Как работают клапана двигателя

Как работают клапана двигателя

Впускной коллектор – это часть двигателя, которая обеспечивает равномерное распределение горючей смеси между всеми цилиндрами. На каждый цилиндр идет отдельный патрубок, по которому воздух или топливно-воздушная смесь проходит, двигаясь за счет создаваемого отходящими вниз поршнями разрежения в коллекторе. В этой системе также нейтрализуются картерные газы, которые втягиваются через систему вентиляции картера во впускной коллектор, смешиваются с топливно-воздушной смесью и поступают в цилиндры.

Для того, чтобы топливо не оседало в виде конденсата на стенках коллектора, его внутреннюю поверхность делают шероховатой, вследствие чего в нем создается турбулентность и мельчайшие капли распыленного топлива не конденсируются. Форма самого коллектора всегда ровная, не имеющая угловатых изгибов, что объясняется стремлением изготовителя исключить лишние перепады давления при работе двигателя.

Клапан впускного коллектора

Устройство и принцип действия

В устройстве данного узла немаловажное, практически решающее, значение имеет переключающий клапан. Такой клапан используется только в атмосферных двигателях, поскольку при принудительном наддуве нет необходимости создавать дополнительное давление таким образом. При уже закрытом впускном клапане воздух колеблется с частотой, пропорциональной длине коллектора и оборотам двигателя.

Читайте также: Чем отличается карбюраторный двигатель от дизельного?

В момент резонанса начинает происходить резонансный наддув, из-за чего воздух во впускные клапаны поступает под увеличенным давлением.

При разной скорости вращения коленчатого вала двигателя воздух по коллектору идет с разной скоростью и положение клапана системы изменения геометрии впускного коллектора тоже разное. Когда двигатель не запущен, шток пневмокамеры, регулирующей положение клапана, выдвинут до конца и коллектор находится в коротком положении. Когда же происходит запуск, то клапан открывается и пропускает разреженный воздух через систему в пневмокамеру, которая втягивает шток, переводя коллектор на длинное положение. Проходя по длинному коллектору, воздух под более высоким давлением поступает в цилиндры и на низких оборотах двигатель работает ровно и уверенно.

Клапан впускного коллектора в системе двигателя

До достижения 4,5 тыс. об/мин клапан так и находится в режиме длинного коллектора, но по достижении электронный блок управления отключает подачу напряжения на клапан и он переходит в закрытое положение, вакуум на воздушную камеру перестает поступать. Чтобы система вернулась в изначальное состояние необходимо высокое давление в пневмокамере спустить, для чего есть на электромагнитном клапане атмосферный штуцер. Когда отключается напряжение, электромагнитный клапан открывает соединение пневмокамеры с атмосферным штуцером и в нее набирается воздух, шток выдвигается.

Электромагнитный клапан состоит из трех штуцеров и электромагнитной катушки. На разных автомобилях он располагается несколько по-разному, однако, найти его всегда можно около ресивера. Атмосферный клапан закрыт крышечкой, которую нужно иногда снимать для проверки на загрязнение и периодически проверять напряжение на подводящем проводе для диагностики возможных проблем при неровной работе двигателя.

Электромагнитный клапан находится возле ресивера

Впускной клапан

Впускной клапан — один из компонентов арматуры смывного бачка. Впускной клапан служит для набора воды в смывной бачок до определённого уровня. В начале впускные клапана именовались: шаровыми кранами потому, что запирание воды в бачке, при достижении заданного уровня воды, происходило при помощи всплывающего, по мере набора воды, поплавка в виде шара. Название: «шаровый кран» сохранилось и использовалось применительно ко всем впускным клапанам поплавкового типа, не зависимо от того – имел ли поплавок форму шара, цилиндра или иную форму, как краны Советского, да и импортного производства. Только клапаны современной конструкции стали именоваться «впускными клапанами» так, как у них уже нет ни какого сходства с шаровыми кранами старой конструкции. Клапаны поплавкового типа применяются не только в смывных бачках для регулирования уровня воды, но и в системах отопления, для регулирования уровня топлива для жидкотопливных котлов.
Поплавковые клапаны бывают двух видов:

А. Клапаны противодавления; наиболее простые по конструкции.

