Что такое клапана в двигателе: Клапаны, устройство и назначение клапана

Клапаны, устройство и назначение клапана

Кла́пан — это устройство, предназначенное для открытия, закрытия, а также регулирования потока горючей смеси, которая попадает в цилиндры двигателя и выпуска отработавших газов.

Для нормальной работы четырехтактного двигателя требуется, как минимум, по два клапана на каждый цилиндр — впускной клапан и выпускной клапан. В данный момент широкое распространение получили клапаны тарельчатого типа со стержнем. Для качественного наполнения цилиндра горючей смесью диаметр тарелки впускного клапана делается немного больше, чем у выпускного.

 

Из чего изготавливают клапана

Седла клапанов изготавливаются из чугуна или стали, затем запрессовываются в головку блока цилиндров. Клапаны во время работы двигателя подвержены значительным механическим и тепловым нагрузкам, поэтому необходимо подбирать специальный сплав для изготовления детали.

Клапана для высокофорсированных двигателей должны хорошо охлаждаться, поэтому в них применяют клапаны с полым стержнем, с наполнением натрия внутри. При достижении рабочей температуры натрий плавится и начинает перетекать от тарелки клапана, к стержню равномерно распределяя тепло. Для равномерности теплопередачи и уменьшения нагара на фасках клапана применяют механизмы вращения клапана.

 

Виды ГРМ

Существуют следующие виды газораспределительных механизмов: нижнеклапанный ГРМ и верхнеклапанный ГРМ. Сегодня, на современных автомобилях, используются только верхнеклапанные ГРМ, когда клапаны располагаются в головке цилиндров.

Клапан удерживается в закрытом состоянии с помощью клапанной пружины, а открывается при нажатии на стержень клапана. Клапанные пружины должны иметь определенную жесткость (оптимальную, чтобы не увеличивать ударную нагрузку на седло клапана) для гарантированного закрытия клапана во время работы.

Чтобы снизить потери на трение в ГРМ применяют ролики, которые установлены на рычагах и толкателях привода клапанов. Применение роликов в клапанном механизме заменяет трение скольжения, на трение качение, что значительно уменьшает потери на привод клапанов.

При открытии впускного клапана проходит топливно-воздушная смесь (или воздух) наполняя цилиндр двигателя. Чем больше площадь проходного сечения, тем полнее заполнится цилиндр, что приводит к повышению выходных показателей цилиндра при рабочем ходе. Для улучшения очистки цилиндров от продуктов сгорания увеличивают диаметр тарелки выпускного клапана. Правда, размеры тарелок клапанов ограничены размером камеры сгорания, выполненной в головке цилиндров. Многое также зависит от регулировки клапанов. 

Применение четырех клапанов на цилиндр началось еще в 1912 г. на двигателе автомобиля PeugeotGranPrix. Широкое использование такой схемы в серийном производстве легковых автомобилях началось только в конце 1970-х гг.

Сегодня ГРМ с четырьмя клапанами на цилиндр стали практически стандартными для двигателей европейских и японских легковых автомобилей.

Mercedes выпускает двигатели, которые имеют по три клапана на цилиндр, два впускных и один выпускной, с двумя свечами зажигания (по одной с каждой стороны от выпускного клапана).

Существует практика использования даже 5 клапанов на цилиндр (3 впускных и 2 выпускных). Такой технологией практикует автомобильная группа Volksvagen-Audi, но при этом значительно усложняется привод клапанного механизма.

Как работают клапаны двигателя

Клапан, который пропускает в цилиндр смесь воздуха и топлива, называется впускным. Клапан, через который отработанные газы покидают двигатель, называется выпускным. Для эффективной работы двигателя при любой скорости эти клапаны должны открываться в определенные моменты.

За этот процесс отвечают грушевидные детали (кулачки), которые крепятся к распределительному валу, вращающемуся под действием цепи, ремня или набора шестерен.

Распределительный вал может находиться в верхней части блока. В этом случае над каждым кулачком вала располагаются небольшие металлические цилиндры (толкатели). Когда конец толкателя упирается в коромысло, кулачок воздействует на ножку клапана, который удерживается в поднятом (закрытом) состоянии с помощью сильной пружины.

