Клапан рухавіка. Прызначэнне, прылада, канструкцыя

Каб чатырохтактны двс любога аўтамабіля змог працаваць, у яго прылада ўваходзіць мноства розных дэталяў і механізмаў, якія сінхранізаваныя паміж сабой. Сярод такіх механізмаў - ГРМ. Яго функцыя заключаецца ў тым, каб забяспечыць своечасовае спрацоўванне фаз газаразмеркавання. Пра тое, што гэта такое, падрабязна распавядаецца тут.

Калі коратка, то газаразмеркавальны механізм у патрэбны час адкрывае впускной / выпускны клапан, каб забяспечыць своечасовасць працэсу пры выкананні пэўнага такту ў цыліндры. У нейкім выпадку патрабуецца, каб абодва адтуліны былі зачыненыя, у іншым - адкрыта адно або нават абодва.

Разгледзім бліжэй адну дэталь, якая дазваляе стабілізаваць дадзены працэс. Гэта клапан. У чым асаблівасць яго канструкцыі, а таксама як ён працуе?

Што такое клапан рухавіка

Пад клапанам маецца на ўвазе металічная дэталь, якая ўсталёўваецца ў галоўцы блока цыліндраў. Яна з'яўляецца часткай механізму газаразмеркавання, і прыводзіцца ў рух распредвалом.

У залежнасці ад мадыфікацыі аўто рухавік будзе мець ніжняе або верхняе размяшчэнне ГРМ. Першы варыянт яшчэ сустракаецца ў некаторых старых мадыфікацыях сілавых агрэгатаў. Большасць вытворцаў ужо даўно перайшлі на другі від газаразмеркавальных механізмаў.

Прычына таму - такі матор лягчэй наладжваць і рамантаваць. Для рэгулявання клапанаў досыць зняць затамкавае вечка, і не трэба дэмантаваць увесь агрэгат.

Прызначэнне і асаблівасці прылады

Клапан - подпружиненный элемент. У спакойным стане ён шчыльна закрывае адтуліну. Калі размеркавальны вал пракручваецца, кулачок, размешчаны на ім, націскае на клапан, апускаючы яго. Дзякуючы гэтаму адтуліну адкрываецца. Падрабязна прылада распредвала апісваецца ў іншым аглядзе.

Кожная дэталь гуляе сваю функцыю, якую канструктыўна немагчыма выканаць аналагічнага элементу, які знаходзіцца побач. На адзін цыліндр прадугледжана мінімум два клапана. У больш дарагіх мадэлях агрэгатаў іх па чатыры. Гэтых элементаў у большасці выпадкаў парнае лік, і яны адкрываюць розныя групы адтулін: адны - впускные, а іншыя - выпускныя.

Впускные клапаны адказваюць за паступленне ў цыліндр свежай порцыі паветрана-паліўнай сумесі, а ў маторах з непасрэдным упырскам (разнавіднасць інжэктарнай паліўнай сістэмы, яна апісваецца тут) - аб'ёму свежага паветра. Гэты працэс адбываецца ў той момант, калі поршань выконвае такт ўпускаючы (з верхняй мёртвай кропкі пасля выдалення выхлапу рухаецца ўніз).

Выпускныя клапана маюць той жа прынцып адкрыцця, толькі выконваюць яны ўжо іншую функцыю. Яны адкрываюць адтуліну для выдалення прадуктаў гарэння ў выпускны калектар.

Канструкцыя клапанаў рухавіка

Разгляданыя дэталі ўваходзяць у затамкавае групу газаразмеркавальнага механізму. У сукупнасці з іншымі дэталямі яны забяспечваюць своечасовую змену фаз газаразмеркавання.

Разгледзім асаблівасці канструкцыі клапанаў і сумежных з імі дэталяў, ад якіх залежыць іх эфектыўная работа.

клапаны

Клапаны маюць форму стрыжня, ​​з аднаго боку якога маецца галоўка або талерчаты элемент, а з другога - пятка або тарэц. Плоская частка прызначаная для герметычнага закрыцця адтулін у ГБЦ. Паміж талеркай і стрыжнем зроблены плаўны пераход, а не прыступка. Гэта забяспечвае абцякальнасць клапану, дзякуючы чаму ён не стварае супраціў руху рабочай асяроддзя.

У адным маторы впускной і выпускны клапана будуць крыху адрознівацца. Так, у першых тыпаў дэталяў талерка будзе шырэй, чым у другіх. Прычына таму - высокая тэмпература і вялікі ціск пры выдаленні праз газоотвод прадуктаў згарання.