Б. Клапаны попутного давления. Принцип попутного давления используется, в настоящее время, во всех подающих клапанах, только конструкция их претерпела некоторые изменения – поплавок стал значительно компактнее.

Клапан противодавления (А) работает следующим образом: при наполнении бачка поплавок 7 с рычагом 6 поднимается и рычаг 6, поворачиваясь вокруг оси 5, давит на поршень 4, который приближается к седлу 2 в корпусе 1 клапана; при достижении заданного уровня воды в бачке поршень 4 герметично закрывает седло 2 резиновой прокладкой 3. Когда бачок опорожняется, поплавок 7 с рычагом 6 опускается, поршень 4 отодвигается от седла 2 и вода снова начинает поступать в бачок. Уровень воды в бачке можно регулировать, перемещая поплавок по вертикальной части рычага либо слегка, подгибая горизонтальную часть рычага. Некоторые модели импортных шаровых кранов имели на вертикальной части рычага резьбу для более прочной фиксации поплавка в нужном положении. В этом случае поплавок, так же имеющий внутреннюю резьбу либо наворачивался на рычаг, либо выворачивался и после регулировке фиксировался в нужном положении при помощи контргайки.

Недостатком клапанов такого типа являются большие колебания уровня воды в смывном бачке при изменении давления в водопроводной сети. Например: если в момент регулировки уровня воды в бачке, давление в водопроводной сети было пониженное (большой водоразбор), то при повышении давления уровень воды в бачке, при наборе, неизбежно повысится так, как для того, чтобы преодолеть сопротивление давления и герметично закрыть седло клапана, поплавку необходимо будет всплыть несколько выше первоначально установленного уровня при низком давлении.

Такого недостатка лишены клапаны, закрываемые давлением воды – клапаны попутного давления (Б). В клапанах данной конструкции давление воды на клапан 8 прижимает его к прокладке 3. При опорожнении бачка клапан отодвигается от седла 2 под действием массы поплавка 7 и рычага 6, и вода по зазору поступает в бачок. Промежуточные звенья 9 увеличивают усилие открытия. При наполнении бачка, до заданного уровня, поплавок 7 с рычагом 6 поднимаются и клапан 8 закрывается.

В настоящее время, клапаны поплавкового типа можно встретить всё реже и реже; из – за их громоздкой конструкции и не возможности устанавливать их в смывные бачки вместе с современными механизмами слива. Новая конструкция механизмов слива продиктовала и необходимость впускных клапанов нового типа – более компактных по конструкции. Современные подающие клапаны делятся только на клапаны для боковой подводки и для нижней. Впускные клапаны для боковой подводки, так же, используются всё реже и реже и в скором времени, очевидно, их полностью вытеснят клапаны с нижней подводкой. Унитаз со смывным бачком, имеющим нижнее подключение воды, выглядит, при правильном подключении, гораздо привлекательнее – не видно ни каких лишних деталей.

Замена, а тем более установка нового впускного клапана не представляет ни каких проблем, а вот регулировка клапана для полноценной работы, в большинстве случаев, не выполняется вовсе или выполняется только частично – только регулировкой положения высоты поплавка. Такой регулировки не всегда достаточно для достижения желаемого результата – полноценному удалению продуктов жизнедеятельности из чаши унитаза в канализацию. Иногда после установки нового унитаза у хозяев вместо удовлетворения от нового приобретения остаётся лишь чувство недоумения – старый унитаз работал лучше. Такая ситуация, к сожалению, не редкость, а дело всего лишь в том, что объёма воды в смывном бачке недостаточно для смыва. Мастер, проводивший установку нового унитаза, просто не обратил внимания на уровень набора воды в бачок, а установил впускной клапан в том виде и с теми параметрами регулировки, которые были выставлены на заводе, при сборке клапана.