Двигатель с верхним расположением распределительного вала

В подобной конструкции вал, расположенный в верхней части двигателя, работает под управлением ремня с внутренними зубьями, и контуры кулачков напрямую взаимодействует с толкателями, расположенными над клапанами.

Когда толкатель давит на кулачок, он задействует коромысло, которое ослабляет пружину и открывает клапан. При дальнейшем вращении контура пружина возвращается в первоначальное положение, и клапан закрывается. Такая конструкция характерна для двигателя с верхним расположением клапанов в головке цилиндра.

В некоторых двигателях отсутствуют толкатели, и клапаны открываются и закрываются с помощью двойных или одинарных распределительных валов.

Такая конструкция носит название двигателя с одним распределительным валом и клапанами в головке. В ней меньше подвижных частей, поэтому она является более мощной и может работать на высоких скоростях. В любом случае, между деталями присутствует зазор, чтобы клапан мог свободно закрываться и открываться, когда те расширяются при нагревании.

Зазоры между ножкой клапана и коромыслом или кулачком необходимы для нормальной работы системы, а их отсутствие может вызвать серьезные повреждения составных частей.

При слишком большом зазоре клапаны будут открываться слишком рано, а закрываться слишком поздно, что снизит мощность двигателя и увеличит уровень производимого им шума.

При малом зазоре клапаны не будут нормально закрываться, что приведет к ослаблению компрессии.

В некоторых двигателях зазоры регулируются автоматически под давлением смазочной жидкости.

Распределительный вал с толкателями

При конструкции, согласно которой распределительный вал находится в блоке цилиндров, длинные штанги толкателей воздействуют на коромысла, открывающие клапаны. Двигатели с верхним расположением клапанов в головке цилиндра считаются менее эффективными, чем двигатели с одним распределительным валом и клапанами в головке, т.к. большое количество подвижных частей ограничивает скорость, при которой двигатель может безопасно работать.

В двигателе с верхним расположением распределительного вала и штангами коленчатый вал находится в головке цилиндров.

При вращении вала каждый клапан открывается с помощью толкателя, штанги и коромысла. Клапан удерживается в закрытом состоянии пружиной.

Количество зубьев на звездочке ведущей цепи в два раза превышает количество зубьев на шестерне распределительного вала, поэтому вал вращается в два раза медленнее, чем двигатель.

Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке

В некоторых моделях кулачки напрямую воздействуют на короткие рычаги, именуемые пальцами.

Двигатель с одним распределительным валом и клапанами в головке содержит меньше деталей для управления клапанами. Кулачки напрямую взаимодействуют с толкателями или короткими рычагами (пальцами), которые, в свою очередь, открывают и закрывают клапаны.

Такая система обладает меньшим весом и технической сложностью, т.к. в ней отсутствуют штанги толкателей и коромысла.

Для управления распределительным валом с помощью звездочки на коленчатом вале часто используется длинная цепь, которая иногда провисает. Эта проблема решается добавлением промежуточных звездочек и нескольких коротких цепей с большим натяжением.

Кроме того, могут быть использованы нерастягиваемые резиновые маслоупорные ремни с зубьями, которые цепляются к звездочкам на распределительном и коленчатом валах.

Технология регулируемых клапанов и то, что она делает в вашем автомобиле

Когда вы ознакомитесь с особенностями нового автомобиля, вы, вероятно, будете засыпаны восторженными словами о «передовой технологии клапанного механизма» в его двигателе. Как это случилось? Они не осыпают нас подробностями о том, как работают вирусы, когда продают нам лекарства от простуды.

Вот краткое объяснение того, что делают клапаны автомобильных двигателей и почему автопроизводители тратят так много времени, рассказывая вам, насколько хороши их клапаны.

Сейчас играет: Смотри: Наконец-то поймите, что технология регулируемых клапанов вашего автомобиля…

6:39

Что делают клапаны

Клапаны установлены в части двигателя, называемой головкой, и отвечают за подачу воздуха и/или топлива в цилиндры для сгорания — они называются впускными клапанами — и за выпуск выхлопных газов от этого сгорания из цилиндров — это называется выпускными клапанами.