Каб дэталі каштавалі танней, клапаны складаюцца з дзвюх частак. Адрозніваюцца яны складам. Гэтыя дзве часткі стыкуюцца пры дапамозе зваркі. Рабочая фаска талеркі выпускнога клапана таксама з'яўляецца асобным элементам. Яна наплавляют з іншага тыпу металу, які валодае цеплатрывалую ўласцівасцямі, а таксама устойлівасцю да механічных нагрузак. Акрамя гэтых уласцівасцяў тарэц выпускных клапанаў не так моцна схільны адукацыі іржы. Праўда, гэтая частка ў многіх клапанах вырабляецца з матэрыялу, ідэнтычнага метале, з якога выканана талерка.

Галоўкі впускных элементаў звычайна маюць плоскую форму. Такая канструкцыя мае патрэбную жорсткасць і прастату выканання. Фарсіраваныя рухавікі могуць аснашчацца клапанамі з ўвагнутымі талеркамі. Такая канструкцыя крыху лягчэй стандартнага аналага, дзякуючы чаму зніжаецца сіла інэрцыі.

Што тычыцца выпускных аналагаў, то форма іх галоўкі будзе альбо плоскай, альбо выпуклай. Другі варыянт больш эфектыўны, так як ён забяспечвае лепшае выдаленне газаў з камеры згарання дзякуючы сваёй абцякальнасці. Плюс выпуклая талерка больш трывалая у параўнанні з плоскім аналагам. З іншага боку такі элемент цяжэй, з-за чаго пакутуе яго інэрцыйнасць. Для такіх тыпаў дэталяў будуць патрабавацца больш цвёрдыя спружыны.

Таксама канструкцыя стрыжня гэтага тыпу клапанаў трохі адрозніваецца ад впускных дэталяў. Каб забяспечыць лепшы цеплаадвод ад элемента, таўшчыня стрыжня робіцца большай. Гэта павышае ўстойлівасць да моцнага нагрэву дэталі. Аднак у такога рашэння ёсць недахоп - яно стварае большы супраціў выдаляемым газам. Нягледзячы на ​​яго, вытворцы ўсё ж выкарыстоўваюць такую ​​канструкцыю, таму што выкід адпрацаванага газу выконваецца пад моцным напорам.

На сённяшні дзень існуе інавацыйная распрацоўка клапанаў з прымусовым астуджэннем. Такая мадыфікацыя мае пустотелый стрыжань. У яго паражніну запампаваны вадкі натрый. Гэта рэчыва пры моцным нагрэве (знаходзіцца каля галоўкі) выпараецца. У выніку гэтага працэсу газ паглынае цяпло ад металічных сценак. Пакуль ён падымаецца ўверх, газ астывае, і кандэнсуецца. Вадкае рэчыва сцякае да падставы, дзе працэс паўтараецца.

Каб клапаны забяспечвалі герметычнасць спалучэння, у сядле і на талерцы выбіраецца фаска. Яна таксама робіцца са скосам, каб ліквідаваць прыступку. Пры ўсталёўцы клапанаў на матор іх прыціраюць да галоўцы.

На герметычнасць злучэння сядла і галоўкі ўплывае ўтварылася на паяску карозія, а выпускныя дэталі часта пакутуюць ад адукацыі нагару. Каб падоўжыць тэрмін службы клапана, некаторыя рухавікі абсталёўваюцца дадатковым механізмам, які пры закрыцці выпускнога адтуліны трохі пракручвае клапан. Дзякуючы гэтаму выдаляецца ўтварыўся нагар.

Часам бывае так, што хваставік клапана ламаецца. З-за гэтага дэталь упадзе ў цыліндр, што пашкодзіць матор. Для выхаду з ладу досыць, каб коленвал здзейсніў пару інэрцыйных абаротаў. Каб прадухіліць падобную сітуацыю, вытворцы автоклапанов могуць абсталёўваць дэталь стопорным кольцам.

Трохі пра асаблівасці пяткі клапана. Гэтая частка падвяргаецца сіле трэння, бо на яе аказвае ўздзеянне кулачок распредвала. Каб клапан адкрыўся, кулачок павінен націснуць на яго з такой сілай, каб сціснулася спружына. Гэты вузел павінен атрымліваць дастаткова змазкі, а каб ён хутка не зношваюцца, яго загартоўваюць. Некаторыя распрацоўшчыкі матораў для прадухілення зносу стрыжня выкарыстоўваюць спецыяльныя каўпачкі, якія выкананы з матэрыялаў, устойлівым да падобных нагрузак.

