю тарелку фиксируют на клапане при помощи сухарика.

Втулки клапанов и их направляющие

Отвод тепла от стержня клапана и его перемещение в возвратно поступательной плоскости обеспечивают направляющие втулки. В процессе работы сами втулки подвергаются воздействию высоких температур, омываясь горячими отработанными газами. При возвратно поступательном движении клапана между ним и поверхностью втулки возникает трение. Если смазки поступает не достаточно, то трение идёт практически на сухую.

Именно по этой причине к материалу втулок применяют ряд требований, таких, как: стойкость к износу, высоким температурам, трению. Некоторые составы чугуна, алюминиевая бронза, керамика обладают всеми свойствами, необходимыми для создания детали, удовлетворяющей таким требованиям.

Для впускных клапанов, в связи с разницей в температуре нагрева, зазоры между направляющей втулкой и стержнем делаются меньше. Нижнюю часть втулки делают под конус для предотвращения заклинивания клапана.

Выточки под клапана (седла)

Долговечность и правильная работа двигателя внутреннего сгорания напрямую зависят от качества изготовления выточки под клапана. При неправильной стыковке клапана и седла не будет обеспечиваться должная герметичность камеры сгорания, и скорый выход мотора из строя неизбежен. Седла изготавливают непосредственно в головке цилиндра, в данном случае речь идёт о чугунных головках. Либо делают их вставными, из стали, например, в алюминиевых головках.

Вставные седла удерживаются в головке путём запрессовки, или развальцовки.

Количество клапанов в двигателе

Когда речь заходит о клапанах, многие задаются вопросом: «сколько клапанов в двигателе должно быть?» Однозначного ответа нет, определить чёткое количество можно только изучив конструктивные особенности мотора. Учитывая, что в четырёхтактной силовой установке клапан осуществляет такты впуска и выпуска, значит минимальное количество на один цилиндр — два, один впускной и один выпускной.

Современные силовые установки наиболее часто используют конструкцию с четырьмя клапанами (двух впускных и двух выпускных) на каждый цилиндр. При открытии клапана в образовавшееся отверстие происходит заброс топливной смеси, или выход отработанных газов. Чем больше отверстие, тем эффективней будет наполнение или очистка. Соответственно коэффициент полезного действия мотора так же увеличится.

Увеличить отверстие за счёт увеличения тарелки клапана нельзя, поскольку её размер ограничен размером камеры сгорания. Поэтому для улучшения качества смесеобразования устанавливают большее количество клапанов на один цилиндр.

Встречаются схемы, в которых применяются два, три, и даже пять клапанов на цилиндр. Учитывая, что процесс наполнения более важен для работы двигателя, количество впускных клапанов в нечётных схемах всегда больше.

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания

 

 

Для того, чтобы понять принцип работы ГРМ, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении. Давайте разберемся со всем более подробно:

 

 

 

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.

Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.

Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.

Технические характеристики двигателя.Характеристики двигателя При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.

Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания

Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).

Первый такт — такт впуска

 

Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.

Второй такт — такт сжатия

 

Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.

Третий такт — рабочий ход

 

Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.

Четвертый такт — такт выпуска

 

Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.

После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.
 

Газораспределительный механизм

 

Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.

Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.

Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.

Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.
Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.

Принцип работы ГРМ

Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.
При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.
 

Кривошипно-шатунный механизм

Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и, наоборот.

Устройство КШМ

Поршень

Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.

Шатун

Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяя, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.

Коленчатый вал

Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в восприятии усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.

Маховик

Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.

Блок и головка цилиндров

Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.

В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.

Принцип работы системы газораспределения двигателя внутреннего сгорания (ГРМ)

Система ГРМ служит для обеспечения своевременного открытия или закрытия клапанов головки блока цилиндров.

При открытии впускного клапана в камеру сгорания двигателя поступает топливно-воздушная смесь, которая воспламеняется при сжатии поршня. При открытии выпускного клапана из камеры сгорания выходят отработанные газы.

 

Вовремя открывать необходимые клапана и предназначен весь газораспределительный механизм. В механизм ГРМ можно отнести: распредвал, клапана (впускные, выпускные), приводной ремень или цепь, натяжители, направляюшие, успокоители, шестерни и т.д.

Распределительный вал (он же распредвал) представляет собой металлический вал с кулачками разной формы, который при вращение нажимает кулачками на клапана,  тем самым открывая или закрывая их.

Распредвал приводится в действие от вращения коленчатого вала (коленвала) посредством привода. Распределительный вал вращается со скоростью в два раза меньшей, чем коленчатый вал.

 В современных двигателях используются ременные или цепные приводные механизмы. Все они обеспечивают передачу крутящего момента от коленвала к распределительному валу. Каждый из перечисленных приводов ГРМ имеют свои положительные и отрицательные качества.

Ременный привод менее долговечный, но более дешев в обслуживании и установки. В среднем срок службы оригинального ремня или качественного не оригинального ремня около 80 000 км. пробега. И как правило не возникает особых трудностей заменить “уставший” ремень на новый.

Цепной привод ГРМ гораздо долговечнее, в среднем срок службы цепи около 200 000 км. (у разных производителей данные рознятся, некоторые говорят от 300 тыс.км, а некоторые рекомендует менять уже на пробеге в 150 тыс.км). Не редки случаи, когда цепные системы газораспределения “переживают” другие детали двигателя, такие как поршня, вкладыши, гильзы. И при разборе “стукнувшего” мотора можно увидеть цепи и шестерни в отличном состоянии и при пробеге за 250 тыс. км. Но в связи с более высоким весом цепи по сравнению с ремнем, требуются дополнительные устройства натяжения (успокоительные, натяжители, балансиры, башмаки, направляющие и т.д.) и смазки. Как следствие замена цепи представляет собой достаточно дорогостоящее занятие

Как определить, что пора поменять привод ГРМ?

У ремня все просто! Желательно осматривать (при возможности) ремень  на наличие трещин в процессе эксплуатации и менять его согласно нормативным срокам замены! При замене ремня ГРМ желательно сразу поменять ролики и водяную помпу на новые.

В интернет-магазине запчастей на иномарки Arparts.ru вы найдете широкий ассортимент комплектов для замены ремней ГРМ с роликами и помпами!

С цепью все немного сложнее

Ремкомплекты цепей ГРМ представленные в интернет-магазине автозапчастей ARparts.ru

Принцип работы 16 клапанного двигателя

На чтение 6 мин. Просмотров 11.1k.

Сегодня будет рассказано о том, что такое 16 клапанный двигатель, каков принцип его работы, а так же затронем тему преимуществ этого агрегата над 8 клапанным.

16 клапанный двигатель

В настоящее время именно 16 клапанный двигатель взят за основу работы многих
автомобилей. Это и не странно, ведь он отличается высокой степенью экономичности и
надежности. Для 8 клапанного двигателя такие характеристики в плене эксплуатации
попросту недостижимы. Что касается воздействия на окружающую среду, то эти
экземпляры в процессе своей работы оказывают на нее минимальное отрицательное
влияние. Это очень важно в эпоху, когда растительность и свежий воздух становятся чем-
то экстравагантным. Не стоит забывать и об экономичности 16 клапанного двигателя. Он
потребляет на несколько процентов меньше горючего, чем его 8 клапанный собрат.
Именно о поколении шестнадцатиклапанных агрегатов сегодня и пойдет речь. Не забудем
мы и о принципе работы этого устройства.

16 клапанный двигатель

Устройство и работа

Начать разговор, разумеется, нужно с устройства 16 клапанного двигателя. На каждый
цилиндр в моторе в данном случае будет приходиться по 2 клапана. Это не единственное
отличие данного агрегата от своего младшего собрата. Здесь монтируется целых 2
распределительных вала. Для 16 клапанного двигателя это норма. Один из распредвалов
отвечает за управление удалением отработанных газов, то есть, по сути, осуществляет
процесс выпуска. Второй при этом полностью берет на себя открытие впускных клапанов,
которые поставляют свежую порцию горючего в цилиндры. Для этого двигателя
характерно, что с одной стороны происходит поступление бензина или дизеля к рабочему
органу, а с другой — удаляются все отработанные вещества. По сути, смешивания не
происходит. Благодаря этому и происходит экономия. Только для 16 клапанного
двигателя это характерно.

Распределительный вал

Так как строение цилиндров несколько изменено, это не могло сказаться на камере
сгорания. Она имеет некоторые отличительные особенности в своей структуре. Благодаря
новому построению в цилиндрах в значительной степени снижен риск детонации.
Опасность этого страшного явления практически сведена к минимуму. Это так же не
могло ни сказаться на популярности двигателя данного типа. Даже если человек заливает
в бензобак горючее низкого качества, на работу двигателя это не оказывает практически
никакого влияния. Разумеется, машина будет работать не так качественно, как на хорошем
горючем, но при этом никакой детонации не произойдет. Очень важный аспект, благодаря
которому каждый водитель, который страдает невнимательностью при выборе бензина,
может быть спокоен за свое существование и работу своего двигателя.
Что касается системы охлаждения, то в таких моторах она работает достаточно стабильно.
Это сказывается на их продолжительности жизни, которая значительно продлевается.

Преимущества

Здесь их вытекает огромное количество. Принцип работы шестнадцатиклапанного
двигателя говорит нам о том, что цилиндры в гораздо большей степени наполняются
смесью горючего, а это напрямую влияет на выходную мощность агрегата. она возрастает.
Причем, коэффициент полезного действия остается на высоте.
Это не единственное преимущества данной модели двигателя. Как уже отмечалось ранее,
построение камеры сгорания дает возможность защитить себя от случайной детонации,
даже если в бак льется не совсем качественное топливо. Современная действительность
такова, что на многих АЗС именно таковое и распространяется.
Система охлаждения таких агрегатов построена уникальным образом, что позволяет
долгие годы эксплуатировать 16 клапанный двигатель без особых проблем.
Компоновка устройств в камере сгорания позволяет разнести между собой такты впуска и
выпуска. Это очень сильно сказывается на КПД механизма.
Еще одной отличительной чертой данной модели является улучшение тяги на больших
оборотах. Принцип работы 8 клапанного агрегата не позволяет этого сделать.

Модернизация

Разумеется, многие люди, которые имеют в своем арсенале только 8 клапанный двигатель,
рано или поздно начинают задумываться о том, чтобы увеличить его мощность и
повысить КПД. Это можно сделать путем модернизации. По сути, она сводится к тому,
что одна головка меняется на другую. Только на новой будет присутствовать 16 клапанов.
Первая проблема, с которой придется столкнуться автолюбителю — это несоответствие
диаметров и длины болтов, которые крепят головку на ее законном месте. Здесь придется
проявить смекалку и хитрость. Так как для крепления 16 клапанной головки двигателя
используются болты с меньшим диаметром, новы модифицированные крепежи будут
иметь большее значение этого параметра, то для них придется заранее подготовить
головку, то есть попросту рассверлить уже готовые отверстия. Их длина при этом будет
оставаться неизменной. Прокладку блока цилиндров так же придется поменять. Это и
естественно, ведь старая предназначена для крепления другой головки. Если этого не
сделать, то герметизация может быть попросту нарушена.

16 клапанный двигатель с чугунным блоком цилиндров

Перед тем, как установить головку, придется внести изменения в конструкцию и самого
блока цилиндров. Конструкция поршней, которые используются для данного агрегата,
несколько отличается от тех, которые использовались в 8 клапанниках. Их попросту
нужно заменить.
Когда мы говорим о старой модели автомобиля, то вполне вероятно, что шатуны в не так
же имеют не те стандарты, которые необходимы для монтажа новинки. Здесь придется так
же потратить лишнюю копеечку, что бы произвести замену. Это характерно для машин,
которые выпускались еще в 80 и 90 годах прошлого столетия. Примером могут служить
ВАЗ 2108 или Ваз 2109.
не может модернизация двигателя не сказываться и на проводке и работе блока
управления. Некоторые датчики в шестнадцатиклапанном варианте смещены от
стандартного расположения. Придется приобрести несколько метров провода, чтобы
нарастить те элементы, до которых достать будет проблематично.
Для тех людей, кто хочет сэкономить на монтаже, есть еще несколько вариантов того, как
можно это сделать. Патрубок можно не менять, а произвести его модернизацию. Это позволит сохранить некоторое количество денежных средств, которое тратится на
приобретение коллектора с катализатором.
После того, как работа, связанная с тюнингом завершена, можно направиться к
специалисту по настройке двигателя. Он с помощью компьютера и соответствующего
программного обеспечения произведет отладку работы устройства. В противном случае
могут возникать самые разнообразные проблемы, ведь изменения самого мотора будут
весьма глобальными.
Таким образом, в настоящее врем шестнадцатиклапанные двигатели становятся все
актуальнее. они устанавливаются практически на все автомобили отечественного и
зарубежного производства. Это позволяет увеличить коэффициент полезного действия, и
значительно повысить мощностные характеристики агрегатов. Как видно,
самостоятельный тюнинг так же возможен. В этом нет ничего сверхъестественного.

Зачем менять фазы газораспределения — ДРАЙВ

Качество работы двигателя — его КПД, мощность, крутящий момент и экономичность зависят от многих факторов, в том числе и от фаз газораспределения, то есть от своевременности открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.

В обычном четырёхтактном двигателе внутреннего сгорания клапаны приводятся в действие кулачками распределительного вала. Профиль этих кулачков определяет момент и продолжительность открытия (то есть ширину фаз), а также величину хода клапанов.