Дело в том, что высота бачков различная у разных производителей и, даже, у одного производителя, различные модели смывных бачков могут иметь разную высоту. Именитая фирма — производитель сантех приборов, например JIKA, различные модели смывных бачков комплектует арматурой уже изначально имеющую необходимую регулировку для полноценной работы, произведённую при сборке; но не всегда производитель сантех приборов производит и все необходимые комплектующие, а использует комплектующие разных производителей; очевидно, с кем удалось сойтись в цене. Комплектующие стороннего производителя, в нашем случае арматура смывного бачка, в большинстве случаев, требует регулировки после монтажа. Это относится, как к подающим клапанам, так и к механизму слива. Если механизм слива, в иных случаях, вообще невозможно эксплуатировать без регулировки и его регулировка – работа вынужденная, то подающий клапан и с заводской предустановкой будет работать, правда, не всегда полноценно.

Читайте также: Что такое двухзонный климат контроль в машине

В подавляющем большинстве случаев, при регулировке уровня набора воды в смывной бачок, ограничиваются лишь изменением по высоте положения поплавка, но это, можно так сказать, только «чистовая» регулировка так, как может производиться в очень не больших пределах. «Черновая» регулировка производится изменением высоты самого впускного клапана и параметры возможной регулировки высоты указывается в руководстве по монтажу, эксплуатации и сервисному обслуживанию, прилагаемом к каждому клапану; только в это руководство редко кто заглядывает.

Как бы профессионально правильно не было установлено то или иное оборудование, а со временем ему потребуется профилактика. В работе впускного клапана могут возникнуть две проблемы:

1. Вода медленно или вовсе не поступает в смывной бачок.

2. Набор воды не прекращается по достижению установленного уровня.

Первая проблема решается прочисткой фильтра — сеточки, находящегося в присоединительном патрубке, снизу смывного бачка. Для прочистки фильтра необходимо отключить подачу воды на смывной бачок и отвернуть накидную гайку гибкой подводки от резьбового патрубка впускного клапана. Из патрубка, в центре, торчит небольшой пластиковый «хвостик» — это и есть «хвостик» фильтра, потянув за него, например плоскогубцами, можно извлечь фильтр — сеточку и промыть его. Если впускной клапан находится в эксплуатации длительное время, то извлечь фильтр, потянув за «хвостик», не все удаётся — препятствуют солевые отложения. Иногда, при приложении чрезмерных усилий, «хвостик», вообще, может оторваться. В этом случае, фильтр из патрубка придётся извлекать при помощи шила или самореза; очень часто так и приходится поступать; фильтр расположен в патрубке не глубоко.

Вторая проблема решается промывкой запирающей мембраны впускного клапана и проверкой её целостности — она может быть повреждена (трещины, разрывы). Для извлечения мембраны необходимо отключить подачу воды на смывной бачок и отвернуть пластиковую гайку запирающего механизма; на механизмах некоторых фирм нет гайки и там мембрана извлекается после поворота вставки на некоторый угол (байонетное крепление). Отсоедините рычаг запирающего механизма от поводка поплавка и извлеките мембрану из корпуса. Тщательно промойте и осмотрите её. Если повреждений нет, то механизм можно собрать и открыть подачу воды. Ресурс впускного клапана — не менее 150 000 циклов.

Необходимо упомянуть ешё об одной неприятности, нарушающей нормальную работу впускного клапана — нарушение подвижности поплавка. Нарушение подвижности поплавка возникает из — за солевых отложений на пластиковых стенках впускного клапана. В условиях эксплуатации впускного клапана в «мягкой воде» его стенки покрываются только ржавым налётом, а при повышенном содержании солей в водопроводной воде (жёсткая вода) поверхность клапана, со временем, превращается в подобие наждачной бумаги, что затрудняет перемещение подвижных элементов механизма. В конечном итоге, поплавок может, вообще, застрять в каком то одном положении. Вернуть впускной клапан в нормальное рабочее состояние поможет только тщательная его промывка, желательно с полным извлечением из смывного бачка.

В качестве примера я использовал впускной клапан ALCAPLAST, как наиболее распространённый; такими клапанами, чаще всего, комплектуются смывные бачки Российского производства. Регулировка и профилактика иных моделей впускных клапанов отличается лишь в незначительных деталях.

