Клапани

Предмети:

Общ
материал
Натриеви клапани
Водачи на клапани
Различни видове управление на клапаните
Клапанен механизъм с индиректно управление на клапана
Клапанен механизъм с директно управление на клапана
Регулирайте хлабината на клапана
Многоклапанна технология
Променливо газоразпределение и повдигане на клапана

цялостната:
Във всеки двигател с вътрешно горене има клапани. Винаги има поне един входящ и един изходящ вентил. Тези клапани се задвижват от един или повече разпределителни валове през разпределението и гарантират, че пресният въздух може да тече в горивното пространство, след което въздухът се улавя по време на компресията и след това може да напусне горивното пространство. Потокът на входящите и изгорелите газове трябва да протича с възможно най-малко съпротивление.
Материалите са оформени максимално добре за тази цел.
Вентилите са монтирани в главата на цилиндъра. Входящият клапан често е по-голям от изпускателния, тъй като в цилиндъра трябва да влезе възможно най-много смес. Изпускателният клапан трябва да е по-малък, защото изгорелите изгорели газове напускат цилиндъра след изпускателния ход, когато буталото изтласква газовете от цилиндъра.

Като пример ще вземем четиритактовия процес на бензинов двигател. По време на такта на всмукване на двигателя всмукателният клапан се отваря и при бензинов двигател с индиректно впръскване се засмуква смес въздух-гориво, а при бензинов двигател с директно впръскване се засмуква само пресен въздух . Въздухът се засмуква, защото буталото се движи надолу. Въздухът, който тече, заема свободното пространство. Когато буталото отново се движи нагоре, входящият клапан ще се затвори. Сместа от гориво и въздух вече няма къде да отиде и се компресира. Това се нарича такт на компресия. Ето защо е важно клапаните да се затварят правилно. Сместа се запалва, когато запалителната свещ произведе искра. Поради това буталото се натиска надолу със значителна сила. Това се нарича силов удар.
По време на такта на изпускане изпускателният клапан се отваря и буталото се движи нагоре. Изгорелите газове сега напускат цилиндъра и отиват в ауспуха. Когато буталото е отгоре, изпускателният клапан се затваря и всмукателният клапан се отваря. Буталото отново се движи надолу и последва такта на всмукване. В действителност входящият клапан се отваря малко по-рано, така че входящият и изходящият клапан са отворени едновременно за кратко време. Това се нарича „припокриване на клапани“. Скоростта на изгорелите газове, които напускат цилиндъра през изпускателния клапан, създават отрицателно налягане, което води до допълнително привличане на входящия въздух. По този начин повече въздух може да потече в цилиндъра, отколкото ако само всмукателният клапан се отвори и буталото се премести надолу. По този начин нивото на пълнене се подобрява.

За по-подробно обяснение на четиритактовия процес вижте страницата „Работа на бензинов двигател".

материала:
Вентилите са силно натоварени. Особено изпускателните клапани, защото се нагряват изключително много и не се охлаждат много добре. Всмукателните клапани се охлаждат частично от студения засмукан въздух, който навлиза в цилиндъра. Изгорелите отработени газове преминават през изпускателните клапани при температура до 900 градуса по Целзий. Ето защо изпускателните клапани също са направени от различен материал от всмукателните клапани. Входящите клапани често са изработени от хромоникелова стомана. Изпускателните клапани често са изработени от хром-силиконова стомана. За да се ограничи износването поради високите температурни условия, външните ръбове на диска на клапана (уплътнителната повърхност) и стъблата на клапана са бронирани със слой от карбидна сплав (стелит). Вентилите разсейват по-голямата част от топлината през диска на клапана и стеблото на клапана. Вентилите, пълни с натрий, имат още по-добро разсейване на топлината.

Натриеви клапани:
Изпускателните клапани са кухи отвътре. Кухото пространство е приблизително 60% запълнено с натрий. Натрият е метал, който става течен при висока температура (от приблизително 100 градуса по Целзий). Когато двигателят работи, клапанът често се качва и спуска. Натрият във вентила непрекъснато се подхвърля напред-назад и по този начин пренася топлината. Натрият абсорбира топлината от диска на клапана и го отдава към стеблото на клапана. С вентили, пълни с натрий, можете да постигнете спад на температурата от 80 до 100 градуса в сравнение с вентили, които не са пълни с натрий.
Всмукателните клапани не се нуждаят от това, защото те вече се охлаждат от входящия въздух.

На фигурата сивата повърхност представлява материала, а червената част представлява кухината, пълна с натрий.