Каб падчас нагрэву клапан не заклінавала ва ўтулцы, частка стрыжня каля талеркі трохі танчэй, чым частка, якая знаходзіцца каля пяткі. Для фіксацыі затамкавай спружыны на тарцы клапанаў робяцца дзве проточку (у некаторых выпадках адна), у якія ўстаўляюцца сухары апоры (нерухомай талеркі, куды ўпіраецца спружына).

затамкавыя спружыны

На эфектыўнасць працы клапана ўплывае спружына. Яна патрэбна для таго, каб галоўка і сядло забяспечвалі герметычнае злучэнне, і рабочая асяроддзе не пранікала праз які ўтварыўся свіршч. Калі гэтая дэталь будзе моцна жорсткай, кулачок распредвала або пятка стрыжня клапана хутка зносяцца. З іншага боку слабая спружына не зможа забяспечыць шчыльнае прылеганія двух элементаў.

Бо гэты элемент працуе ва ўмовах рэзка змяняюцца нагрузак, ён можа зламацца. Для прадухілення хуткіх паломак вытворцы сілавых агрэгатаў выкарыстоўваюць розныя тыпы спружын. У некаторых ГРМ ўсталёўваюцца падвойныя тыпы. Такая мадыфікацыя зніжае нагрузку на асобны элемент, тым самым павялічваючы яго працоўны рэсурс.

У такім выкананні спружыны будуць мець розны кірунак віткоў. Гэта прадухіляе трапленне часціц якая лопнула дэталі паміж віткамі іншы. Для вырабу гэтых элементаў выкарыстоўваецца спружынная сталь. Пасля фарміравання вырабы яго загартоўваюць.

Па краях кожная спружына адшліфоўвалі, дзякуючы чаму забяспечваецца кантакт ўсёй апорнай часткі да галоўцы клапана і верхняй талерцы, замацаванай на галоўцы блока цыліндраў. Каб дэталь не падвяргалася акісленню, яе пакрываюць пластом кадмію і оцинковывают.

Акрамя класічных клапанаў, якія працуюць ад ГРМ, у спартыўных мадэлях транспарту можа выкарыстоўвацца пневмоклапан. Па сутнасці гэта такі ж элемент, толькі прыводзіцца ў рух ён асаблівым пнеўматычным механізмам. Дзякуючы гэтаму дасягаецца такая дакладнасць спрацоўвання, што матор здольны развіваць неверагодныя абароты - аж да 20 тысяч.

Такая распрацоўка з'явілася яшчэ ў 1980-х гадах. Яна спрыяе больш выразнаму адкрыцця / закрыцця адтулін, чаго не можа забяспечыць ні адна спружына. Гэты прывад працуе ад сціснутага газу, які знаходзіцца ў рэзервуары над клапанам. Калі кулачок б'е па клапану, сіла ўдару складае прыблізна 10 Бар. Клапан адкрываецца, а калі распредвал аслабляе ўздзеянне на яго пятку, сціснуты газ хутка вяртае дэталь на сваё месца. Каб ціск не падала з-за магчымых уцечак, сістэма абсталявана дадатковым кампрэсарам, рэзервуар якога знаходзіцца пад ціскам каля 200 Бар.

Джэймс Элісан, PBM Aprilia, CRT-тэст Херэс, люты 2012 г.

Такая сістэма выкарыстоўваецца ў матацыклах класа MotoGP. Гэты транспарт пры адным літры аб'ёму матора здольны развіць 20-21 тысячу абаротаў коленвала. Адна з мадэляў з падобным механізмам - адна з мадэляў матацыкла Aprilia. Яго магутнасць склала неверагодныя 240 л.з. Праўда, для двухколавага транспарту гэта занадта шмат.

Накіравальныя ўтулкі клапанаў

Ролю гэтай дэталі ў працы клапана заключаецца ў тым, каб забяспечыць яго прамалінейнае перамяшчэнне. Таксама ўтулка спрыяе астуджэнню стрыжня. Гэтая частка мае патрэбу ў пастаяннай змазцы. У адваротным выпадку стрыжань будзе падвяргацца пастаяннай тэрмічнай нагрузцы, а ўтулка хутка сатрэцца.