В большинстве современных двигателей фазы меняться не могут. И работа таких двигателей не отличается высокой эффективностью. Дело в том, что характер поведения газов (горючей смеси и выхлопа) в цилиндре, а также во впускном и выпускном трактах меняется в зависимости от режимов работы двигателя. Постоянно изменяется скорость течения, возникают различного рода колебания упругой газовой среды, которые приводят к полезным резонансным или, наоборот, паразитным застойным явлениям. Из-за этого скорость и эффективность наполнения цилиндров при различных режимах работы двигателя неодинаковы.

Фазы газораспределения в поршневых двигателях внутреннего сгорания — это моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов (окон). Фазы газораспределения обычно выражаются в градусах поворота коленчатого вала и отмечаются по отношению к начальным или конечным моментам соответствующих тактов.

Так, например, для работы на холостом ходу уместны узкие фазы газораспределения с поздним открытием и ранним закрытием клапанов без перекрытия фаз (время, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно). Почему? Потому что так удаётся исключить заброс выхлопных газов во впускной коллектор и выброс части горючей смеси в выхлопную трубу.

Тюнеры часто мудрят со сдвигом фаз при помощи таких сборных звёздочек. Заменив штатный распредвал на «спортивный» с другими фазами, можно добиться существенной прибавки мощности.

При работе на максимальной мощности ситуация сильно меняется. С повышением оборотов время открытия клапанов закономерно сокращается, но для обеспечения высоких крутящего момента и мощности через цилиндры необходимо прогнать куда больший объём газов, нежели на холостом ходу. Как решить столь непростую задачу? Открывать клапаны чуть раньше и увеличивать продолжительность их открытия, иными словами, сделать фазы максимально широкими. При этом для лучшей продувки цилиндров фазу перекрытия обычно делают тем шире, чем выше обороты.

Хондовская VTEC (Variable Valve Timing and Electronic Control) так же, как и тойотовская VVT-I (Variable Valve Timing with intelligence), позволяет плавно изменять фазы газораспределения фазовращателем с гидравлическим управлением. Это достигается путём поворота распределительного вала впускных клапанов относительно вала выпускных клапанов в диапазоне 40—60° (по углу поворота коленчатого вала).

Так что при разработке и доводке двигателей конструкторам приходится увязывать ряд взаимоисключающих требований и идти на сложные компромиссы. Посудите сами. С одними и теми же фиксированными фазами двигатель должен обладать неплохой тягой на низких и средних оборотах, приемлемой мощностью — на высоких. И плюс ко всему устойчиво работать на холостом ходу, быть максимально экономичным и экологичным. Вот так задачка!

Но конструкторы такие задачи уже давно щёлкают как семечки и способны при помощи сдвига и изменения ширины фаз газораспределения менять характеристики двигателя до неузнаваемости. Поднять момент? Пожалуйста. Повысить мощность? Не вопрос. Снизить расход? Не проблема. Правда, подчас получается так, что при улучшении одних показателей приходится жертвовать другими.

Doppel-VANOS (Doppel Variable Nockenwellen Steuerung) от BMW умеет двигать фазы плавно от начального до конечного значения. При помощи гидравлики система заведует как процессами впуска, так и выпуска.

А что если научить газораспределительный механизм подстраиваться под различные режимы работы двигателя? Запросто. Благо способов для этого придумана масса. Один из них — применение фазовращателя — специальной муфты, которая способна под действием управляющей электроники и гидравлики поворачивать распределительный вал на определённый угол относительно его первоначального положения. Наиболее часто такая система устанавливается на впуске. С повышением оборотов муфта проворачивает вал по ходу вращения, что ведёт за собой более раннее открытие впускных клапанов и как следствие — лучшее наполнение цилиндров на высоких оборотах.

Механизм газораспределения 3,2-литровой «шестёрки» FSI от Audi приводится цепями со стороны маховика. У каждого распределительного вала свой фазовращатель.

Но неуёмные инженеры не остановились на этом и разработали ряд систем, способных не только двигать фазы, но и расширять или сужать их. В зависимости от конструкции это может достигаться несколькими способами. Например, в тойотовской системе VVTL-i после достижении определённых оборотов (6000 об/мин) вместо обычного кулачка в работу начинает вступать дополнительный — с изменённым профилем. Профиль этого кулачка задаёт иной закон движения клапана, более широкие фазы и, кстати, обеспечивает больший ход. При раскрутке коленчатого вала до максимальных оборотов (около 8500 об/мин) на частоте вращения в 6000—6500 об/мин у двигателя словно открывается второе дыхание, которое способно придать автомобилю резкий и мощный подхват при ускорении.

Система Valvetronic позволила отказаться от дроссельной заслонки, система меняет и степень открытия клапанов и фазы. Применяется она на моторах BMW с 2001 года. Ход клапана меняется при помощи электродвигателя и сложной кинематической схемы и пределах 0,2–12 мм.

Изменять момент и продолжительность открытия — это замечательно. А что если попробовать изменять высоту подъёма? Ведь такой подход позволяет избавиться от дроссельной заслонки и переложить процесс управления режимами работы двигателем на газораспределительный механизм (ГРМ).

Аналогичная система от немецкой компании Mahle.

Чем вредна заслонка? Она ухудшает наполнение цилиндров на низких и средних оборотах. Ведь во впускном тракте под прикрытым дросселем при работе двигателя создаётся сильное разрежение. К чему оно приводит? К большой инертности разреженной газовой среды (топливовоздушной смеси), ухудшению качества наполнения цилиндра свежим зарядом, снижению отдачи и уменьшению скорости отклика на нажатие педали газа.

Система Variable Valve Event and Lift System (VEL), разработанная Ниссаном, напоминает баварский Valvetronic. Специальный эксцентрик, который приводится от электродвигателя, смещает точку опоры коромысла, и за счёт этого изменяет ход клапана. Высота подъёма варьируется в пределах 0,5–2 мм.

Поэтому идеальным вариантом было бы открывать впускной клапан только на время, необходимое для достижения нужного наполнения цилиндра горючей смесью. Ответ инженеров — механическая система управления подъёмом впускных клапанов. В таких системах высота подъёма и, соответственно, продолжительность фазы впуска изменяются в зависимости от нажатия на педаль газа. По разным данным, экономия от применения системы бездроссельного управления может составлять от 8% до 15%, прирост мощности и момента в пределах 5—15 %. Но и это не последний рубеж.

Так работает «трёхступенчатый» i-VTEC (Intelligent Variable Valve Timing and Lift Electronic Control). На низкой частоте вращения топливо экономится благодаря тому, что половина впускных клапанов практически дезактивирована. При переходе на средние обороты ранее «дремавшие» клапаны включаются в работу, но их амплитуда не максимальна. На мощностных режимах впускные клапаны начинают работать от единственного центрального кулачка. Он обеспечивает максимальный подъём клапанов, кроме того, его профиль специально заточен под мощностные режимы. Управление режимами осуществляется гидравликой и электроникой.

Несмотря на то что количество и размеры клапанов приблизились к максимально возможным, эффективность наполнения и очищения цилиндров можно сделать ещё выше. За счёт чего? За счёт скорости открытия клапанов. Правда, механический привод здесь сдаёт позиции электромагнитному.

Осенью 2007 года Toyota запустит в производство моторы с газораспределительным механизмом Valvematic, который будет изменять не только фазы газораспределения, но и высоту подъёма впускных клапанов. Не секрет, что многие производители достаточно давно применяют подобные системы. Но Toyota в серию такую систему запускает впервые. Мощность двухлитрового атмосферника 1AZ-FE, благодаря новому газораспределительному механизму, удалось поднять со 152 до 158 сил, а момент — с 194 до 196 Нм.

В чём ещё плюс электромагнитного привода? В том, что закон (ускорение в каждый момент времени) подъёма клапана можно довести до идеала, а продолжительность открытия клапанов позволяется менять в очень широких пределах. Электроника согласно прописанной программе время от времени ненужные клапаны может не открывать, а цилиндры отключать вовсе. Зачем? В целях экономии, например, на холостом ходу, при движении в установившемся режиме или при торможении двигателем. Да что режимы — прямо во время работы электромагнитный ГРМ способен превратить обычный четырёхтактный мотор в шеститактный. Интересно, скоро ли появятся такие системы на конвейере?

А это схема работы механизма VVTL-i, предложенная компанией Toyota. Здесь высота подъёма и продолжительность открытия обоих впускных клапанов изменяются скачкообразно. При работе двигателя на частотах вращения коленчатого вала до 6000 об/мин высота подъёма и продолжительность открытия обоих клапанов задаются кулачком (1), который через рокер (5) воздействует на оба клапана. На оборотах выше 6000 закон движения клапанов задаётся более высоким кулачком (2). Чтобы ввести его в строй, нужно переместить сухарь (3) вправо (сухарь перемещается под давлением масла, которое в нужный момент повышается в управляющей магистрали). После того как сухарь переместился вправо, кулачок (2) через шток (4), который до этого времени свободно качался, начинает воздействовать на клапаны через рокер.

Опытный образец четырёхцилиндрового мотора с электромагнитным приводом клапанов и непосредственным впрыском был создан компанией BMW. Здесь количество воздуха, поступающего в цилиндр, регулируется продолжительностью открытия клапана, ход при этом не регулируется. Якорь подпружиненного клапана помещён между двумя мощными электромагнитами, которые призваны удерживать его только в крайних положениях. Чтобы предотвратить ударные нагрузки, каждый раз при приближении к крайнему положению клапан тормозится. Положение и скорость перемещения клапана фиксируются специальным датчиком.

Пожалуй, дальнейшее увеличение эффективности работы мотора за счёт ГРМ уже невозможно. Выжать ещё больше мощности и момента с того же объёма при меньшем расходе можно будет только с применением иных средств. Например, комбинированного наддува или конструкций, изменяющих степень сжатия, других видов топлива. Но это — уже совсем другой разговор.

Изящное решение без потери мощности

Аббревиатура VTEC полностью расшифровывается следующим образом — Variable Valve Timing and Lift Electronic Control. В переводе на русский язык означает «электронная система управления временем открытия и высотой подъема клапанов» или, если говорить языком специалистов, электронная система регулировки фаз газораспределения. Этот механизм предназначен для того, чтобы оптимизировать прохождение воздушно-топливной смеси в камеры сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию, накопленную в топливе, в тепловую. Такое преобразование происходит во время сгорания горючей смеси. При этом возрастает температура и давление в цилиндре. Под давлением поршни двигателя опускаются вниз и, толкая коленчатый вал, приводят его в движение. Так химическая энергия преобразуется в механическое движение. Механическая сила определяется величиной крутящего момента. Способность двигателя поддерживать некоторую величину крутящего момента при некотором числе оборотов в минуту определяется как мощность. Мощность определяет, какую работу может производить двигатель. Весь процесс, осуществляемый двигателем внутреннего сгорания, не эффективен на 100%. На самом деле всего около 30% энергии, содержащейся в топливе, преобразуются в механическую энергию.

Теоретическая физика говорит о том, что при данном КПД для достижения высокой отдачи от мотора необходимо использовать больше топлива: в результате существенно возрастет мощность. Очевидно, что в этом случае нужно использовать двигатель с огромным рабочим объемом и поступиться принципами экономичности. Другой метод диктует необходимость предварительно сжимать топливную смесь посредством турбины и затем сжигать ее в цилиндрах небольшого размера. Однако и в этом случае расход топлива будет пугающим. В свое время концерн Honda пошел по иному пути, начав исследования с целью оптимизации работы двигателя внутреннего сгорания. В результате появилась технология VTEC, наделяющая мотор отменной экономичностью на низких оборотах и высокой мощностью при его «раскручивании».

Два алгоритма

Если сравнить скоростные характеристики различных двигателей, то нетрудно заметить, что у одних максимум крутящего момента достигается на низких оборотах (в диапазоне 1800-3000 об/мин), у других — на более высоких (в диапазоне 3000-4500 об/мин). Оказывается, есть зависимость между тем, каким образом на распределительном валу установлены кулачки, открывающие клапаны, и тем, какую мощность развивает мотор на различных оборотах коленчатого вала. Чтобы понять, чем это вызвано, представьте себе двигатель, работающий крайне медленно. Например, при 10-20 оборотах в минуту рабочий цикл в одном цилиндре занимает 1 секунду. При опускании поршня впускной клапан открывается, позволяя горючей смеси наполнить цилиндр, и закрывается, когда поршень достигает нижней мертвой точки. После завершения цикла сгорания поршень начнет движение вверх. При этом откроется выпускной клапан, позволив отработавшим газам покинуть рабочий объем цилиндра и закроется, когда поршень достигнет верхней мертвой точки. Такой алгоритм был бы идеален, если бы мотор работал на минимуме оборотов. Однако в реальной жизни двигатель куда энергичней.

С ростом ритма работы мотора описанный алгоритм просто не выдерживает критики. Если число оборотов коленвала достигает 4000 в минуту, клапаны открываются и закрываются 2000 раз ежеминутно, или 30-40 раз каждую секунду. На такой скорости поршню чрезвычайно сложно всосать в цилиндр необходимый объем горючей смеси. То есть в результате впускного сопротивления возникают насосные потери, и это главная причина, по которой уменьшается эффективность работы двигателя. Для облегчения участи мотора при работе на больших оборотах приходится, например, шире открывать впускной клапан. Разумеется, это упрощенное описание работы, но оно дает общее представление. Однако на малых оборотах такой алгоритм не годится: настройка распредвала «на скорость» лишь увеличит расход топлива. Следовательно, для лучшей эффективности нужно сочетать оба алгоритма работы, которые воплощены в механизме VTEC.