Водачи на клапани:
Клапаните се движат нагоре и надолу в главата на цилиндъра. Трябва да има добро уплътнение между клапана и главата на цилиндъра, така че маслото да не може да тече от главата на цилиндъра по стеблото на клапана към входящия или изпускателния канал. Винаги има малък маслен филм между клапана и водача на клапана за смазване. Водачът на клапана е показан в оранжево на фигурата.

Ако от ауспуха излиза син дим, това може да е резултат от дефектни водачи на клапаните. Възможно е водачите на клапаните да са станали по-широки (вижте изображението по-долу), така че клапанът дори да има луфт в главата на цилиндъра. В тази ситуация маслото може да изтече през клапана във входящия или изпускателния канал. В горната част на водача на клапана има външно въздушно налягане или понякога дори свръхналягане поради по-високо налягане в картера. В долната част на водача на клапана газовете се стичат към изпускателния колектор, което осигурява вакуумен ефект. Това увеличава изтичането, тъй като маслото се засмуква надолу по стеблото на клапана. Когато маслото влезе в изпускателния колектор, то не се изгаря. Маслото се нагрява, което води до частичното му изпаряване. Това може да доведе до излизане на син дим от ауспуха.

Водачите на клапаните често могат да се сменят отделно. За да направите това, главата на цилиндъра трябва да се разглоби и клапанът да се отстрани от главата на цилиндъра. След това водачите на клапаните могат да бъдат сменени. Водачите на клапаните не могат да се сменят отделно на всички цилиндрови глави. Компаниите за повторно производство често имат решение за това. Попитайте за възможностите за смяна на водачи на клапани в реномирана компания за основен ремонт.

Различни видове управление на клапаните:
Вентилите могат да се управляват по различни начини. Изображението по-долу показва пет различни версии. Тези различни версии и методите за настройка се обсъждат допълнително на тази страница.

A: Непряко управление на клапана с кобилици.
B: Директно управление на клапана с ролкови кобилици.
C: Директно управление на клапана с хидравлични регулатори на клапани.
D: Директно управление на клапаните с кобилици и множество клапани на цилиндър.
E: Директно управление на клапаните с хидравлични повдигачи на клапани и множество клапани на цилиндър.

За двигатели без хидравлични клапанни тласъци (A, B и D) е необходимо периодично да се проверява хлабината на клапаните. Повече за това в главата „Регулиране на хлабината на клапаните“ на тази страница. При двигатели с хидравлични повдигачи на клапаните регулирането на хлабината на клапаните не е нито необходимо, нито възможно; хидравличните цилиндри са пълни с масло, което премахва излишния луфт.

Клапанен механизъм с индиректно управление на клапана:
В миналото двигателите са били оборудвани с основа разпределителен вал. В наши дни двигателите на леките автомобили са оборудвани само с горен разпределителен вал. Конструкцията с подлежащия разпределителен вал изчезва. Недостатъкът на тази конструкция е, че тези двигатели не могат да се справят с високи скорости, защото има много маса между разпределителния вал и клапана. При високи скорости ще се появи твърде много хлабина и вентилът вече няма да се отваря и затваря в правилното време.
Коляновият вал задвижва разположения отдолу разпределителен вал посредством малка ангренажна верига или ремък (вижте изображението по-долу). Разпределителният вал избутва тласкача на клапана и тласкащия прът право нагоре. Дясната страна на кобилицата е избутана нагоре. Кобилицата се „върти“ около оста на кобилицата, като натиска лявата страна надолу. Това принуждава клапана надолу срещу силата на пружината на клапана. Когато разпределителният вал се завърти допълнително, пружината на клапана притиска клапана да се затвори и кобилицата се връща в изходна позиция.

Клапанен механизъм с директно управление на клапана:
Понастоящем горният разпределителен вал се използва само в леки автомобили. След това разпределителният вал се поставя в главата на цилиндъра. Предимството на двигателите с горен разпределителен вал е, че могат да се справят с по-високи скорости, отколкото с разположен отдолу разпределителен вал.

В лявото изображение по-горе можете да видите, че клапанът е затворен, защото пружината на клапана притиска клапана затворен и разпределителният вал се върти по посока на часовниковата стрелка. В дясното изображение разпределителният вал е усукан, което кара гърбицата да натиска клапана надолу. Сега пружината е компресирана, натискайки клапана надолу. Когато разпределителният вал се завърти допълнително, пружината на клапана ще избута клапана отново нагоре. Пружината на клапана упражнява противоналягане от приблизително 20 kg.