Прежде, чем подсоединить подводку и открыть подачу воды на впускной клапан ОБЯЗАТЕЛЬНО промойте подводящие трубы, тем самым вы продлите срок бесперебойной работы вашего впускного клапана

Ресивер и пневмокамера

Эта важная деталь отвечает за переключение клапана и иногда ее нужно проверять, чтобы не допустить разгерметизации и других нарушений. Внутри цилиндрической емкости находится обратный клапан. Для того, чтобы проверить узел нужно:

• Проверить на наличие дырок и трещин, чтобы не было утечки воздуха;
• Снять трубку от электромагнитного клапана, отсоединить трубку от коллектора и подуть в нее. Воздух должен не проходить, но если втянуть – должен.

Пневмокамера, к которой ресивер имеет прямое отношение, состоит их штока, диафрагмы и пружинки, заключенных в металлический или пластмассовый корпус. Устройство переключения самое слабое во всей цепи. Диафрагма часто изнашивается и поэтому нарушается изменение геометрии впускного коллектора, поэтому стоит уделить ей особое внимание и быть готовым к периодической замене. Для проверки работоспособности системы можно снять вакуумную трубку и вдавить шток клапана. При хорошем состоянии узла шток при отпускании резко выдвигается обратно, входит ровно и не заедает. Далее при вдавленном штоке нужно закрыть пальцем штуцер и при этом первый должен остаться на месте. В случае, если он при закрытом штуцере выходит, порвана диафрагма.

В случае, когда произошло такое нарушение сразу заметны провалы в работе двигателя, рывки и дребезжание, когда их быть не должно вовсе. Также повышаются обороты двигателя на холостых оборотах. Это связано с подсосом воздуха и, как следствие, неправильному соотношению топливо/воздух в системе. Замена пневмокамеры в таком случае неизбежна и обязательна.

В некоторых случаях замена пневмокамеры необходима

Читайте также: Самостоятельно меняем масло в двигателе ВАЗ 2106

Однако, если такая проблема застала вдалеке от дома или магазина, то можно штуцер коллектора заглушить, надев на него загнутый кусочек шланга.

ВАЖНО. Нельзя заглушать штуцер, вставив в него зубочистку или что-то подобное.

В таком случае может засосать посторонний предмет в коллектор, что крайне нежелательно. Следующий шаг – утопить шток на камере, зафиксировав его. Так можно ехать сколько угодно без какого-либо вреда, однако, на высоких оборотах динамика будет плохой.

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.

Замена деталей

Чтобы заменить пневмокамеру не понадобится сложных инструментов и долгих манипуляций. Сначала откручивается крепление и снимается шток, после чего снимается камера и ставится новая. Иногда возможно коррозийное разрушение корпуса самой емкости, на предмет чего тоже нужно ее периодически проверять.

Читайте также: Оппозитный двигатель Субару: особенности, преимущества и недостатки

Инструменты для клапана: отвертки, ключи и плоскогубцы

Для замены клапана управления заслонками впускного коллектора понадобится набор отверток, плоскогубцы, ключи. На всю работу уйдет не более двадцати минут:

• Сперва откручиваются винты крепления планки, на которой находятся клапаны;
• Устанавливаются новые клапаны;
• Прикручивается вся конструкция на место;
• Измеряется сопротивление – его значение должно быть от 33.2 до 33.3 Ом.

Замена недолгая и простая, поэтому ее можно провести даже во дворе дома, взяв нужные инструменты.

Клапан впускного коллектора в автомобиле

Очень редко случается, что клапаны разрушаются и засоряют обломками коллектор. Обычно это происходит на некачественных двигателях, в следствии перегрева мотора или если сами клапаны были заменены на контрафактный аналог.

Расположение клапана

Как найти впускной клапан в двигателе

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.

Читайте также: Система рулевого управления

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.

Устройство и принцип действия

В устройстве данного узла немаловажное, практически решающее, значение имеет переключающий клапан. Такой клапан используется только в атмосферных двигателях, поскольку при принудительном наддуве нет необходимости создавать дополнительное давление таким образом. При уже закрытом впускном клапане воздух колеблется с частотой, пропорциональной длине коллектора и оборотам двигателя.

В момент резонанса начинает происходить резонансный наддув, из-за чего воздух во впускные клапаны поступает под увеличенным давлением.