Появившись в 1989 году, система VTEC дважды модернизировалась, и сегодня мы имеем дело с ее третьей серией. Система VTEC использует возможности электроники и механики и позволяет двигателю эффективно распоряжаться возможностями сразу двух распредвалов, или, в упрощенных версиях, одного. Контролируя число оборотов и диапазоны работы силового агрегата, его компьютер может активизировать дополнительные кулачки с тем, чтобы подобрать наилучший режим работы.

DOHC VTEC

В 1989 году на внутренний японский рынок поступили две модификации Honda Integra — RSi и XSi, использовавшие первый двигатель с системой DOHC VTEC. Ее силовой агрегат модели B16A при объеме 1,6 литра достигал мощности в 160 л.с., но при этом отличался хорошей тягой на низах, топливной экономичностью и экологической чистотой. Поклонники марки Honda до сих пор помнят и ценят этот великолепный мотор, тем более что его многократно усовершенствованный вариант и по сей день используется на моделях Civic.

Двигатель с системой DOHC VTEC имеет два pаспpедвала (один для впускных, другой для выпускных клапанов) и 4 клапана на цилиндр. Для каждой пары клапанов предусмотрена особая конструкция — группа из трех кулачков. Следовательно, если мы имеем дело с 4-цилиндровым 16-клапанным мотором с двумя распредвалами, то таких групп будет 8. Каждая группа занимается отдельной парой клапанов. Два кулачка расположены на внешних сторонах группы и отвечают за действие клапанов на низких оборотах, а средний подключается на высоких оборотах. Внешние кулачки непосредственно контактируют с клапанами: опускают их при помощи коромысел (рокеров). Отдельный средний кулачок до поры до времени вращается и вхолостую нажимает на свое коромысло, которое активируется при достижении определенного высокого числа оборотов коленвала. В дальнейшем эта центральная часть отвечает за открытие и закрытие клапанов, хотя и действует как специальный промежуточный механизм.

Когда двигатель работает на малом ходу, пары впускных и выпускных клапанов открываются соответствующими кулачками. Их форма, как и у большинства аналогичных моторов, выполнена в виде эллипса. Однако эти кулачки способны обеспечивать лишь экономичный режим работы двигателя и только на малых оборотах. При достижении высокой скорости вращения распредвала задействуется специальный механизм. «Незанятый» до этого работой средний кулачок вращался и без какого-либо эффекта нажимал на среднее коромысло, никак не связанное с клапанами. Однако во всех трех коромыслах предусмотрены отверстия, в которые под высоким давлением масла загоняется металлический пруток. Таким образом, группа жестко фиксируется и в дальнейшем работает как одно целое. Тут в работу вступает отдыхавший до этого средний кулачок. Он имеет более продолговатую форму и поэтому при его нажатии все три коромысла, а значит и клапана, опускаются гораздо ниже и на больший промежуток времени остаются открытыми. В этом случае двигатель может «дышать» свободнее, развивать и поддерживать высокий крутящий момент и хорошую мощность.

SOHC VTEC

После успеха системы DOHC VTEC компания Honda с еще большим рвением подошла к развитию и использованию своей новации. Моторы с VTEC проявили себя как надежные и экономичные, стали реальной альтернативой увеличению рабочего объема или использованию турбин. Поэтому несколько позднее была представлена система SOHC VTEC. Подобно своему «коллеге» DOHC новинка также предназначалась для оптимизации работы двигателя в разных режимах. Но из-за простоты своей конструкции и более скромных показателей мощности двигатели с SOHC VTEC выпускались меньшими объемами. Одним из первых двигателей, использующих упрощенную систему, стал обновленный агрегат D15B, выдававший 130 л.с. при объеме в 1,5 л. Этот мотор с 1991 устанавливался года на Honda Civic.

В моторе SOHC предусмотрен один-единственный распредвал на весь блок цилиндров. Поэтому кулачки впускных и выпускных клапанов располагаются на одной оси. Однако здесь также предусмотрены группы-тройки, в каждой из которых есть один специальный центральный кулачок. Простота конструкции заключается в том, что в двух режимах — для низких и для высоких оборотов — могут работать только впускные клапана. Промежуточный механизм с дополнительным кулачком и коромыслом также как и в случае с DOHC VTEC перехватывает на себя открытие и закрытие впускных клапанов, в то время как выпускные всегда работают в постоянном режиме.

Может создаться впечатление, что SOHC VTEC в чем-то хуже, чем DOHC VTEC. Однако это не так: эта система имеет ряд преимуществ, среди которых простота конструкции, компактность двигателя за счет его незначительной ширины, меньший вес. Кроме того SOHC VTEC возможно вполне легко использовать на двигателях пpедыдущего поколения, тем самым модернизируя их. В итоге силовые агрегаты с SOHC VTEC достигают тех же результатов, пусть и не столь ярких и удивительных.

SOHC VTEC-E

Если назначение описанных выше систем VTEC состоит в сочетании максимальной мощности на предельных оборотах и довольно уверенной, но экономичной работе на «низах», то VTEC-E призвана помочь двигателю в достижении предельной экономии.

Но прежде чем рассмотреть очередное изобретение Honda необходимо разобраться с теорией. Известно, что топливо предварительно смешивается с воздухом и затем воспламеняется в цилиндрах (есть еще иной вариант — непосредственный впрыск, при котором воздух и топливо поступают в цилиндры отдельно). На мощность двигателя также влияет и то, насколько однородна такая смесь. Дело в том, что на малых оборотах невысокая скорость потока при всасывании препятствует смешению топлива и воздуха. В результате на холостом ходу двигатель может работать неуверенно. Чтобы предотвратить это, в цилиндры поступает обогащенная топливом смесь, что сказывается на экономичности. Система VTEC-E способна обеспечить уверенную работу двигателя на малых оборотах на обедненной топливом горючей смеси. При этом также достигается существенная экономия. В отличие от других механизмов, в системе VTEC-E нет никаких дополнительных кулачков. Так как эта технология нацелена на снижение потребления топлива на малых оборотах, то и затрагивает она действие впускных клапанов. VTEC-E применяется только в SOHC-двигателях (с одним распредвалом) с четырьмя клапанами на цилиндp из-за его «склонности» к низкому расходу топлива.

В отличие от других VTEC-моторов, где кулачки имеют приблизительно одинаковый профиль, в силовых агрегатах с VTEC-E используются две конфигурации. Таким образом, впускные клапана приводятся в движение кулачками различной формы. Профиль одного из них имеет традиционную форму, а другой практически круглый — слегка овальный. Поэтому один из клапанов опускается в нормальном режиме, а другой едва приоткрывается. Горючая смесь проходит через нормальный клапан легко, а через приоткрытый — весьма скудно. Из-за несимметричности потоков поступающей смеси в цилиндре возникают причудливые завихpения, в которых воздух и топливо смешиваются должным образом. В результате двигатель может pаботать на бедной смеси. С увеличением оборотов концентрация топлива растет, но режим, при котором реально работает лишь один клапан, становится помехой. Поэтому, приблизительно при достижении 2500 об/мин коромысла замыкаются и приводятся в движение нормальным кулачком. Замыкание происходит точно так же как и в других системах VTEC.

Систему VTEC-E часто незаслуженно считают изобретением, нацеленным исключительно на экономию. Тем не менее, по сравнению с простыми моторами, агрегаты с таким механизмом не только экономичнее, но и мощнее. За экономию отвечает первый режим, в котором работает один клапан, а за показатели мощности — «чистокровный» VTEC, подразумевающий широкое открытие впускных клапанов. Если сравнить два аналогичных мотора, один из которых оборудован механизмом VTEC-E, то простой агрегат окажется на 6-9% слабее и прожорливей.

Трехрежимный SOHC VTEC

Этот механизм представляет собой объединение системы SOHC VTEC и SOHC VTEC-E. В отличие от всех описанных выше систем эта имеет не два режима работы, а три. В зоне низких оборотов система обеспечивает экономичный режим работы двигателя на обедненной топливовоздушной смеси (как VTEC-E). В этом случае используется только один из впускных клапанов. На средних оборотах в работу включается второй клапан, но фазы газораспределения и высота подъема клапанов не изменяются. Двигатель в этом случае реализует высокий крутящий момент. На режиме высоких оборотов оба клапана управляются одним центральным кулачком, отвечающим за снятие с двигателя максимальной мощности. Эта система достаточно универсальна. Так, например, двигатель объемом 1,5 литра с таким газораспределительным механизмом проявляет неплохую удельную мощность: 86 л.с. на 1 л. рабочего объема. Одновременно с этим, если двигатель работает в первом, экономичном 12-клапанном режиме, расход при движении с постоянной скоростью 60 км/ч на автомобиле Honda Civic составляет около 3,5 л на 100 км.

i-VTEC

Буква «i» в названии означает intelligent, то есть «умный». Прежние версии VTEC способны регулировать степень открытия клапанов лишь в 2-3 режимах. Конструкция нового газораспределительного механизма i-VTEC предполагает использование помимо основной системы VTEC дополнительную систему VTC (Variable Timing Control), непрерывно регулирующую момент начала открытия впускных клапанов. Открытие впускных клапанов задается в зависимости от нагрузки двигателя и регулируется посредством изменения угла установки впускного распределительного вала относительно выпускного. В двигателях с i-VTEC распредвал крепится к приводному шкиву через специальную гайку-шестерню, которая способная «доворачивать» его на угол до 600.

Применение системы VTC на ряду с VTEC позволяет эффективнее наполнять цилиндры двигателя топливо-воздушной смесью, а также улучшить полноту ее сгорания. Использование механизма i-VTEC позволяет достичь приемистости эквивалентной двигателям с рабочим объемом 2 литра, при этом топливная экономичность даже лучше чем у 1,6 литрового двигателя.

Семейство газораспределительных механизмов VTEC не представляет собой ничего волшебного, но дает просто поразительный эффект. Моторы Honda прямо-таки умеют подстраиваться под нагрузку, предоставляя удивительную мощность при скромном рабочем объеме. И в то же время на холостом и малом ходах японские моторы поражают выдающейся экономичностью. Вполне возможно, что следующим этапом в развитии систем VTEC станет механизм с отдельными соленоидами на каждый клапан, что позволит с хирургической точностью регулировать открытие клапанов.

Автор: Евгений Дударев

Двигатель — как открываются и закрываются клапаны

клапан что позволяет смешивать цилиндр впускной клапан; тот, через который выходят отработавшие газы, является выпускным клапаном. Они предназначены для открывания и закрывания в определенные моменты, чтобы позволить двигатель эффективно бежать на всех скоростях.

Работа управляется грушевидными кулачками, называемыми кулачками, на вращающемся валу, распредвал с приводом от цепи, ремня или набора шестерни от коленчатый вал .

Где распредвал установлен в блокировка двигателя , маленькие металлические цилиндры толкатели сидят в каналах над каждым кулачком, а от толкателей металлический толкатель выходит в крышка цилиндра .Вершина каждого толкателя встречает коромысло который упирается в шток клапана, который удерживается в поднятом (закрытом) положении сильной спиральной пружиной, пружина клапана .

По мере того, как толкатель поднимается на кулачок, он поворачивает коромысло, которое толкает клапан вниз (открывает) против давление своей весны. Как кулачок вращается дальше, пружина клапана закрывает клапан. Это называется системой верхнего клапана (OHV).

Некоторые двигатели не иметь толкателей; Клапаны управляются более напрямую от одинарных или двойных распредвалов в самой головке блока цилиндров и в системе верхнего распредвала.

Поскольку между распределительным валом и клапаном меньше движущихся частей, метод верхнего кулачка (OHC) более эффективен и обеспечивает большую мощность для заданного объема двигателя, чем двигатель с толкателями, поскольку он может работать на более высоких скоростях. В любой системе должен быть некоторый свободный ход в приводном механизме, чтобы клапан мог полностью закрываться, когда детали расширяются из-за нагрева.

Толкатель с заданным зазором оформление имеет важное значение между шток клапана и коромысло или кулачок, чтобы учесть расширение.Зазоры толкателей сильно различаются на разных автомобилях, и неправильная регулировка может иметь серьезные последствия.

Если зазор слишком велик, клапаны открываются поздно и закрываются раньше, что снижает мощность и увеличивает шум двигателя.

Слишком маленький зазор препятствует правильному закрытию клапанов с последующей потерей сжатие .

Некоторые двигатели имеют саморегулирующиеся толкатели, которые гидравлически приводятся в действие давлением моторного масла.

Система верхних клапанов (OHV), управляемая толкателями, имеет коленчатый вал рядом и параллельно коленчатому валу в блоке цилиндров.

При вращении коленчатого вала каждый клапан открывается с помощью толкателя, толкателя и коромысла. Клапан закрывается давлением пружины.

Цепь приводная распределительного вала звездочка имеет вдвое больше зубцов, чем звездочка коленчатого вала, поэтому распределительный вал вращается с половинной скоростью вращения двигателя.

Двигатель с верхним распредвалом (OHC) требует меньшего количества деталей для управления клапанами. Кулачки действуют непосредственно на толкатели ковша или на короткие рычаги — известные как пальцы — которые, в свою очередь, действуют непосредственно на штоки клапана.

Система избавляется от лишнего веса и механической сложности толкателей и коромысел.

Длинная цепь часто используется для привода распределительного вала от звездочки на коленчатом валу, но такая длинная цепь имеет тенденцию «хлестать». В некоторых конструкциях проблема решается установкой промежуточных звездочек и двух более коротких приводных цепей, находящихся под натяжением.