Матэрыял, які могуць выкарыстоўваць для вырабу такіх утулак, павінен валодаць цеплаўстойлівасцю, вытрымліваць пастаяннае трэнне, добра адводзіць цяпло ад сумежнай дэталі, а таксама вытрымліваць вялікія тэмпературы. Такія патрабаванні можа задаволіць перлитный шэры чыгун, алюмініевая бронза, кераміка з хромам ці хромникелем. Усе гэтыя матэрыялы маюць кіпрую структуру, дзякуючы чаму спрыяюць ўтрыманню алею на сваёй паверхні.

Утулка для выпускнога клапана будзе мець крыху большы зазор паміж стрыжнем, чым у впускного аналогу. Прычына таму - большае цеплавое пашырэнне клапана, які працуе на выдаленне адпрацаванага газу.

сядла клапанаў

Гэта кантактная частка адтуліны ГБЦ каля кожнага цыліндру і талеркі клапана. Так як гэтая частка галоўкі сутыкаецца з механічнымі і тэрмічнымі нагрузкамі, яна павінна валодаць добрай устойлівасцю да моцнага нагрэву і частым ударам (калі аўтамабіль едзе хутка, абароты размеркавальнага вала настолькі высокія, што клапана літаральна падаюць у сядло).

Калі блок цыліндраў і яго галоўка вырабляецца з алюмініевага сплаву, сядла клапанаў абавязкова будуць выкананы з сталі. Чыгун і так нядрэнна спраўляецца з падобнымі нагрузкамі, таму сядло ў такой мадыфікацыі выконваецца ў самой галоўцы.

Існуюць таксама ўстаўныя сядла. Яны вырабляюцца з легаванай чыгуну або цеплатрывалых сталі. Каб фаска элемента не так моцна зношвалася, яе выконваюць шляхам напластаванні жараўстойлівага металу.

Устаўная сядло фіксуецца ў адтуліне галоўкі рознымі спосабамі. У некаторых выпадках яно запрасоўваецца, а ў верхняй частцы элемента выконваецца проточка, якая ў працэсе мантажу запаўняецца металам цела галоўкі. Дзякуючы гэтаму ствараецца цэласнасць вузла з розных металаў.

Сталёвае сядло мацуецца шляхам развальцовкой верхняй часткі ў целе галоўкі. Існуюць сядла цыліндрычнай і канічнай формаў. У першым выпадку яны мантуюцца да ўпора, а другія маюць невялікі кантавой зазор.

Колькасць клапанаў ў рухавіку

Стандартны 4-тактный рухавік унутранага згарання абсталёўваецца адным размеркавальным валам і двума клапанамі на адзін цыліндр. У такім выкананні адна дэталь адказвае за ўпырск сумесі паветра або проста паветра (калі паліўная сістэма мае непасрэдны ўпырск), а іншая - за адвод адпрацаваных газаў у выпускны калектар.

Больш эфектыўная работа ў мадыфікацыі рухавіка, у якой на адзін цыліндр маецца чатыры клапана - па два на кожную фазу. Дзякуючы такой канструкцыі забяспечваецца лепшае напаўненне камеры новай порцыяй ВТС ці паветра, а таксама паскоранае выдаленне выхлапных газаў і праветрыванне паражніны цыліндру. Такімі маторамі пачалі камплектаваць аўтамабілі, пачынаючы з 70-х гг мінулага стагоддзя, хоць распрацоўка такіх агрэгатаў пачалася яшчэ ў першай палове 1910-х гадоў.

На сённяшні дзень для паляпшэння працы сілавых агрэгатаў існуе распрацоўка рухавіка, у якім маецца пяць клапанаў. Два на выпуск, і тры на ўпуск. Прыкладам такіх агрэгатаў з'яўляюцца мадэлі канцэрна Volkswagen-Audi. Хоць прынцып працы ГРМ ў такім маторы ідэнтычны класічным варыянтам, але канструкцыя гэтага механізму больш складанай, з-за чаго інавацыйная распрацоўка каштуе дорага.

Падобны нестандартны падыход прымяняе таксама аўтавытворца Mercedes-Benz. Некаторыя рухавікі гэтага аўтавытворцы абсталёўваюцца трыма клапанамі на цыліндр (2 - впускные, 1 - выпускны). Дадаткова ў кожнай камеры кацялка усталёўваецца па дзве свечкі запальвання.

Лік клапанаў вытворца вызначае па памеры камеры, у якую паступае паліва і паветра. Каб палепшыць яе напаўненне, трэба забяспечыць лепшы прыток свежай порцыі ВТС. Для гэтага можна павялічыць дыяметр адтуліны, а разам з ім і памер талеркі. Аднак такая мадэрнізацыя мае свае рамкі. А вось усталяваць дадатковы впускной клапан цалкам рэальна, таму аўтавытворцы распрацоўваюць менавіта такія мадыфікацыі ГБЦ. Так як хуткасць ўпускаючы важней выпуску (выдаленне выхлапу вырабляецца пад ціскам поршня), то пры няцотная колькасць клапанаў больш заўсёды будзе впускных элементаў.