Выделены клапаны двигателя, расположенные в головке (здесь невидимы), прямо над цилиндрами.

Фольксваген

Это может звучать как пара валторн в оркестре, но на самом деле клапаны играют центральную роль в характере мощности, экономичности и выбросов двигателя.

Принцип работы клапанов

Клапаны двигателя приводятся в действие вращением распределительного вала с эксцентричными яйцевидными кулачками. Когда эти кулачки вращаются, верхняя часть их яйцевидной формы давит на клапан, переводя его в открытое положение.

Распределительные валы бывают разных размеров и областей применения, но все они имеют ряд эксцентриковых или яйцевидных кулачков, врезанных в них.

Литейная группа МАТ

По мере того, как этот выступ кулачка продолжает вращаться, его верхняя часть отходит от клапана, и пружина возвращает клапан в закрытое положение.

Есть три основных параметра, определяющих природу этого танца открытия и закрытия: время, подъем и продолжительность. (Вот где вам действительно нужно посмотреть видео в верхней части этой страницы!)

ГРМ

Как и все, что вращается, распределительный вал поворачивается на 360 градусов во время работы. Где в этих 360 градусах вершина яйцевидного лепестка указывает на синхронизацию клапана — синхронизацию, когда кулачок давит на клапан во время вращения вала.

Где на 360 градусах распределительного вала эта точка кулачка определяет его синхронизацию.

CNET

Это называется синхронизацией, потому что она определяет, когда открывается клапан по отношению к тому, что происходит в остальной части двигателя в данный момент времени, поскольку все в двигателе механически заблокировано.

Подъем

Высота выступа кулачка или высота его яйцевидной точки определяет подъемную силу. Чем выше этот конец, тем дальше он будет перемещать или «поднимать» клапан. Эта величина подъемной силы в значительной степени определяет, насколько большое отверстие создается в цилиндре для подачи воздуха или топлива или для выпуска выхлопных газов.

Продолжительность

Ширина или ширина кулачка определяет продолжительность или как долго он поднимает клапан. Это определяет, сколько времени баллон должен вдохнуть или выдохнуть.

Ширина или широта «плеч» по обе стороны от вершины этого кулачка определяет его продолжительность.

CNET

Узкий остроконечный выступ кулачка на короткое время открывает клапан, в то время как более широкий выступ кулачка тратит больше времени, удерживая клапан открытым при вращении распределительного вала.

Сделать все это переменным

Как вы можете заметить, яйцевидные кулачки обманчиво сложны и содержат множество «команд» в своей органической форме. Но даже этих нюансов недостаточно для современных двигателей; за последние несколько десятилетий автопроизводители сделали синхронизацию, подъемную силу и продолжительность регулируемыми в зависимости от работы двигателя.

Изменяемая синхронизация

В идеальном случае кулачки кулачков давят на клапаны в моменты времени, которые меняются в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки, что трудно представить при фиксированной форме распределительного вала, обработанной механической обработкой. Но технология VarioCam от Porsche была одним из первых примеров того, как сделать именно это, изменяя взаимосвязь между распределительным валом и шестерней, которая его вращает.

В частности, это позволило Porsche изменить синхронизацию впускных клапанов относительно положения поршней в цилиндре, а также синхронизацию выпускных клапанов. Это нечетко, но выше показано заводское изображение того, как VarioCam изменяет фазы газораспределения. В большинстве современных автомобилей с газовыми двигателями теперь используются некоторые методы изменения фаз газораспределения.

Регулируемый подъем

Знаменитые двигатели Honda с системой VTEC сделали регулируемый подъем клапанов популярным. Используя механическую связь, двигатели VTEC могут выбирать между двумя кулачками распределительного вала разной формы, каждый из которых управляет данным клапаном: один открывает клапан больше, другой открывает клапан меньше. Выбор лепестков для использования в данный момент осуществляется компьютером двигателя, который отслеживает обороты двигателя и нагрузку.

Этот переход VTEC от менее открывающегося кулачка к более открытому породил один из самых распространенных мемов во всем автодоме.