Все о двигателях Клапаны

Изображение предоставлено: Максим Вивцарук / Shutterstock.ком

Клапаны двигателя — это механические компоненты, используемые в двигателях внутреннего сгорания, чтобы разрешать или ограничивать поток жидкости или газа в камеры сгорания или цилиндры и из них во время работы двигателя. Функционально они работают аналогично многим другим типам клапанов в том, что они блокируют или пропускают поток, однако они представляют собой чисто механическое устройство, которое взаимодействует с другими компонентами двигателя, такими как коромысла, для открытия и закрытия в правильной последовательности и с правильный выбор времени.

Термин «клапан двигателя» может также относиться к типу обратного клапана, который используется для впрыска воздуха в составе систем контроля выбросов и рециркуляции выхлопных газов в транспортных средствах. Этот тип клапана двигателя не рассматривается в этой статье.

Клапаны двигателей являются общими для многих типов двигателей внутреннего сгорания, независимо от того, работают ли они на таком топливе, как бензин, дизельное топливо, керосин, природный газ (СПГ) или пропан (LP). Типы двигателей различаются количеством цилиндров, которые представляют собой камеры сгорания, вырабатывающие энергию от воспламенения топлива.Они также различаются типом работы (2-тактный или 4-тактный) и конструктивным размещением клапанов внутри двигателя [верхний клапан (OHV), верхний кулачок (OHC) или клапан в блоке (VIB)]. .

В этой статье кратко описывается работа клапанов двигателя в типичных двигателях внутреннего сгорания, а также представлена ​​информация о типах клапанов, их конструкции и материалах. Дополнительную информацию о других типах клапанов можно найти в нашем соответствующем руководстве «Общие сведения о клапанах».

Номенклатура клапанов двигателя

Большинство клапанов двигателя сконструированы как клапаны тарельчатого типа из-за их толкающего движения вверх и вниз и имеют головку клапана с коническим профилем, которая прилегает к механически обработанному седлу клапана, чтобы перекрыть проход жидкостей или газов. Их также называют грибовидными клапанами из-за характерной формы головки клапана. На рисунке 1 показана номенклатура различных элементов типичного клапана двигателя.

Рисунок 1 — Номенклатура стандартного тарельчатого клапана двигателя.

Изображение предоставлено: https://dieselnet.com

Двумя основными элементами являются шток клапана и головка клапана. Головка содержит галтель, ведущий к поверхности седла, которая обрабатывается под определенным углом, чтобы соответствовать механической обработке седла клапана, с которым она будет соответствовать. Посадка поверхности клапана на седло клапана — это то, что обеспечивает уплотнение клапана против давления сгорания.

Шток клапана соединяет клапан с механическими элементами в двигателе, которые приводят в действие клапан, создавая силу для перемещения штока против давления в седле, создаваемого пружиной клапана.Стопорная канавка используется для удержания пружины в нужном положении, а кончик штока клапана многократно контактирует с коромыслом, толкателем или толкателем, приводящим в действие клапан.

Работа двигателя

В четырехтактных или четырехтактных двигателях внутреннего сгорания используются два основных типа клапанов — впускной и выпускной. Впускные клапаны открываются, чтобы позволить потоку воздушно-топливной смеси в цилиндры двигателя перед сжатием и воспламенением, в то время как выпускные клапаны открываются, чтобы обеспечить удаление выхлопных газов из процесса сгорания после воспламенения.

При нормальной работе коленчатый вал двигателя, к которому прикреплены поршни, привязан к распределительному валу как часть механизма клапана для двигателя. Движение коленчатого вала передает движение распределительному валу через цепь ГРМ, ремень ГРМ или другой зубчатый механизм. Синхронизация и совмещение между положением коленчатого вала (которое определяет положение поршня в цилиндре) и положением распределительного вала (которое определяет положение клапанов для цилиндра) имеют решающее значение не только для максимальной производительности двигателя, но и для предотвращения столкновения поршней и клапанов в двигателях с высокой степенью сжатия.

Во время впускного цикла поршень впускного цилиндра опускается вниз при открытии впускного клапана. Движение поршня создает отрицательное давление, которое помогает втягивать топливно-воздушную смесь в цилиндр. Сразу после того, как поршень достигает самого нижнего положения в цилиндре (известного как нижняя мертвая точка), впускной клапан закрывается. В цикле сжатия впускной клапан закрывается, чтобы изолировать цилиндр, когда поршень поднимается в цилиндре в наивысшее положение (известное как верхняя мертвая точка), что сжимает топливно-воздушную смесь до небольшого объема.Это действие сжатия служит для обеспечения более высокого давления на поршень при воспламенении топлива, а также для предварительного нагрева смеси, чтобы способствовать эффективному сгоранию топлива. В энергетическом цикле воздушно-топливная смесь воспламеняется, что создает взрыв, который заставляет поршень вернуться в самое нижнее положение и передает химическую энергию, высвобождаемую при сжигании топливно-воздушной смеси, во вращательное движение коленчатого вала. В цикле выпуска поршень снова поднимается вверх в цилиндре, при этом впускной клапан остается закрытым, а выпускной клапан теперь открыт.Давление, создаваемое поршнем, помогает вытеснять выхлопные газы из цилиндра через выпускной клапан в выпускной коллектор. К выпускному коллектору подсоединены выхлопная система, набор труб, который включает глушитель для снижения акустического шума и систему каталитического нейтрализатора для управления выбросами при сгорании двигателя. Как только поршень достигает верха цилиндра в цикле выпуска, выпускной клапан начинает закрываться, а впускной клапан начинает открываться, начиная процесс снова.Обратите внимание, что давление в цилиндре на впуске помогает держать впускной клапан открытым, а высокое давление в цикле сжатия помогает удерживать оба клапана закрытыми.

В двигателях с несколькими цилиндрами одни и те же четыре цикла повторяются в каждом из цилиндров, но в определенной последовательности, чтобы двигатель демонстрировал плавную мощность и сводил к минимуму шум и вибрацию. Последовательность движения поршня, клапана и зажигания достигается за счет точной механической конструкции и электрического времени сигналов зажигания к свечам зажигания, которые воспламеняют топливно-воздушную смесь.

Двигатель Клапан Движение

Движение клапанов двигателя приводится в действие распределительным валом двигателя, который содержит ряд кулачков или кулачков, которые служат для создания линейного движения клапана за счет вращения распределительного вала. Количество кулачков на распределительном валу равно количеству клапанов в двигателе. Когда распределительный вал находится в головке блока цилиндров, двигатель называется конструкцией с верхним распредвалом (OHC); когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, двигатель называется конструкцией с верхним расположением клапана (OHV).Независимо от конструкции двигателя, основное движение клапанов двигателя происходит за счет движения кулачка против подъемника или толкателя, который создает силу, которая давит на шток клапана и сжимает пружину клапана, тем самым снимая натяжение пружины, которое удерживает клапан в закрытое положение. Это движение штока клапана поднимает клапан над седлом в головке цилиндра и открывает клапан. Как только распределительный вал поворачивается дальше и кулачок перемещается так, что эксцентриковая часть больше не находится в непосредственном контакте с толкателем или толкателем, давление пружины закрывает клапан, поскольку шток клапана перемещается по центральной части кулачка.

Поддержание надлежащего зазора клапана между штоком клапана и коромыслом или кулачком чрезвычайно важно для правильной работы клапанов. Необходим некоторый минимальный зазор для расширения металлических деталей при повышении температуры двигателя во время работы. Конкретные значения зазора варьируются от двигателя к двигателю, и несоблюдение надлежащего зазора может иметь серьезные последствия для работы и производительности двигателя. Если зазор клапанов слишком велик, то клапаны откроются позже, чем оптимально, и закроются раньше, что может снизить производительность двигателя и увеличить шум двигателя.Если зазор клапана слишком мал, клапаны не закроются полностью, что может привести к потере сжатия. Гидравлические подъемники клапана являются самокомпенсирующимися и могут устранить необходимость в регулировке зазора клапана.

В современных двигателях внутреннего сгорания может использоваться различное количество клапанов на цилиндр в зависимости от конструкции и области применения. Меньшие двигатели, такие как те, которые используются в газонокосилках, могут иметь только один впускной клапан и один выпускной клапан. В двигателях более крупных транспортных средств, таких как 4-, 6- или 8-цилиндровые двигатели, может использоваться четыре клапана на цилиндр, а иногда и пять.

Материалы клапанов двигателя

Клапаны двигателя являются одним из компонентов двигателей внутреннего сгорания, которые подвергаются высоким нагрузкам. Необходимость надежной работы двигателя диктует, что клапаны двигателя должны быть способны проявлять устойчивость к многократному и непрерывному воздействию высокой температуры, высокого давления из камеры сгорания, а также механических нагрузок и напряжений, обусловленных динамикой двигателя.

Впускные клапаны двигателей внутреннего сгорания подвергаются меньшим тепловым нагрузкам из-за охлаждающего воздействия поступающей воздушно-топливной смеси, которая проходит через клапан во время впускного цикла.Выхлопные клапаны, напротив, подвергаются более высоким уровням термической нагрузки, поскольку находятся на пути выхлопных газов во время выхлопного цикла двигателя. Кроме того, тот факт, что выпускной клапан открыт во время цикла выпуска и не соприкасается с головкой блока цилиндров, означает, что меньшая тепловая масса поверхности сгорания, а головка клапана имеет больший потенциал для быстрого изменения температуры.

Впускные клапаны из-за более низких рабочих температур обычно изготавливаются из таких материалов, как хром, никель или вольфрамовая сталь.В выпускных клапанах с более высокими температурами могут использоваться более жаропрочные металлы, такие как нихром, кремний-хром или кобальт-хромовые сплавы.

Поверхности клапана, которые подвергаются воздействию более высоких температур, иногда становятся более долговечными за счет приваривания к поверхности клапана стеллита, который представляет собой сплав кобальта и хрома.

Другие типы материалов, используемых для изготовления клапанов двигателя, включают нержавеющую сталь, титан и сплавы трибалой.

Кроме того, для улучшения механических свойств и характеристик износа клапанов двигателя могут применяться покрытия и обработка поверхности.Примеры этого включают хромирование, фосфатирование, нитридное покрытие и завихрение.

Типы клапанов двигателя

Помимо характеристики клапанов двигателя по функциям (впускной и выпускной), существует несколько конкретных типов клапанов двигателя, которые существуют в зависимости от конструкции и материалов. К основным типам клапанов двигателя относятся:

• Монометаллические клапаны двигателя
• Биметаллические клапаны двигателя
• Полые клапаны двигателя

Монометаллические клапаны двигателя, как следует из их названия, изготавливаются из единого материала, который образует как шток клапана, так и головку клапана.Эти типы клапанов двигателя обладают как высокой термостойкостью, так и хорошими антифрикционными свойствами.

Биметаллические клапаны двигателя, также известные как биметаллические клапаны двигателя, изготавливаются путем соединения двух разных материалов вместе с использованием процесса сварки трением для создания клапана с аустенитной сталью на головке клапана и мартенситной сталью для штока клапана. Свойства каждой из этих сталей служат оптимальному назначению: аустенитная сталь на головке клапана обеспечивает жаропрочность и коррозионную стойкость, а мартенситная сталь для штока клапана обеспечивает высокую прочность на растяжение и стойкость к абразивному износу.

Полые клапаны двигателя — это специальный биметаллический клапан, который содержит полую полость, заполненную натрием. Натрий сжижается при повышении температуры клапана и циркулирует за счет движения клапана, что помогает рассеивать тепло от более горячей головки клапана. Полая конструкция обеспечивает лучшую теплопередачу через шток, чем у сплошных клапанов, поскольку мартенситный материал штока является лучшим проводником тепла, чем аустенитный материал головки. Полые клапаны особенно подходят для использования в современных двигателях, которые обеспечивают большую мощность за счет более компактных и плотных двигателей с более высокими температурами выхлопных газов, с которыми твердые клапаны не справляются.Эти более высокие температуры выхлопных газов являются результатом нескольких условий, в том числе:

• Стремление к процессу сжигания обедненной смеси, который сокращает выбросы парниковых газов
• Конструкции двигателя с более высокой степенью сжатия и более высоким давлением сгорания, которые обеспечивают более высокий КПД
• Интегрированные конструкции коллектора, поддерживающие турбокомпрессоры для повышения производительности двигателей меньших двигателей

Есть несколько других типов конструкций клапанов двигателя.Так называемые золотниковые клапаны состоят из трубки или втулки, которая находится между стенкой цилиндра и поршнем и которая скользит или вращается с приводом от распределительного вала, как и другие клапаны двигателя. Перемещение золотникового клапана приводит к тому, что отверстия, прорезанные во втулке, выравниваются с соответствующими отверстиями в стенке цилиндра в различных точках цикла двигателя, таким образом, функционируя как простой впускной и выпускной клапан двигателя без сложностей, связанных с коромыслами и подъемниками.

Характеристики клапана двигателя

Типовые клапаны двигателя соответствуют параметрам, указанным ниже.Обратите внимание, что эти данные предназначены для информационных целей, и имейте в виду, что параметры, используемые для определения клапанов двигателя, могут варьироваться от производителя к производителю. Понимая спецификации, покупатели получают больше возможностей для обсуждения своих конкретных потребностей с поставщиками клапанов двигателя.

• Диаметр стержня — диаметр стержня клапана двигателя
• Длина штока — расстояние от наконечника штока до головки клапана
• Угол седла — угол среза седла головки клапана, измеренный в угловых градусах, типичные значения находятся в диапазоне 20 ^o — 60 ^o
• Материалы клапана — описывает материал или материалы, используемые для изготовления клапана
• Покрытия — обозначает любые покрытия или обработки поверхности, нанесенные на основной материал клапана, такие как хромирование, нитрид, PVD или керамика, например

Резюме

В этой статье представлен краткий обзор клапанов двигателя, включая их сущность, ключевую номенклатуру, принцип их работы, работу клапана, материалы, типы и характеристики.Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.