При разной скорости вращения коленчатого вала двигателя воздух по коллектору идет с разной скоростью и положение клапана системы изменения геометрии впускного коллектора тоже разное. Когда двигатель не запущен, шток пневмокамеры, регулирующей положение клапана, выдвинут до конца и коллектор находится в коротком положении. Когда же происходит запуск, то клапан открывается и пропускает разреженный воздух через систему в пневмокамеру, которая втягивает шток, переводя коллектор на длинное положение. Проходя по длинному коллектору, воздух под более высоким давлением поступает в цилиндры и на низких оборотах двигатель работает ровно и уверенно.

Клапан впускного коллектора в системе двигателя

Читайте также: Основное про коробку передач трактора дт-75

До достижения 4,5 тыс. об/мин клапан так и находится в режиме длинного коллектора, но по достижении электронный блок управления отключает подачу напряжения на клапан и он переходит в закрытое положение, вакуум на воздушную камеру перестает поступать. Чтобы система вернулась в изначальное состояние необходимо высокое давление в пневмокамере спустить, для чего есть на электромагнитном клапане атмосферный штуцер. Когда отключается напряжение, электромагнитный клапан открывает соединение пневмокамеры с атмосферным штуцером и в нее набирается воздух, шток выдвигается.

Электромагнитный клапан состоит из трех штуцеров и электромагнитной катушки. На разных автомобилях он располагается несколько по-разному, однако, найти его всегда можно около ресивера. Атмосферный клапан закрыт крышечкой, которую нужно иногда снимать для проверки на загрязнение и периодически проверять напряжение на подводящем проводе для диагностики возможных проблем при неровной работе двигателя.

Электромагнитный клапан находится возле ресивера

Устройство клапанного механизма

Для работы обычного двигателя необходимо минимум два клапана на каждый цилиндр. Один впускной и один выпускной. Сам клапан состоит из стержня и тарелки (головка). Место соприкосновения тарелки с ГБЦ называю седлом. Впускные клапаны имеют больший диаметр тарелки, чем выпускные. Это обеспечивает лучшее наполнение камеры сгорания топливовоздушной смесью.

Устройство клапанного механизма

Весь клапанный механизм состоит из следующих основных элементов:

• впускной и выпускной клапаны;
• направляющие втулки (обеспечивают точное направление движения клапанов);
• пружина (возвращает клапан в исходное положение);
• седло клапана (место соприкосновения тарелки с корпусом);
• сухари (два сухаря обеспечивают опорную поверхность для пружины и фиксируют всю конструкцию);
• маслосъемные колпачки или маслоотражательные кольца (не дает маслу попасть в цилиндр);
• толкатель (передает нажимное усилие от кулачка распредвала).

Кулачки на распределительном вале нажимают на клапаны. Их возврат в исходное положение обеспечивается за счет пружины. Пружина крепится на стержне с помощью сухарей и тарелки пружины. Для гашения резонансных колебаний на стержне могут устанавливаться не одна, а две пружины с разносторонней навивкой.

Направляющие втулки клапанов

Направляющая втулка представляет собой деталь цилиндрической формы. Она снижает трение и обеспечивает ровный и правильный ход стержня. В работе эти детали также подвергаются нагрузкам и воздействию температуры. Поэтому для ее изготовления применяются износостойкие и жаростойкие сплавы. Втулки выпускного и впускного клапанов несколько отличаются друг от друга в связи с разницей в нагрузках.

Характерные поломки впускных клапанов

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

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

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

Особенности работы

Клапаны постоянно подвержены воздействиям высокой температуры и давления. Это требует особого внимания к конструкции и материалам данных деталей. Особенно это касается выпускной группы, так как через них выходят горячие газы. Тарелка выпускного клапана в бензиновых двигателях может разогреваться до 800˚С – 900 ˚С, а в дизельных 500˚С – 700˚С. Нагрузка на тарелку впускного в несколько раз ниже, но и она достигает 300˚С, что также немало.