Переменная продолжительность

Длительность воздействия кулачка на клапан было, пожалуй, самым трудным фактором для изменения, но новая технология Hyundai CVVD недавно сделала это. Он изменяет продолжительность, слегка сдвигая распределительный вал в сторону от его центральной линии вращения при его вращении. Это невыносимо сложный механизм, но именно поэтому он появился спустя десятилетия после двух предыдущих переменных технологий. Он должен появиться в некоторых новых автомобилях Hyundai в конце 2020 года.0003

Будущее

Все это довольно впечатляющая технология, но, честно говоря, это просто сложный набор лейкопластырей для столетней автомобильной технологии: клапанов, приводимых в действие распределительным валом. В будущем мы могли бы отказаться от всего аппарата Руба Голдберга и управлять автомобилями с прямым бескулачковым приводом клапана — новой технологией, использующей простой соленоид или электродвигатель для управления каждым клапаном.

Или просто поедешь на электромобиле и забудешь обо всей этой ерунде.

Что такое клапан двигателя? | Как работает клапан двигателя?

Содержание

• 1 Что такое клапан двигателя?
• 2 Функция клапанов двигателя
  • 2.1 Впускной клапан
  • 2.2 Выпускной клапан
• 3 Принцип работы моторного клапана
• 4 типы моторных клапанов
  • 4.1 1) POP -клапан
  • 4.2 2) SEEEV 4.2.1 Преимущества золотникового клапана
• 4.3 3) Поворотный клапан
  • 4.3.1 Преимущества поворотного клапана
• 4.4 4) Reed Valve

5 Valve Timing Diagram

6 Ideal or Theoretical Valve Timing Diagram

7 Valve-Tappet Clearance

8 Engine Valve Materials

9 FAQ Section

• 9.1 What are the клапаны двигателя используются для?
• 9.2 Какие существуют типы клапанов двигателя?
• 9.3 Что вызывает повреждение клапанов двигателя?

Что такое клапан двигателя?

9Клапан двигателя 0129 представляет собой механический компонент, который позволяет жидкости течь в камеру сгорания или цилиндра и из нее во время работы двигателя. Клапаны двигателя работают так же, как и другие клапаны (т. е. пропускают или блокируют поток жидкости).

Клапаны двигателя соединены с распределительным валом. Движение распределительного вала регулирует открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Правильная работа распределительного вала обеспечивает правильное открытие и закрытие клапанов.

Функция клапанов двигателя

Головка блока цилиндров обеспечивает безопасность клапанов двигателя. Основной функцией клапана двигателя является подача жидкости в цилиндр и из него . Воздух способствует воспламенению топлива. Вырабатываемая мощность при сгорании топливовоздушной смеси используется для толкания поршня вверх и вниз.

Клапан двигателя бывает двух типов:

Впускной клапан

Впускной клапан используется для подачи топлива в цилиндр. Он обеспечивает правильную подачу топлива в цилиндр двигателя. При его закрытии подача топлива в цилиндр прекращается.

Аустенитная нержавеющая сталь чаще всего используется для изготовления впускных клапанов. Этот материал является жаро- и коррозионностойким материалом. Никель-хромовая легированная сталь также используется для изготовления впускного клапана.

Выпускной клапан

Выпускной клапан также известен как выпускной клапан. Используется для отвода выхлопных газов. Силихромовая сталь обычно используется для изготовления выпускного клапана. Силихромовая сталь представляет собой сплав хрома и кремния.

Клапаны, используемые в автомобильных двигателях, также известны как грибовидные или тарельчатые клапаны. Головка клапана имеет прецизионно отшлифованную поверхность с достаточным зазором для предотвращения образования тонкой кромки.

Угловая поверхность заземлена под углом 30° или 45 ° к головке клапана, чтобы соответствовать углу седла клапана в головке цилиндра. Стопорная канавка фиксатора пружины расположена на конце штока клапана.