З чаго вырабляюць клапана

Так як клапаны працуюць ва ўмовах максімальных тэмпературных і механічных нагрузак, яны вырабляюцца з металу, устойлівага да такіх фактараў. Больш за ўсё награваецца, а таксама сутыкаецца з механічным уздзеяннем месца кантакту сядла і талеркі клапана. Пры высокіх зваротах матора клапаны хутка апускаюцца ў сёдлы, што стварае ўдар на краях дэталі. Гэтак жа ў працэсе згарання сумесі паветра і паліва тонкія краю талеркі падвяргаюцца рэзкага нагрэву.

Акрамя талеркі клапана нагрузцы падвяргаюцца яшчэ і затамкавыя ўтулкі. Негатыўнымі фактарамі, якія прыводзяць да зносу гэтыя элементы, з'яўляецца недастатковая змазка і пастаяннае трэнне пры хуткім перамяшчэнні клапанаў.

Па гэтых прычынах да клапанам прад'яўляюцца такія патрабаванні:

1. Яны павінны герметычна зачыняць впускное / выпускное адтуліны;
2. Пры моцным нагрэве краю талеркі не павінны дэфармавацца ад удараў аб сядло;
3. Павінны быць добра абцякальнымі, каб якая паступае або выдалянай асяроддзі не стваралася супраціў;
4. Дэталь не павінна быць цяжкай;
5. Метал павінен быць цвёрдым і трывалым;
6. Не павінен падвяргацца моцнаму акісленню (калі машына ездзіць рэдка, краю галовак не павінны іржавець).

Дэталь, якая адкрыла адтуліну, у дызелях награваецца да 700 градусаў, а ў бензінавых аналогах - да 900 вышэй за нуль. Сітуацыя ўскладняецца тым, што пры такім моцным нагрэве адкрыты клапан не астуджаецца. Выпускны клапан можа быць выраблены з любой высоколегированной сталі, якая вытрымлівае вялікі нагрэў. Як ужо было сказана, адзін клапан вырабляецца з двух розных тыпаў металу. Галоўка зроблена з гарачатрывалых сплаваў, а стрыжань - з вугляродзістай сталі.

Што тычыцца впускных элементаў, то яны астуджаюцца за кошт кантакту з сядлом. Тым не менш, іх тэмпература таксама высокая - каля 300 градусаў, таму не дапускаецца, каб пры нагрэве дэталь дэфармавалася.

Часта ў склад сыравіны для стварэння клапанаў ўваходзіць хром, што павышае яго тэрмічную ўстойлівасць. У працэсе згаранні бензіну, газу або дызпаліва вылучаюцца некаторыя рэчывы, якія могуць агрэсіўна ўздзейнічаць на металічныя дэталі (напрыклад, гэта вокіс свінцу). Для прадухілення негатыўнай рэакцыі ў матэрыял галоўкі клапана могуць уваходзіць нікель, марганец і азотныя злучэнні.

І напрыканцы. Ні для каго не з'яўляецца сакрэтам, што ў любым рухавіку з часам клапана прагараюць. Вось невялікае відэа аб тым, па якіх прычынах гэта адбываецца:

ПРЫЧЫНЫ па ЯКІМ прагараюць клапан у рухавікоў аўтамабіляў 95% вадзіцеляў гэтага не ведаў

Пытанні і адказы:

Што робяць клапана ў рухавіку? Падчас іх адчынення впускные клапаны забяспечваюць прыток свежага паветра (або паветрана-паліўнай сумесі) у цыліндр. Адкрытыя выпускныя клапаны адводзяць якія адпрацавалі газы ў выпускны калектар.

Як зразумець, што прагарэлі клапаны? Ключавой прыкметай прагарэлых клапанаў з'яўляецца троение матора незалежна ад абарачэнняў. Пры гэтым магутнасць матора прыстойна зніжаецца, а выдатак паліва павялічваецца.

Якія часткі адчыняюць і зачыняюць клапаны? Шток клапана злучаны з кулачкамі размеркавальнага вала. У шматлікіх сучасных рухавіках паміж гэтымі дэталямі ўсталёўваюцца яшчэ гидрокомпенсаторы.