Источники:

1. https://www.theengineerspost.com/engine-valves-types/
2. https://www.aopa.org/training-and-safety/air-safety-institute/valve-safety
3. https://www.howacarworks.com/basics/the-engine-how-the-valves-open-and-close
4. http: // ground-mag.com
5. https://dieselnet.com
6. http://www.federalmogul.com/en-US/OE/Products/Pages/Product-Details.aspx?CategoryId=48&SubCategoryId=191&ProductId=840
7. http://www.ijmerr.com/uploadfile/2015/0409/2015040
   51873.pdf
8. https://www.eaton.com/us/en-us/catalog/engine-valvetrain/engine-valves.html
9. http://www.nextech.co.in
10. https://aviamech.blogspot.com/2013/02/piston-engine-valves.html

Другие артикулы клапана

Больше от Насосы, клапаны и аксессуары

Клапан управления двигателем внутреннего сгорания (Патент)

Мацуура, М., Накамори, М., и Куроки, М. Клапан управления двигателем внутреннего сгорания . США: Н. П., 1988. Интернет.

Мацуура, М., Накамори, М., и Куроки, М. Клапанная система управления двигателем внутреннего сгорания . Соединенные Штаты.

Мацуура, М., Накамори, М., и Куроки, М.Вт. «Система управления клапанами двигателя внутреннего сгорания». Соединенные Штаты.

@article {osti_6620685,
title = {Клапанная система управления двигателем внутреннего сгорания},
author = {Мацуура, М., Накамори, М., и Куроки, М.},
abstractNote = {В этом патенте описана система управления клапанами для двигателя внутреннего сгорания, содержащая впускной поворотный клапан и выпускной поворотный клапан, отдельно расположенные во впускном канале и выпускном канале соответственно, которые независимо сообщаются с камерой сгорания, определенной между поршнем и головку блока цилиндров в двигателе внутреннего сгорания, клапаны включают в себя сферические корпуса клапанов, приспособленные для открытия и закрытия впускного и выпускного каналов, соответственно, и механизм привода клапана, имеющий прерывистую рабочую функцию вращения корпусов клапанов впуска и выпуска. поворотные клапаны в ответ на движение поршня для обеспечения управления открытием и закрытием впускных и выпускных поворотных клапанов и удержание корпусов поворотных клапанов в положениях открытия и закрытия клапана в течение соответствующих заранее определенных периодов времени, при этом рабочий механизм клапана включает в себя кулачковое средство, приспособленное для непрерывного вращения в одном направлении в реакция на движение поршня, коромысла, упирающиеся в кулачковые средства и приспособленные для поворота в пределах заданного угла в соответствии с вращением кулачков, и поворотные валы, каждый из которых имеет один из сферических корпусов клапана, прикрепленный к одному из их противоположных концов и приспособлен для возвратно-поступательного вращения между положениями открытия и закрытия клапана корпуса клапана вокруг оси вращающегося вала в соответствии с раскачивающим движением коромысла при получении движущей силы от коромысла на другом его конце, и каждый из сферических корпусов клапана поддерживается внутри головки цилиндра посредством элемента седла клапана, а уплотнительная пружина расположена между элементом седла клапана и головкой цилиндра.},
doi = {},
url = {https://www.osti.gov/biblio/6620685}, журнал = {},
номер =,
объем =,
place = {United States},
год = {1988},
месяц = ​​{10}
}

Привод клапана — поршневой двигатель самолета

Для правильной работы поршневого двигателя каждый клапан должен открываться в нужное время, оставаться открытым в течение необходимого периода времени и закрываться в нужное время.Впускные клапаны открываются непосредственно перед тем, как поршень достигает верхней мертвой точки, а выпускные клапаны остаются открытыми после достижения верхней мертвой точки. Следовательно, в определенный момент оба клапана открыты одновременно (конец такта выпуска и начало такта впуска). Такое перекрытие клапанов обеспечивает лучший объемный КПД и снижает рабочую температуру цилиндра. Эта синхронизация клапанов контролируется приводным механизмом клапана и называется синхронизацией клапана.

Подъем клапана (расстояние, на которое клапан поднимается от своего седла) и продолжительность клапана (время, в течение которого клапан остается открытым) определяются формой выступов кулачка.Типичные выступы кулачка показаны на рисунке 1. Часть выступа, которая плавно запускает движение рабочего механизма клапана, называется пандусом или ступенькой. Наклон обработан на каждой стороне выступа кулачка, чтобы коромысло могло свободно контактировать с наконечником клапана и, таким образом, уменьшать ударную нагрузку, которая могла бы возникнуть в противном случае. Привод клапана состоит из кулачкового кольца или кулачкового вала, снабженного выступами, которые работают против кулачкового ролика или кулачкового толкателя.

Рисунок 1.Типичные выступы кулачка

[Рис. 2 и 3] Кулачковый толкатель толкает шток толкателя и шаровую втулку, приводя в действие коромысло, которое, в свою очередь, открывает клапан. Пружины, которые скользят по штоку клапанов и удерживаются на месте стопорной шайбой пружины клапана и шпонкой штока, закрывают каждый клапан и толкают клапанный механизм в противоположном направлении. [Рисунок 4]

Рис. 2. Привод клапана (радиальный двигатель)

Рисунок 3.Механизм привода клапана (оппозитный двигатель)

Рисунок 4. Типичный набор пружин клапана, используемый для гашения колебаний. Для защиты от поломки используются несколько пружин

Кулачковые кольца

Клапанный механизм радиального двигателя приводится в действие одним или двумя кулачковыми кольцами, в зависимости от количества рядов цилиндров.В однорядном радиальном двигателе используется одно кольцо с двойной кулачковой дорожкой. Одна дорожка управляет впускными клапанами, другая — выпускными. Кулачковое кольцо представляет собой круглый кусок стали с рядом кулачков или выступов на внешней поверхности. Поверхность этих выступов и пространство между ними (по которому движутся ролики кулачка) называется дорожкой кулачка. Когда кулачковое кольцо вращается, выступы заставляют кулачковый ролик поднимать толкатель в направляющей толкателя, тем самым передавая усилие через толкатель и коромысло, чтобы открыть клапан.В однорядном радиальном двигателе кулачковое кольцо обычно располагается между понижающей передачей гребного винта и передним концом силовой части. В двухрядном радиальном двигателе второй кулачок для работы клапанов заднего ряда установлен между задним концом силовой части и секцией нагнетателя.
Кулачковое кольцо установлено концентрично с коленчатым валом и приводится в движение коленчатым валом с пониженной скоростью через узел промежуточной ведущей шестерни кулачка. Кулачковое кольцо имеет два параллельных набора выступов, разнесенных по внешней периферии: один набор (кулачковая дорожка) для впускных клапанов, а другой — для выпускных клапанов.Используемые кулачковые кольца могут иметь четыре или пять выступов как на впускной, так и на выпускной дорожках. Время срабатывания клапана определяется расстоянием между этими выступами, а также скоростью и направлением, с которыми кулачковые кольца приводятся в действие, в зависимости от скорости и направления коленчатого вала.

Способ управления кулачком зависит от двигателей разных производителей. Кулачковое кольцо может иметь зубья как на внутренней, так и на внешней периферии. Если редуктор входит в зацепление с зубьями на внешней стороне кольца, кулачок поворачивается в направлении вращения коленчатого вала.Если кольцо приводится в движение изнутри, кулачок поворачивается в направлении, противоположном коленчатому валу. [Рисунок 2]

Четырехлепестковый кулачок можно использовать как в семицилиндровом, так и в девятицилиндровом двигателе. [Рис. 5] На семи цилиндрах он вращается в том же направлении, что и коленчатый вал, а на девяти цилиндрах — противоположно вращению коленчатого вала. На девятицилиндровом двигателе расстояние между цилиндрами составляет 40 °, а порядок зажигания — 1-3-5-7-9-2-4-6-8. Это означает, что между импульсами зажигания есть промежуток 80 °.Расстояние между четырьмя выступами кулачкового кольца составляет 90 °, что больше, чем расстояние между импульсами. Следовательно, чтобы получить правильное соотношение между работой клапана и порядком зажигания, необходимо вращать кулачок против вращения коленчатого вала. При использовании четырехлепесткового кулачка на семицилиндровом двигателе расстояние между рабочими цилиндрами больше, чем расстояние между кулачками. Следовательно, кулачок должен вращаться в том же направлении, что и коленчатый вал.

Рисунок 5.Радиальные двигатели, стол кулачковых колец

Распредвал

Клапанный механизм оппозитного двигателя приводится в действие распределительным валом. Распределительный вал приводится в движение шестерней, которая сопряжена с другой шестерней, прикрепленной к коленчатому валу. [Рис. 6] Распределительный вал всегда вращается с половинной скоростью вращения коленчатого вала. При вращении распределительного вала выступы заставляют толкатель в сборе подниматься в направляющей толкателя, передавая усилие через толкатель и коромысло, открывая клапан. [Рисунок 7]

Рисунок 6.Кулачковый приводной механизм оппозитный авиационный двигатель

Рис. 7. Кулачковая нагрузка на корпус подъемника

Толкатель в сборе

Толкатель в сборе состоит из:

1. Цилиндрический толкатель, который скользит внутрь и наружу в направляющей толкателя, установленной в одной из секций картера вокруг кулачкового кольца
2. Толкатель, повторяющий контур кулачкового кольца и выступов
3. Гнездо для шарика толкателя или гнездо для толкателя
4. Пружина толкателя

Функция толкателя в сборе заключается в преобразовании вращательного движения выступа кулачка в возвратно-поступательное движение и в передаче этого движения на толкатель, коромысло, а затем на наконечник клапана, открывая клапан в нужное время.Пружина толкателя предназначена для заполнения зазора между коромыслом и наконечником клапана для уменьшения ударной нагрузки при открытии клапана. В толкателе просверливается отверстие, позволяющее моторному маслу течь к полым толкателям для смазки узлов коромысла.

Твердые подъемники / толкатели

Твердотопливные подъемники или толкатели кулачков обычно требуют, чтобы зазор клапана регулировался вручную с помощью винта и контргайки. Клапанный зазор необходим для обеспечения того, чтобы клапан имел достаточный зазор в клапанной последовательности для полного закрытия.Эта регулировка или проверка требовали постоянного технического обслуживания до тех пор, пока не использовались гидравлические подъемники.

Толкатели / толкатели гидравлических клапанов

Некоторые авиационные двигатели включают гидравлические толкатели, которые автоматически поддерживают нулевой зазор клапана, устраняя необходимость в каком-либо механизме регулировки зазора клапана. Типичный гидравлический толкатель (толкатель клапана с нулевым зазором) показан на рисунке 8. Когда клапан двигателя закрыт, поверхность корпуса толкателя (толкатель кулачка) находится на основной окружности или на задней части кулачка.

Рисунок 8. Толкатели гидравлических клапанов

[Рис. 8] Пружина легкого плунжера поднимает гидравлический плунжер так, что его внешний конец контактирует с гнездом толкателя, оказывая на него легкое давление, тем самым устраняя любой зазор в рычажном механизме клапана. Когда плунжер движется наружу, шаровой обратный клапан выходит из своего седла. Масло из подающей камеры, которая напрямую связана с системой смазки двигателя, перетекает и заполняет напорную камеру.При вращении распределительного вала кулачок толкает корпус толкателя и гидроцилиндр подъемника наружу. Это действие заставляет шаровой обратный клапан садиться на свое седло; таким образом, масло, захваченное в камере давления, действует как подушка. В течение интервала времени, когда клапан двигателя находится в нерабочем положении, между плунжером и отверстием цилиндра возникает заданная утечка, которая компенсирует любое расширение или сжатие в клапанном механизме. Сразу после закрытия клапана двигателя количество масла, необходимое для заполнения камеры давления, поступает из камеры подачи, готовясь к следующему циклу работы.
Гидравлические подъемники клапана обычно регулируются во время капитального ремонта. Они собираются всухую (без смазки), зазоры проверяются, а регулировка обычно производится с помощью толкателей разной длины. Устанавливается минимальный и максимальный клапанный зазор. Любое измерение между этими крайними значениями допустимо, но желательно примерно посередине между крайними значениями. Гидравлические подъемники с клапанами требуют меньшего обслуживания, лучше смазываются и работают более тихо, чем подъемники с винтовой регулировкой.

Толкатель

Толкатель трубчатой ​​формы передает подъемную силу от толкателя клапана на коромысло. Шарик из закаленной стали вдавливается в каждый конец трубы. Один шаровой конец входит в гнездо коромысла. В некоторых случаях шарики находятся на толкателе и коромысле, а гнезда — на толкателе. Трубчатая форма используется из-за ее легкости и прочности. Это позволяет смазочному маслу двигателя под давлением проходить через полый шток и просверленные концы шариков для смазки концов шариков, подшипника коромысла и направляющей штока клапана.Шток толкателя заключен в трубчатый корпус, который простирается от картера к головке блока цилиндров и называется трубками толкателя.

Коромысло

Коромысла передают подъемную силу от кулачков к клапанам. [Рис. 9] Узлы коромысла поддерживаются подшипником скольжения, роликом или шарикоподшипником или их комбинацией, которая служит шарниром. Обычно один конец рычага упирается в толкатель, а другой — на шток клапана. Один конец коромысла иногда имеет прорези для установки стального ролика.Противоположный конец имеет либо резьбовой разъемный зажим и стопорный болт, либо резьбовое отверстие. Рычаг может иметь регулировочный винт для регулировки зазора между коромыслом и наконечником штока клапана. Винт можно отрегулировать до указанного зазора, чтобы обеспечить полное закрытие клапана.