Именно поэтому в их производстве применяются жаропрочные сплавы металлов, содержащие легирующие присадки. Также выпускные клапаны часто имеют полый стержень с натриевым наполнителем. Это делается для лучшей терморегуляции и охлаждения тарелки. Натрий внутри стержня плавится, течет и забирает часть тепла с тарелки и переносит его на стержень. Так можно избежать перегрева детали.

Читайте также: Компактный двигатель ЗиД 4.5 для разнообразного применения

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.

Количество клапанов

В классическом варианте четырехтактному двигателю для работы достаточно иметь по два клапана на каждый цилиндр. Но к современным моторам предъявляются все большие требования по мощности, расходу топлива и экологичности, поэтому для них этого уже становится недостаточно. Поскольку чем больше клапанов, тем более эффективно происходит наполнение цилиндра свежим зарядом. В разное время на двигателях пробовались следующие схемы:

• трехклапанные (впуск – 2, выпуск – 1);
• четырехклапанные (впуск – 2, выпуск – 2);
• пятиклапанные (впуск – 3, выпуск – 2).

Лучшее наполнение цилиндров и их очистка обеспечиваются при использовании большего числа клапанов на один цилиндр. Но при этом усложняется конструкция двигателя.

На сегодняшний день наиболее популярными являются моторы с 4 клапанами на цилиндр. Первые такие двигатели появились еще в 1912 году на автомобиле Peugeot Gran Prix. Тогда широкого применения данное решение не получило, но начиная с 1970 года начали активно выпускаться серийные автомобили с таким количеством клапанов.

Устройство привода

За правильную и своевременную работу клапанного механизма отвечает распределительный вал и привод ГРМ. Конструкция и количество распредвалов для каждого типа двигателя выбирается индивидуально. Деталь представляет собой вал, на котором выполнены кулачки определенной формы. Проворачиваясь, они оказывают давление на толкатели, гидрокомпенсаторы или коромысла и открывают клапана. Тип схемы зависит от конкретного двигателя.

Читайте также: Устройство и принцип работы современного гидротрансформатора

Распредвал находится непосредственно в головке блока цилиндров. Привод к нему идет от коленчатого вала. Это может быть цепная, ременная или зубчатая передача. Наиболее надежной является цепная, но она требует дополнительных конструктивных решений. Например, успокоитель для гашения вибрации цепи и натяжитель. Скорость вращения распределительного вала в два раза ниже, чем скорость вращения коленчатого вала. Так обеспечивается согласование их работы.

От количества клапанов зависит количество распределительных валов. Существует две основных схемы:

При наличии только двух клапанов достаточно одного распредвала. Вращаясь, он обеспечивает попеременное открытие впускного и выпускного клапанов. В наиболее распространенных четырехклапанных двигателях устанавливаются два распредвала. Один обеспечивает работу впускных, а другой выпускных клапанов. В двигателях с V-образных расположением цилиндров устанавливается четыре распредвала. По два на каждую сторону.

Кулачки распредвала не толкают стержень клапана напрямую. Существует несколько типов “посредников”:

• роликовые рычаги (коромысло);
• механические толкатели (стаканы);
• гидравлические толкатели.

Принцип работы впускного клапана

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

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

Для радикального изменения опережения открытия клапанов необходимо приобрести комплект спортивных распредвалов

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

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

Стук при работе

Основной неисправностью клапанов (не считая прогара) считается появляющийся стук на холодном или горячем двигателе. Стук на холодном двигателе исчезает после набора температуры. Когда они разогреваются и расширяются, тепловой зазор закрывается. Также причиной может стать вязкость масла, которое не поступает в нужном объеме в гидрокомпенсаторы. Загрязнение масляных каналов компенсатора также может вызывать характерный стук.

На горячем двигателе клапана могут стучать из-за низкого давления масла в системе смазки, загрязнения масляного фильтра или неправильного теплового зазора. Также следует учитывать естественный износ деталей. Неисправности могут быть в самом клапанном механизме (износ пружины, направляющей втулки, гидротолкателей и т.д.).

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.

Источник https://vmyatynnet.ru/obuchenie/klapan-vpusknoj.html

Источник https://gp-prsmah.ru/obuchenie/klapan-vpusknoj.html

Источник http://17koles.ru/how/kak-rabotayut-klapany-dvigatelya