Принцип работы клапанов двигателя

Работа клапанов двигателя сильно зависит от движения поршня, коленчатого и распределительного валов. Распределительный вал регулирует открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов. Клапан двигателя работает следующим образом: 

• При такте всасывания поршень движется от ВМТ к НМТ. Во время этого хода поршень передает свое движение коленчатому валу через шатун.
• Коленчатый вал далее передает свое движение распределительному валу.
• Когда распределительный вал получает движение, он толкает впускной клапан вниз и открывает его. Когда впускной клапан открывается, жидкость начинает поступать в цилиндр. Во время этого процесса выпускной клапан остается закрытым.
• Поршень совершает возвратно-поступательное движение, выполняя такт сжатия, когда жидкость перемещается в соответствии с требованиями.
• Во время такта сжатия распределительный вал снова толкает впускной клапан и закрывает его.
• После сжатия поршень совершает рабочий ход. Во время рабочего такта впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми.
• По завершении рабочего такта поршень перемещается для выполнения такта выпуска. Во время такта выпуска распределительный вал толкает выпускной клапан и открывает его, в то время как впускной клапан остается закрытым.

Подробнее: Работа поршня двигателя

Типы моторных клапанов

Клапан двигателя имеет следующие типы:

1. Клапан Poppet
2. Клапана

97797797VER

7VER
7VER
7VEL клапан

97VER

7VER
7VER
7VEL клапан

97VEL

7VEL
97VEL клапан

9797VEPLE

7VEPLE
7VEPLE
97VEPLE
97VEL. клапан также называют грибовидным клапаном. Он известен как тарельчатый клапан из-за его движения вверх и вниз. Этот тип выпускного клапана используется для регулирования времени и количества газа, поступающего в двигатель. Тарельчатый клапан в основном используется в автомобильном двигателе.

Этот тип клапана имеет шток и головку. Как правило, поверхность клапана должна быть совмещена с седлом клапана под углом от 30° до 45° для идеального уплотнения.

Шток клапана содержит стопорную канавку фиксатора пружины — конец штока касается кулачка, позволяя клапану перемещаться вверх и вниз.

Для выпускного клапана перепад давления используется для уплотнения клапана. Для впускного клапана разница давлений помогает открыть клапан.

Подробнее: Различные типы двигателей

2) Втулочный клапан

Как следует из названия, втулочный клапан представляет собой рукав или трубку, установленную между стенкой цилиндра и поршнем цилиндра двигателя внутреннего сгорания, где он скользит или вращается.

Внутренняя область втулки образует внутреннюю гильзу цилиндра, в которой вращается/скользит поршень. Гильза непрерывно перемещается и вытесняет газ, периодически подгоняя прорезь в гильзе к отверстию, полученному литьем главного цилиндра.

Преимущества золотникового клапана
1. Золотниковый клапан имеет простую конструкцию.
2. Бесшумная работа.
3. Этот тип выпускного клапана не содержит шумных деталей, таких как толкатели, коромысла и кулачки клапанов.
4. Обладают меньшей детонационной способностью.
3) Поворотный клапан

Поворотные клапаны бывают нескольких типов. Клапан дискового типа является одним из самых известных типов поворотных клапанов. Этот клапан содержит вращающийся диск с портом. Когда диск вращается, он попеременно то впускной коллектор, то выпускной коллектор.

Преимущества поворотного клапана
1. Эти клапаны имеют низкую стоимость конструкции.
2. Имеют простую конструкцию.
3. Эти клапаны идеально подходят для высокоскоростных двигателей.
4. Они производят очень низкую вибрацию и имеют меньшее напряжение.
5. Работают бесшумно, равномерно и плавно.
4) Пластинчатый клапан

Пластинчатый клапан открывает и закрывает поток жидкости в одном направлении при разном давлении с каждой стороны. Это тип обратного клапана. Имеет механический стержень. Этот стержень шарнирно закреплен на одном конце, закрывая канал и позволяя воздуху или заряду течь только в одном направлении.

Диаграмма фаз газораспределения

Диаграмма фаз газораспределения представляет собой схематическую диаграмму, представляющую точное время закрытия и открытия впускного и выпускного клапанов. Диаграмма фаз газораспределения также показывает движение поршня в цилиндре.

На диаграмме фаз газораспределения ВМТ или верхняя мертвая точка представлена ​​под углом 90 градусов относительно оси x. 270 градусов относительно оси X известны как НМТ или нижняя мертвая точка.