Рис. 9. Коромысла оппозитных рычагов двигателя

Пружины клапана

Каждый клапан закрывается двумя или тремя винтовыми пружинами.Если бы использовалась единственная пружина, она бы вибрировала или колебалась с определенной скоростью. Чтобы устранить эту трудность, на каждом клапане устанавливают две и более пружин (одна внутри другой). Каждая пружина вибрирует с разной частотой вращения двигателя, и в результате происходит быстрое гашение всех скачков пружины во время работы двигателя. Две или более пружины также снижают опасность ослабления и возможного выхода из строя в результате поломки из-за нагрева или усталости металла. Пружины удерживаются на месте с помощью разъемных замков, установленных в выемке верхнего фиксатора пружины клапана или шайбы, и входят в паз, выточенный в штоке клапана.Пружины клапана предназначены для закрытия клапана и надежного удержания клапана на седле клапана.
СВЯЗАННЫЕ ЗАПИСИ Общие требования к авиационным двигателям
Типы двигателей
Поршневые двигатели
Порядок работы Клапаны

Функции клапана

от Kwik-Way Products Inc.

За последние три или четыре десятилетия в автомобильной промышленности наблюдалось значительное сокращение количества выполняемых операций по обслуживанию клапанов.Причиной было сжигание этилированного высокооктанового топлива в двигателях с высокой степенью сжатия, развивающих большую мощность.

Даже когда эти двигатели нуждались в обслуживании клапанов, владелец автомобиля мог не знать об этом, потому что двигатель его машины имел большой избыток мощности, который он почти никогда не использовал.

Сегодня картина меняется. Более низкая степень сжатия и неэтилированное топливо — в порядке вещей. Они являются результатом необходимости уменьшить загрязнение воздуха. И с этими новыми условиями возникает необходимость в поддержании высокого КПД двигателя, если необходимо соблюдать стандарты производительности и контроля выбросов

Несоосность клапана может возникнуть в сравнительно новом двигателе любой марки.Сколько операторов автомобилей знают или понимают это? Оператор сервисной мастерской должен начать разрабатывать новые средства и методы продажи услуг, особенно для владельцев автомобилей, о важности обслуживания клапанов и седел клапанов. Он может легко сделать это, объяснив преимущества, которые дает операция перенастройки клапана.

Выше новый клапан, точный и механически точный во всех своих пропорциях — в том состоянии, в котором он установлен в двигателе.Поверхность клапана и шток клапана концентричны с одной и той же центральной линией — центральной линией самого штока клапана.	Сверху показан перекос клапана. Деформация происходит только в той части, которая подвергается сильному нагреву — части над направляющей — и в головке клапана. Поверхность клапана должна быть восстановлена ​​до соосности с той частью штока, которая работает в направляющей.

БЛОКИ ДВИГАТЕЛЯ МЕНЯЮТ ФОРМУ ВО ВРЕМЯ СЕЗОНА — ОБЫЧНО В ТЕЧЕНИЕ ПЕРВЫХ ПЯТИ ТЫСЯЧ МИЛЬ

Много лет назад у производителей двигателей было принято складывать блоки цилиндров в непогоду, чтобы они стали выдержанными.Они были соединены шнурами, как дерево. Между сваями были проложены рельсы, и рабочие постоянно были заняты внесением блоков и обращением сначала вверх, а затем вниз; затем снова выставить их на погоду на другой период приправы между операциями машины. Все это было сделано для устранения деформации отливки. Эта операция по приправке, как правило, длилась от шести месяцев до года после отливки.

Сравните это с нашим современным методом заливки железной руды в электрическую печь и вывода ее из завода через 48–60 часов — полностью работающий двигатель.Эти блоки подвергаются нормализации или термообработке для устранения деформаций литья. Но помните! Когда эти блоки нагреваются и охлаждение в течение определенного периода времени при работе двигателя, или когда гайки или болты головки не затягиваются равномерно с помощью динамометрического ключа, различные формы и радиусы коллектора рядом с направляющей клапана вызовут смещение направляющей относительно направляющей. сиденье, и его необходимо откорректировать, чтобы добиться максимальной производительности двигателя.

ЗАКРЕПЛЕННЫЕ СЕДЛА КЛАПАНОВ ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ КЛАПАНОВ ОТ УДАРА С момента введения затвердевших седел клапанов, клапан не может забиваться, как раньше.Следовательно, смещение, вызванное деформацией или изменением формы металла в блоке, приведет к трению между штоком клапана и направляющей клапана. Это скоро приведет к износу направляющей клапана, а также штока клапана до такой степени, что частично снизится эффективность клапанов. На рисунке выше изображена нормально изношенная направляющая клапана. Его носят в точках A-B вверху слева и внизу справа по той причине, что седло клапана находится выше с правой стороны. Клапан сначала ударяется о верхнюю часть седла, а затем отскакивает влево.Когда пружина клапана тянет клапан вниз, трение штока клапана вызывает износ, как показано на рисунке.

БЛОК ИСКУССТВОВАН, ЕСЛИ ГОЛОВНЫЕ ГАЙКИ ЗАТЯГИВАЮТСЯ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО КЛЮЧА

Еще одним фактором, влияющим на смещение клапана, является деформация деформации, возникающая в блоке или головке из-за неравномерности затяжки, которая возникает, когда динамометрический ключ не используется. Из-за различий в позе оператора и других человеческих факторов некоторые гайки или болты головки блока цилиндров затягиваются чрезмерно, если крутящий момент не измеряется.Это всегда происходит, когда динамометрический ключ не используется. При затяжке гаек или болтов головки соблюдайте заводские рекомендации по крутящему моменту.

Если вы проверите седло клапана, ближайшее к болтам, которые сильно затянуты, вы обнаружите, что часть седла, ближайшая к болту, будет изношена до блеска; в то время как сторона сиденья, противоположная или удаленная от болта, будет изъедена или сожжена. Отсюда следует, что правильно выровненная работа клапана может быть легко испорчена неправильной затяжкой гаек или болтов головки блока цилиндров.

Правильно выровненная работа клапана может быть легко испорчена неправильной затяжкой гаек или болтов головки блока цилиндров. Лекарство простое. Динамометрическим ключом пользоваться так же легко, как и любой головной рукояткой.

МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ ДЛЯ ПЕРЕУСТАНОВКИ СЕДЛА КЛАПАНОВ Сегодня используется несколько периодов времени для определения местоположения шлифовального станка для переналадки и восстановления поверхности седел клапанов. Однако есть один общепринятый метод, который никогда не улучшался в инженерной практике. Например, в механических цехах в течение последних тридцати или сорока лет было обычной практикой использовать так называемые «машинные оправки».«Это кусок закаленной и отшлифованной стали с микроскопическим конусом от конца до конца. Каждый раз, когда прецизионная деталь с отверстием в центре возвращалась на токарный станок для обработки, такая оправка использовалась для сохранения концентричности работы станка с отверстие в центре детали. Компания Kwik-Way Manufacturing Company признала безупречную точность этой процедуры и разработала коническую оправку, которая будет использоваться для центрирования операции выравнивания седла клапана.Применение этой оправки для обслуживания седел клапанов защищено патентами, принадлежащими Kwik-Way Manufacturing Company, и, хотя она широко имитируется, она не доступна или не должна быть доступна для этого использования другими производителями.

НЕТ, НО КОНУСНАЯ ОПОРА ПРАВИЛЬНО ВЫРАВНИВАЕТ РАБОТУ ВОССТАНОВЛЕНИЯ СЕДЛА КЛАПАНА Коническая оправка Kwik-Way, широко известная как Pilot, имеет микроскопическую конусность по всей штанге (той части, которая входит в направляющую).Когда он вставлен в направляющую, он выравнивается от наименее изношенной части направляющей, которая направлена ​​к центру, а не от частей раструба на обоих концах. Обратите внимание (рисунок справа), что оправка не соприкасается с изношенными частями A-B в верхней и нижней части направляющей и не смещается из-за этих изношенных частей. Он точно выравнивается по неизношенной части. Эксцентриметр Kwik-Way (ниже) измеряет концентричность седла клапана относительно направляющей. Некоторые из имитаций имеют прямую поверхность для большей части стержня с конической или пробковой частью примерно на дюйм вверху.Поскольку клапан смещен с одной стороны направляющей клапана из-за несоосности и особенностей натяжения пружины клапана, износ, вызванный смещением штока клапана с одной стороны, делает верхнюю часть направляющей наиболее неудовлетворительной точкой с точки зрения который нужно найти для ремонта сиденья. Седло не подлежит ремонту и выравниванию, поэтому оно будет концентричным с фактической центральной линией направляющей клапана.

ПРОВЕРКА ИЗНОСА НАПРАВЛЯЮЩЕЙ КЛАПАНА

При ремонте седла клапана в двигателе, который уже много лет использовался, сначала необходимо определить, не превышает ли износ направляющей точки, в которой направляющая будет пригодна для дальнейшего использования.

С помощью конической оправки Kwik-Way можно определить степень износа. Конические оправки Kwik-Way производятся с шагом в одну тысячную дюйма в размерах меньшего и большего размера. Используя ряд оправок, можно легко определить степень износа направляющей. Когда оправка вставлена ​​в направляющую, она фактически становится пробкой для изношенной направляющей. Не рекомендуется использовать направляющие с износом более 0,003 дюйма.

Вставьте оправку другого типа в направляющую клапана, где имеется значительный износ сверху и снизу.Попробуйте использовать такую ​​оправку, как упомянуто в предыдущих параграфах, и будет чрезмерное смещение из-за вклинивания пробки или конической части оправки в изношенную часть направляющей. Обратите внимание (рисунок слева), что коническая или пробковая верхняя часть оправки или пилота этого типа будет контактировать с верхней изношенной частью направляющей, что также приводит к контакту нижней части с нижней изношенной частью направляющей. Следовательно, он смещен из-за этих изношенных частей. Проверив такую ​​оправку индикатором, легко доказать это, поскольку практически невозможно получить одно и то же показание дважды.Коническая оправка Kwik-Way может быть повторно вставлена ​​любое количество раз и проверена индикатором, и будет доказано, что она будет правильно выравниваться при каждой установке. Будет обнаружено, что седло, выточенное из конической оправки Kwik-Way, концентрично с фактической центральной линией направляющей штока клапана.

КЛАПАНЫ ДВИГАТЕЛЯ ВЫПОЛНЯЮТ ФУНКЦИИ, ЗА ИСКЛЮЧЕНИЕМ СЖАТИЯ УПЛОТНЕНИЯ Клапаны в двигателе выполняют множество функций. Во-первых, они должны позволять забор топлива и воздуха.Затем они должны уплотнить сжатие. После взрыва выпускной клапан должен позволять сгоревшим газам выходить из камеры сгорания. Затем есть еще одна функция, которую должны выполнять клапаны. Они должны направлять эти газы и обеспечивать им возможность входить и выходить из камеры сгорания как можно быстрее, и, когда газы покидают камеру сгорания, они должны быть направлены таким образом, чтобы они не завихрялись или не забивались каким-либо образом. это предотвратит полную очистку цилиндра.Ужасное давление, при котором газы проходят через выпускной коллектор, обычно создает вакуум в цилиндре, что, в свою очередь, способствует полной продувке цилиндра.

Много лет назад, до того, как двигатели работали на высокой скорости, вопрос обтекаемости газов не считался важным. Если учесть, что при средней скорости 50 миль в час в каждом цилиндре каждую секунду происходит двадцать воздухозаборников, двадцать взрывов и двадцать выхлопов, нетрудно понять важность оптимизации расхода газов.Сегодня автомобильные инженеры осознают это и во многих случаях изменили форму клапана в сторону дизайна тюльпана или сконструировали их с большим буртиком на нижней стороне клапана. Этот патрубок предназначен для обтекания газов таким образом, чтобы они беспрепятственно выходили из выпускного коллектора. Большинство тарельчатых клапанов сделаны под углом в сорок пять градусов, и, будучи круглыми, они позволяют (при условии, что клапан правильно выровнен) выхлопные газы устремляться навстречу друг другу по кругу и под огромным давлением с огромной скоростью.Это фактически создает вакуум, который полностью очищает цилиндр. Если газы не направляются за патрубок под клапан, они сталкиваются и, так сказать, завихрение, которое вызовет скопление в коллекторе. Это скопление будет препятствовать правильному удалению газов.

ФОРМУ ОТВЕРСТИЙ КЛАПАНА НЕ ИЗМЕНЯЙТЕ

По этой причине обслуживающий персонал должен избегать вырезания отверстия под седлом клапана и должен быть очень внимательным, чтобы не повредить радиус, который может быть над седлом клапана, особенно в дизельных двигателях.Этот радиус был специально помещен туда конструктором двигателя.

НЕПРАВИЛЬНОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ КЛАПАНОВ И СЕДЛА КЛАПАНОВ ВЛИЯЕТ НА ПРОТЯЖЕНИЕ ГАЗОВ

Поскольку форма клапана и штока влияет на обтекаемость газов, смещенный клапан или седло клапана деформировано из-за неравномерно затянутых болтов с головкой, что очень серьезно повлияет на работу двигателя. Время будет изменено в результате того, что клапан сначала контактирует с верхней частью, а затем вступает в контакт с седлом за счет натяжения пружины.Время, которое проходит между контактом высокой точки и контактом клапана с седлом, хотя и является чрезвычайно коротким, действительно имеет большое значение из-за хода поршня. Рассмотрим выпускной клапан, который был смещен, или седло клапана было деформировано из-за отсутствия контроля крутящего момента, в результате чего клапан сначала контактирует с одной стороной седла. Это приводит к более быстрому охлаждению клапана на этой стороне — сжатию галтели — в результате чего клапан сильнее давит на седло в одной точке, в то время как остальная часть клапана открыта с трещинами.Обычно такая трещина раскрывается шириной 0,015 дюйма. Таким образом, горячие газы, выходящие из камеры сгорания, проходят только через часть клапана, заставляя галтели расширяться на нем. конкретная сторона, которая открывает отверстие еще шире, что еще больше ухудшает положение клапана.

Поскольку газы, которые проходят через эту утечку, не встречаются с газами, которые должны проходить со стороны, которая закрыта, они ударяются о выпускной коллектор с одной стороны, вызывая завихрение потока газа (см. Стр. 11).Это вызовет закупорку, которая предотвратит полную продувку цилиндра, так что когда поршень

достигает верхней точки хода продувки, в цилиндре будет небольшое сжатие. Это можно сравнить с превращением шланга высокого давления в слив в тазу. Струя, ударяющая в чашу «лоб в лоб», закружится или закипит, а чаша наполнится и вытечет через край. Слегка направив поток в одну сторону, можно убедиться, что слив удовлетворительно справляется с потоком воды.Таким образом, очевидно, что поршню придется частично вернуться назад, чтобы ослабить это небольшое сжатие, прежде чем можно будет начать всасывание газа (см. Стр. 14). Это было бы эквивалентом укорочения хода двигателя с последующей потерей мощности, не говоря уже о результатах, которые могут возникнуть в результате того, что выхлопные газы останутся с горючей смесью, которая втягивается во время такта впуска.

Поршень находится в «нижней мертвой точке» как раз в начале такта выпуска.Смещенный выпускной клапан вызывает завихрение газов, что вызывает скопление в выпускном коллекторе и препятствует надлежащей продувке цилиндра.

Показывает расстояние перемещения поршня в течение первых 45 ° хода выпуска. Он также показывает идеальное состояние с правильно отрегулированными клапанами. Обратите внимание на оптимизацию выхлопных газов для быстрой и полной продувки цилиндра.

Показан полностью открытый изогнутый выпускной патрубок с закрытым впускным клапаном в начале последних 45 ° такта выпуска.Продолжающаяся завихрение газов в выпускном коллекторе замедляет быструю продувку цилиндра.

Расстояние хода поршня при первых 45 ° всасывания. Застой в выпускном коллекторе препятствовал полной продувке, в результате чего в цилиндре возникла небольшая компрессия. Поэтому поршень должен немного сдвинуться вниз, чтобы ослабить это сжатие, прежде чем можно будет начать всасывание газа. Это эквивалентно сокращению хода двигателя.

Поршень продолжает движение, пока клапан неправильно соскальзывает с седла или на седле

Поршень может завершить одну пятую своего хода к тому моменту, когда смещенный выпускной клапан полностью коснется седла.В обычном двигателе клапан поднимается кулачком примерно на 0,001 дюйма, в то время как маховик перемещается на угол от двух до трех градусов, в зависимости от марки двигателя. Если клапан приоткрыт до 0,015 дюйма на один стороны, поэтому у нас будет ход поршня в три градуса, умноженные на 0,015 дюйма, или сорок пять градусов хода кривошипа. Рассмотрим это в связи с тем фактом, что когда автомобиль движется со скоростью 50 миль в час, обратная действие поршня составляет примерно двадцать раз в секунду, и когда порт клапана не полностью открыт полностью, поршень идет вверх, создает небольшое сжатие, как было описано ранее, и возвращается примерно на расстояние, представленное сорок пять градусов хода кривошипа, прежде чем всасываемые газы войдут в цилиндр.

РЕЗУЛЬТАТ ПОЗДНЕГО ДЕЙСТВИЯ КЛАПАНА

В случае крайнего смещения впускных и выпускных клапанов, часть этой небольшой компрессии в цилиндре может быть принудительно направлена ​​во впускной коллектор, вызывая преждевременное зажигание. Это заметно на более высоких скоростях, и на это указывает периодический кашель или обратная вспышка двигателя.

Определенно, производительность клапана — это гораздо больше, чем функция уплотнения сжатия. В двигателях одной из популярных марок, когда шейка кривошипа перемещается из верхней мертвой точки в точку, равную сорока пяти градусам, поршень опускается примерно на двадцать процентов своего хода.Поршень того же двигателя при повороте на сорок пять градусов от нижней мертвой точки поднимется только на тринадцать процентов своего хода. Другими словами, поршень перемещается на большее расстояние при 45 градусах хода от верхней мертвой точки (см. Стр. 14), чем на такое же расстояние от нижней мертвой точки (см. Стр. 12), и это когда поршень находится вверху, выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается. Если вы обратитесь к последним «Данным по времени работы клапана», то обнаружите, что в некоторых двигателях впускной клапан открывается на 26 градусов перед верхней мертвой точкой, а в том же двигателе выпускные клапаны закрываются на 34 градуса после остановки. центр.Это означает, что оба клапана открыты одновременно на шестьдесят градусов.

Если принять во внимание эти факторы, следует признать, что перекос клапана на 0,001 дюйма является одним из наиболее важных размерных элементов в двигателе.

Фактические испытания показали, что если обычный клапан ударит по седлу клапана с одной стороны на 0,001 дюйма раньше, чем с другой, потребуется зазор 0,010 дюйма между штоком клапана и направляющей в нижней части направляющей клапана. чтобы клапан опирался на противоположную сторону от этого седла, не сгибая шток.Поистине, выравнивание клапана чрезвычайно важно.

Многие операторы сервисных центров заявляют, что полностью удовлетворены полученными результатами. Они также утверждают, что у них нет проблем. Возможно, у них нет проблем, но у владельцев двигателей, которые они обслуживают, есть проблемы. В большинстве случаев они не знают, где существует проблема или где винить, потому что они никогда не знали, что производительность двигателя может быть восстановлена ​​до эквивалента новой после того, как двигатель проработал некоторое время.Многие механики думают, что, поскольку у них есть зазор 0,002 дюйма или 0,003 дюйма между штоком клапана и направляющей клапана, у них есть столько возможностей поиграть, как шток клапана в холодном состоянии на 0,003 дюйма, а иногда и на 0,004 дюйма меньше, чем отверстие в клапане. гид. Этот зазор был оставлен инженером для обеспечения возможности расширения штока клапана в верхней части направляющей, поэтому место для масляной пленки останется только при прогретом и работающем двигателе. Есть двигатели, в которых используются направляющие клапана с конусом до 0,004 дюйма, но инженеры хотели уменьшить этот зазор до нормального, когда сам шток клапана нагревается и расширяется.

НЕОБХОДИМО ПРАВИЛЬНОЕ ВЫРАВНИВАНИЕ

При исправлении деформированного или смещенного клапана, чтобы он работал должным образом при установке в двигатель, поверхность клапана должна быть восстановлена ​​до соосности с центральной линией той части штока, которая работает в направляющей клапана. Мокрая шлифовка считается необходимостью для современных клапанов, и все новые устройства для торцевания клапанов включают систему охлаждения.

На приведенном выше рисунке показан эффект удержания клапана в патроне, который захватывает конец штока в конусе, и, как указано галочками, в деформированной части над ходом направляющей.Клапан, зажатый таким образом, не может быть повернут концентрично своему первоначальному центру. Обратите внимание, что поверхность клапана находится вне центра оси штока. Такой клапан не может герметизировать сжатие.

На этой иллюстрации мы видим эффект удержания клапана в патроне, который захватывает его только за деформированную часть, что обозначено четырьмя галочками. Обратите внимание на истинную осевую линию «AB» и ложную центральную линию «CD», установленные этой операцией переточки. Поскольку этот клапан перевернут по касательной к истинному центру, это приведет к утечке сжатия.

Чтобы правильно исправить деформацию или перекос клапана, необходимо захватить шток клапана в двух местах трехточечным захватом в той части штока, которая работает в направляющей, как показано на этом рисунке. Мы не знаем другого способа добиться нужных результатов. Обратите внимание, что эта готовая поверхность клапана концентрична с истинной центральной линией клапана. Заштрихованная часть «E» показывает удаленный металл. Патрон Kwik-Way (показан ниже) был разработан для достижения этих результатов.Хотя ему разными способами подражали, он никогда не копировался определенно.

Любая поверхность клапана, которая не концентрична с частью штока, работающей в направляющей, будет контактировать с седлом клапана только на небольшой части его окружности. Он будет хлопать, подпрыгивать, шумно, течь сжимать и влиять на фазы газораспределения. Правильно отрегулированный клапан будет контактировать с седлом клапана по всей его окружности, и шток клапана будет «плавать» в направляющей без трения штока клапана. Результатом станет экономия топлива и использование всей возможной мощности.

ШЛИФОВАЛЬНАЯ МАССА

Тот факт, что использование шлифовальной пасты не обеспечит эффективных результатов при повторной установке клапана, был принят властями отрасли в течение ряда лет. Можно, используя компаунд, создать соединение между клапаном и седлом клапана, когда двигатель холодный, но как только клапан нагревается от естественного тепла двигателя, часть, которая была отшлифована состав не будет контактировать с седлом из-за расширения металла.Вот почему. — Головка клапана диаметром 2 дюйма, нагретая до 1450 ° (нормальная температура работающего выпускного клапана), расширяется на 0,016 дюйма или 0,008 дюйма с каждой стороны от центра. Это означает, что клапан поднимется на седло. На рисунке ниже показан клапан и седло, «притертое» компаундом. Когда двигатель холодный, клапан и седло, по-видимому, образуют полный контакт; но когда клапан нагревается и поднимается, часть притирается к компаунд на самом деле вообще не контактирует с сиденьем, и это невозможно когда-либо при работающем двигателе.Благодаря использованию конической оправки Kwik-Way для выравнивания операции повторной установки клапана, герметичное соединение может быть закреплено между клапаном и седлом клапана, и это соединение будет эффективным независимо от того, горячий или холодный клапан. Использование компаунда на таком отрегулированном клапане действительно окажется вредным.

ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Дизельные двигатели сегодня занимают очень важное место в сфере обслуживания. Знания о дизельных двигателях должен получить каждый, кто работает в сфере обслуживания, и как можно быстрее.В дизельных двигателях двухтактного типа любая тенденция к столкновению или завихрению сгоревших газов при их выходе будет задерживать выброс и переносить время до точки, где будут иметь место вредные последствия, поскольку в двигателе этого типа должны быть полный впуск свежего воздуха, сжатие и зажигание за один оборот в триста шестьдесят градусов. Кроме того, сгоревшие газы необходимо удалить из цилиндров и охладить выпускной клапан для следующей операции. Выхлопные клапаны охлаждаются, когда они находятся на седле.Интересно отметить, что выпускной клапан в двухтактном двигателе имеет на шестьдесят процентов меньше времени для охлаждения, чем клапаны в четырехтактном двигателе.

Недавно была проведена проверка двухтактного дизельного двигателя, используемого на транспорте. Этот конкретный двигатель работал с расходом топлива около сорока галлонов в час при полностью открытой дроссельной заслонке и при полной нагрузке, тогда как двигатель был рассчитан на удовлетворительную работу в этих условиях на скорости около девяти галлонов в час.Двигатель эксплуатировался с перерывами двадцать три дня. В качестве теоретического анализа причины чрезмерного расхода топлива рассмотрим следующее:

После снятия головок цилиндров было обнаружено, что смещение седел составляет около 0,01 6 дюймов. Смещение клапанов не проверялось. Чрезмерный расход топлива был результатом смещения клапана и седла клапана. Инжекторы были проверены и Было обнаружено, что все в порядке. Компрессия казалась нормальной, и нагнетатели для продувки цилиндров создавали нормальное давление, чтобы выдувать сгоревшие газы из цилиндров.В этом конкретном двигателе впрыск топлива происходит на 5 ° впереди центра на холостом ходу. Рабочий ход завершается примерно при 100 °, в это время выпускные клапаны в головке цилиндров открываются, позволяя сбросить огромное давление в цилиндре. Выпускные клапаны открыты на срок

. РЕЖИМ КЛАПАНА 2-ЦИКЛОВОГО ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

137 °. Примерно в пятьдесят раз превышающий нормальный объем цилиндра при атмосферном давлении в сжатых газах должен быть исключен через выпускные клапаны, поскольку поршень движется вниз, открывая отверстия в цилиндре и впуская воздух для продувки.Эти порты открыты на 50 ° с каждой стороны от нижней мертвой точки. С момента открытия выпускных клапанов и открытия отверстий для воздуха поршнем, движущимся вниз, произошел ход коленчатого вала на 30 °. Другими словами, когда коленчатый вал достигает 130 °, поршень опускается вниз, открывает отверстия в цилиндре и пропускает воздух для продувки цилиндра. Эти порты закрываются движением поршня вверх. Затем выпускные клапаны закрываются, и поршень движется вверх, сжимая газы в соотношении примерно шестнадцать к одному.

Этот конкретный двигатель имел максимальные обороты в минуту. семьсот двадцать. Это означает, что он совершил один оборот за 1/12 секунды, а поскольку тридцать градусов составляют 1/12 часть оборота, то эквивалентное время, отведенное на сброс высокого давления, было равно 1/144 секунды.

Таблица клапанов производителя показывает, что выпускные клапаны открываются на 0,008 дюйма при шести градусах хода коленчатого вала. Следовательно, клапан, который был смещен на 0,016 дюйма или дважды 0,008 дюйма, будет равен примерно двенадцати градусам хода кривошипа, частично задерживая открытие клапанов.Двенадцать градусов из тридцати градусов оставляют восемнадцать градусов, а восемнадцать градусов будут равны 1/240 секунды вместо 1/1 44-й, как должно было быть. В конструкции этого двигателя тридцать градусов считалось достаточным временем, чтобы выпустить газы высокого давления. Очевидно, что при наличии какого-либо давления в цилиндрах, когда порты открыты, газы выдувают в воздушный коллектор, если давление превышает давление в воздушном коллекторе или величину, поддерживаемую воздуходувкой.(Воздуходувка поддерживает давление всего три фунта.)

Если некоторые из этих газов задерживаются в цилиндре из-за задержки, когда выпускные клапаны закрываются, тогда, если двигатель движется вокруг, пока не получит следующий впрыск топлива, и результирующий взрыв будет недостаточным или достаточным из-за неисправной смеси, Губернатор откроет форсунку и впустит больше топлива. Он снова взорвется при следующем обороте, и если ему все еще не хватает мощности, топливо будет увеличиваться все больше и больше, что приведет к несоразмерному соотношению и увеличит расход топлива до точки, которая будет недопустимой.Поскольку топливо поступает в цилиндры из одного места, а воздух из другого, может возникнуть очень плохая ситуация, которой не было бы в четырехтактном карбюраторном двигателе.

На этой иллюстрации показан огромный объем газа, который сжимается в цилиндрах дизельного двигателя, что примерно в пятьдесят раз превышает нормальный объем цилиндра при атмосферном давлении.

Помните, что седла клапанов в этом конкретном двигателе были смещены в среднем на 0,016 дюйма каждое.Несоосность клапанов не проверялась. С помощью системы научной коррекции клапанов и седел клапанов Kwik-Way клапаны и седла клапанов в этом двигателе были восстановлены до надлежащей соосности и соосности, что предотвратило сжатие на клапанах. В результате расход топлива был восстановлен до номинального уровня производителя, который составлял лишь около четверти топлива, которое было израсходовано в период смещения клапана.

Можно определенно увидеть, что если перекос клапана приведет к увеличению расхода топлива дизельным двигателем с номинальных девяти галлонов в час до сорока галлонов в час, то это же условие в равной или меньшей степени повлияет на другие двигатели дизельного двигателя. тип.Опять же, использование динамометрического ключа для затягивания болтов или гаек головки цилиндров необходимо для предотвращения деформации блока, которая может вызвать смещение и деформацию седла клапана.

Сегодняшний двигатель — это чудо совершенства. Он удовлетворительно работает при температурах от ста двадцати градусов выше нуля до двадцати — сорока градусов ниже нуля. У него быстрое ускорение и скорость вне пределов безопасности и тысячи миль удовлетворительной эксплуатации. Но было правдиво сказано, что не был построен двигатель, который нельзя было бы улучшить с помощью услуг, которые может оказать хорошо обученный механик, использующий надлежащее оборудование.

ПРЕЦИЗИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВХОДИТ В КОМПЛЕКТ

• ФОРМЫ КЛАПАНА
• МАШИНА ДЛЯ СЕДЛО КЛАПАНА
• СТРУКТУРА ЦИЛИНДРА
• СТРЕЛКИ ДВИГАТЕЛЯ
• ШЛИФОВАЛЬНЫЕ МАШИНЫ
• ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ ТОРМОЗОВ

Авторские права 1948 г., все права защищены
Kwik-Way Products Inc., 500 57th St., Marion, Iowa
Пересмотренное издание 1979 г.

Клапаны и порты в четырехтактных двигателях

Клапаны и порты в четырехтактных двигателях

Ханну Яэскеляйнен, Магди К.Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Компоненты, расположенные после впускного коллектора в четырехтактных дизельных двигателях, выполняют важные функции в управлении подачей воздуха в цилиндр. Тарельчатые клапаны регулируют синхронизацию потока в цилиндр и из него. Конструкция впускного канала влияет на пропускную способность двигателя, а также на объемное движение воздуха, поступающего в цилиндр.

Клапаны

По мере того, как воздушный поток проходит через различные компоненты и ступени впускной системы, различные свойства и характеристики всасываемого заряда были изменены для достижения общих целей системы управления всасываемым зарядом. Фильтр всасываемого воздуха обеспечивает надлежащую чистоту воздуха, состав наддувочного воздуха и содержание кислорода регулируются путем подачи рециркуляции отработавших газов во всасываемый воздух, а компрессор и охладитель наддувочного воздуха обеспечивают достижение целевых значений давления и температуры во впускном коллекторе и плотность всасываемого заряда. в проектных пределах.Несколько заключительных аспектов управления воздухом достигаются после того, как всасываемый заряд выходит из впускного коллектора и попадает в цилиндр. Клапаны или порты контролируют время подачи воздуха в цилиндр. Кроме того, канал между впускным коллектором и цилиндром может оказывать значительное влияние на поток, когда он входит в цилиндр, и может использоваться для передачи подходящего объемного движения и кинетической энергии заряду для поддержки смешивания воздуха, топлива и промежуточного сгорания. продукты в цилиндре.

В четырехтактных двигателях всасываемый газ поступает в цилиндр через порт, расположенный в головке цилиндра, и мимо клапана, используемого для открытия и закрытия порта.В двухтактных двигателях, обсуждаемых в другом месте, обычно используются отверстия в гильзе цилиндра, которые попеременно закрываются и не закрываются поршнем.

Рисунок 1 . Номенклатура цельного тарельчатого клапана

Поток газа в цилиндр и из цилиндра в 4-тактных двигателях контролируется почти исключительно тарельчатыми клапанами (рис. 1). Хотя использовались или предлагались другие конструкции клапана, кажется, что ни одна из них не может сравниться по надежности и герметизирующей способности с тарельчатым клапаном.Наиболее распространенной конструкцией тарельчатого клапана в автомобильной промышленности является цельный клапан, в котором весь клапан изготовлен из одного и того же материала. Однако доступны и другие варианты, в том числе:

• Конструкция приварного наконечника имеет отдельный наконечник, приваренный к штоку над канавкой. Наконечник может быть изготовлен из материала, который намного более износостойкий, чем остальная часть клапана.
• Конструкция, состоящая из двух частей, имеет отдельный шток, приваренный над галтелем, рис. 2 слева.
• Конструкция с внутренним охлаждением имеет полый шток, содержащий охлаждающую жидкость, такую ​​как металлический натрий или натрий-калиевая смесь, и обычно используется в высокопроизводительных выхлопных клапанах в экстремальных условиях, рис. 2 в центре.Пики температур клапана уменьшаются за счет «вибрирующего эффекта» расплавленного металла, и эти конструкции могут особенно хорошо выдерживать термические нагрузки. Температуру в полой шейке можно снизить примерно на 80–130 К, что снижает общий износ клапана и вкладыша седла клапана.
• Некоторые конструкции также имеют полую полость в головке клапана, содержащую металлический натрий, рис. 2, справа. Это продолжение классического полого клапана, заполненного натрием, с дополнительной полостью в головке клапана.Это может привести к дополнительным скачкам температуры в головке клапана и еще больше увеличить срок службы клапана.
• Сварная конструкция поверхности седла имеет седло клапана, которое приварено с твердым покрытием, чтобы лучше выдерживать условия, которые в противном случае привели бы к экстремальному износу седла клапана и / или коррозии.

Рисунок 2 . Примеры конструкций тарельчатого клапана

Слева: Двухсекционный клапан со сплошным штоком. Центр: Клапан с полым штоком.
Справа: Клапан с полым штоком с дополнительной полостью на головке клапана.

(Источник: Mahle)

В дополнение к различным стилям конструкции клапаны могут иметь различные усовершенствования конструкции для повышения их долговечности. Деформационное упрочнение поверхности седла может использоваться для умеренного увеличения износостойкости седла в тех случаях, когда сварная конструкция поверхности седла не требуется. Обработка поверхности стержня может использоваться для уменьшения трения и / или износа, особенно если в противном случае может возникнуть адгезионный износ. Алюминирование поверхности седла клапана, а иногда и поверхности сгорания для улучшения коррозионной стойкости в среде оксида свинца когда-то было популярным для двигателей, работающих на этилированном бензине.Крышки наконечников, установленные на конце штока клапана, могут использоваться для повышения износостойкости наконечников, когда сварка разнородных металлов является проблемой.

###

Рабочий механизм клапана (часть первая)

Для правильной работы поршневого двигателя каждый клапан должен открываться в нужное время, оставаться открытым в течение необходимого периода времени и закрываться в нужное время. Впускные клапаны открываются непосредственно перед тем, как поршень достигает верхней мертвой точки, а выпускные клапаны остаются открытыми после достижения верхней мертвой точки.Следовательно, в определенный момент оба клапана открыты одновременно (конец такта выпуска и начало такта впуска). Такое перекрытие клапанов обеспечивает лучший объемный КПД и снижает рабочую температуру цилиндра. Эта синхронизация клапанов контролируется приводным механизмом клапана и называется синхронизацией клапана.

Рисунок 1-23. Типичные выступы кулачка.

Подъем клапана (расстояние, на которое клапан поднимается от своего седла) и продолжительность клапана (время, в течение которого клапан остается открытым) определяются формой выступов кулачка.Типичные выступы кулачка показаны на Рисунке 1-23. Часть лепестка, которая плавно запускает движение рабочего механизма клапана, называется пандусом или ступенькой. Наклон обработан на каждой стороне выступа кулачка, чтобы коромысло могло свободно контактировать с наконечником клапана и, таким образом, уменьшать ударную нагрузку, которая могла бы возникнуть в противном случае. Привод клапана состоит из кулачкового кольца или кулачкового вала, снабженного выступами, которые работают против кулачкового ролика или кулачкового толкателя. [Рисунки 1-24 и 1-25] Кулачковый толкатель толкает шток толкателя и шаровое гнездо, приводя в действие коромысло, которое, в свою очередь, открывает клапан.Пружины, которые скользят по штоку клапанов и удерживаются на месте стопорной шайбой пружины клапана и шпонкой штока, закрывают каждый клапан и толкают клапанный механизм в противоположном направлении. [Рисунок 1-26] Рисунок 1-24. Клапанный привод (радиальный двигатель).

Кулачковые кольца

Клапанный механизм радиального двигателя приводится в действие одним или двумя кулачковыми кольцами, в зависимости от количества рядов цилиндров. В однорядном радиальном двигателе используется одно кольцо с двойной кулачковой дорожкой.Одна дорожка управляет впускными клапанами, другая — выпускными. Кулачковое кольцо представляет собой круглый кусок стали с рядом кулачков или выступов на внешней поверхности. Поверхность этих выступов и пространство между ними (по которому движутся ролики кулачка) называется дорожкой кулачка. Когда кулачковое кольцо вращается, выступы заставляют кулачковый ролик поднимать толкатель в направляющей толкателя, тем самым передавая усилие через толкатель и коромысло, чтобы открыть клапан. В однорядном радиальном двигателе кулачковое кольцо обычно располагается между понижающей передачей гребного винта и передним концом силовой части.В двухрядном радиальном двигателе второй кулачок для работы клапанов заднего ряда установлен между задним концом силовой части и секцией нагнетателя.

Рисунок 1-25. Клапан-приводной механизм (оппозитный двигатель).

Кулачковое кольцо установлено концентрично с коленчатым валом и приводится в движение коленчатым валом с пониженной скоростью через узел промежуточной ведущей шестерни кулачка. Кулачковое кольцо имеет два параллельных набора выступов, разнесенных по внешней периферии: один набор (кулачковая дорожка) для впускных клапанов, а другой — для выпускных клапанов.Используемые кулачковые кольца могут иметь четыре или пять выступов как на впускной, так и на выпускной дорожках. Время срабатывания клапана определяется расстоянием между этими выступами, а также скоростью и направлением, с которыми кулачковые кольца приводятся в действие, в зависимости от скорости и направления коленчатого вала. Способ управления кулачком зависит от двигателей разных производителей. Кулачковое кольцо может иметь зубья как на внутренней, так и на внешней периферии. Если редуктор входит в зацепление с зубьями на внешней стороне кольца, кулачок поворачивается в направлении вращения коленчатого вала.Если кольцо приводится в движение изнутри, кулачок поворачивается в направлении, противоположном коленчатому валу. [Рисунок 1-24] Рисунок 1-26. Типичный набор клапанных пружин, используемых для гашения колебаний. Для защиты от поломки используются множественные пружины.

Четырехкулачковый кулачок можно использовать как в семицилиндровом, так и в девятицилиндровом двигателе. [Рисунок 1-27] На семи цилиндрах он вращается в том же направлении, что и коленчатый вал, а на девяти цилиндрах — противоположно вращению коленчатого вала. На девятицилиндровом двигателе расстояние между цилиндрами составляет 40 °, а порядок включения — 1-3-5-7-9-2-4-6-8.Это означает, что между импульсами зажигания есть промежуток 80 °. Расстояние между четырьмя выступами кулачкового кольца составляет 90 °, что больше, чем расстояние между импульсами. Следовательно, чтобы получить правильное соотношение между работой клапана и порядком зажигания, необходимо вращать кулачок против вращения коленчатого вала. При использовании четырехлепесткового кулачка на семицилиндровом двигателе расстояние между рабочими цилиндрами больше, чем расстояние между кулачками. Следовательно, кулачок должен вращаться в том же направлении, что и коленчатый вал.