Идеальная или теоретическая диаграмма фаз газораспределения

Идеальная диаграмма фаз газораспределения представляет собой соответствие фаз газораспределения движению поршня.

• Когда поршень достигает ВМТ, распределительный вал толкает впускной клапан и открывает его (IVO). Во время этого процесса выпускной клапан остается закрытым.
• Когда впускной клапан открывается, воздух начинает поступать в цилиндр двигателя.
• Когда поршень достигает НМТ, впускной клапан закрывается (IVC).
• После процесса всасывания поршень выполняет такт сжатия. Во время этого хода поршень сжимает топливно-воздушную смесь в соответствии с требованиями.
• После процесса сжатия поршень перемещается для выполнения рабочего хода. Во время рабочего такта топливо-воздух сгорает, и генерируемая мощность толкает поршень обратно к НМТ.
• Когда поршень достигает НМТ, открывается выпускной клапан (EVO) и выпускаются выхлопные газы.
• Когда поршень возвращается в ВМТ, выпускной клапан закрывается.
Зазор между клапаном и толкателем

В случае верхнего тарельчатого клапана сохраняется небольшой зазор между штоком клапана и коромыслом, а в случае прямого тарельчатого клапана небольшой зазор сохраняется между клапаном шток и толкатель клапана. Этот небольшой зазор известен как зазор толкателя клапана .

Зазор толкателя клапана позволяет штоку клапана расширяться по мере прогрева двигателя.

Когда двигатель нагревается, клапан не закрывается должным образом без надлежащего зазора, что приводит к потере мощности и подъему клапана. Поэтому лучше иметь больший зазор, чем требуется, что может немного увеличить шум клапанного механизма.

Материалы клапана двигателя

Клапан двигателя является одной из наиболее важных и подвергающихся наибольшей нагрузке частей двигателя внутреннего сгорания. Клапаны должны выдерживать экстремальные давления в камере сгорания, экстремальные температуры и повторяющиеся непрерывные механические и динамические нагрузки двигателя, чтобы обеспечить надежную работу двигателя.

Впускной клапан двигателя внутреннего сгорания имеет пониженную тепловую нагрузку за счет охлаждающего действия воздушно-топливной смеси, протекающей через впускной клапан во время цикла всасывания. Однако выпускной клапан испытывает более высокую тепловую нагрузку, поскольку он расположен на пути выпуска газов во время цикла выпуска.

Во время такта выпуска выпускной клапан открыт и не соприкасается с головкой блока цилиндров. Следовательно, поверхность сгорания имеет меньшую тепловую массу, а способность головки клапана к быстрому изменению температуры увеличивается.

Из-за низкой рабочей температуры впускные клапаны чаще всего изготавливаются из таких материалов, как вольфрамовая сталь, никель или хром. Выпускной клапан выдерживает более высокую температуру и давление, чем впускной клапан. Поэтому для изготовления выпускных клапанов используются кобальт-хромовые сплавы, кремнийхром или нихром.

Поверхности клапана, подвергающиеся воздействию высоких температур, могут быть усилены путем припайки кобальто-хромового сплава стеллита к поверхности клапана.

Tribaloy, сплавы титана и нержавеющей стали являются другими материалами, используемыми в производстве клапанов двигателя.

Покрытия и обработка поверхности также могут использоваться для улучшения механических свойств и износостойкости клапанов двигателя.

Часто задаваемые вопросы Раздел

Для чего используются клапаны двигателя?

Клапаны двигателя бывают двух категорий:

1. Впускной клапан: Этот клапан двигателя используется для всасывания атмосферного воздуха в цилиндр двигателя.
2. Выпускной клапан: Этот клапан используется для выброса выхлопных газов в атмосферу.

Какие бывают типы клапанов двигателя?

Клапаны двигателя бывают следующих типов:

1. Поворотный клапан
2. Тарельчатый клапан
3. Пластинчатый клапан
4. Втулочный клапан

Что вызывает повреждение клапана двигателя?

Прогоревшие клапаны могут быть вызваны многими причинами, но одной из наиболее распространенных причин является игнорирование протекающих уплотнений и направляющих или неспособность устранить другие проблемы с компрессией

.