Изображението показва схематично представяне на клапан с клапанна пружина. Тук можете ясно да видите върху коя част клапанът лежи върху затварящата повърхност на клапана на леглото на клапана. В горната част са пружинното гнездо (частта, където гърбицата на разпределителния вал избутва клапана надолу) с ключа на клапана и пружината на клапана отдолу. Клапанът служи за монтаж на вентила. За да извадите клапана от главата на цилиндъра, ключовете на клапаните трябва да бъдат извадени. При разглобяване гнездото на пружината трябва да се натисне надолу срещу силата на пружината на клапана (за това има специални инструменти). След това вентилът ще може да се движи свободно. Чрез премахване на двата ключа на клапана с магнит между леглото на пружината и стеблото на клапана, клапанът може да бъде изваден от главата на цилиндъра отдолу.
По време на монтажа трябва да се внимава правилният вентил да бъде монтиран отново на правилното място. Те не могат да се обменят. Когато се монтира нов вентил, той ще трябва да се шлайфа със специална шлифовъчна паста. След шлайфане вентилът ще уплътни добре. След това новият клапан може да се плъзне през водача на стеблото на клапана и ключовете на клапана да се върнат на мястото си. След това пружината на клапана може да се отпусне отново.

Регулирайте хлабината на клапана:
Винаги трябва да има известна хлабина между разпределителния вал и кобилицата или горната част на клапана. Тази хлабина дава възможност на материала да се разширява. Играта не трябва да е твърде голяма; тогава клапанът се отваря по-малко и за по-кратко време. Ако хлабината е твърде голяма, ще отнеме повече време на разпределителния вал да отвори клапана и той ще се затвори по-рано. Играта също не трябва да бъде твърде малка; тогава вентилът се отваря по-рано и се затваря по-късно. След това всеки път вентилът е отворен твърде дълго. Следователно времето, през което вентилът е затворен, е по-кратко; има вероятност клапанът да не може да разсее топлината си към леглото на клапана на главата на цилиндъра и следователно да прегрее. След това вентилът може да изгори.

Днес почти всички леки автомобили са оборудвани с хидравлични повдигачи на клапаните. Все още обаче има производители, които разработват двигатели, които изискват регулиране на хлабината на клапаните. В колите от 90-те години на миналия век използването на хидравлични клапани изобщо не беше очевидно. Така че все още има много превозни средства, които се движат наоколо, където хлабината на клапаните трябва да се проверява периодично и да се коригира, ако е необходимо. Фабричните данни често изброяват пробега, при който това трябва да се направи (често всяка голяма поддръжка). Има две различни конструкции за регулиране на хлабината на клапаните; с помощта на подложки и чрез регулиращи ексцентрични болтове. И двете са описани по-долу.
Когато клапаните се регулират, не трябва просто да започвате от която и да е точка. Трябва да се обърне специално внимание на точката, в която клапаните са настроени на „преобръщане“. Преобръщане означава, че разпределителният вал току-що е затворил изпускателните клапани и е на път да отвори всмукателните клапани. Когато цилиндър 1 се преобръща, това означава, че е в началото на всмукателния такт. След това буталото на цилиндър 1 е отгоре. Цилиндър 1 и 4 винаги са на една и съща височина по отношение на височината (точно както 2 и 3 са на една и съща височина, вижте изображението по-долу). Тъй като редът на запалване е 1-3-4-2 (помнете работната диаграма), това означава, че цилиндър 4 е в началото на силовия ход. След цилиндър 4 е ред на цилиндър 2 и след това цилиндър 3.

Изображението по-долу показва буталото на цилиндър 1 в BPD. Ушите са насочени надолу; всмукателните клапани току-що са се затворили, а изпускателните клапани са на път да се отворят. В този момент клапаните на цилиндър 4 могат да бъдат регулирани; гърбиците там са насочени нагоре.

Хлабината на клапана се измерва с т.нар.щуп“. Сензорът съдържа различни размери метални ленти, всяка с дебелина 0,05 mm по-дебела от другата. Чрез плъзгане на няколко ленти между разпределителния вал и клапана можете да проверите колко има луфт. Въпросната лента не трябва да се прокарва твърде лесно; тогава хлабината на клапана е по-голяма от стойността на лентата. Ако лентата не пасва или е много тежка и засяда, тогава лентата е твърде дебела. Може да се усети съпротивление, когато лентата се премести между тях.

Регулиране на хлабината на клапана с помощта на подложки:
Дебелината на подложката, наричана още „подложка“, определя хлабината на клапана в този случай. На изображението по-долу подложката е означена в червено. Чрез подмяна на подложката с по-дебела, хлабината на клапана ще намалее. Тогава има по-малко пространство между разпределителния вал и подложката. Под изображението е обяснено как трябва да се регулира хлабината на клапана. За да регулирате клапаните, ексцентрикът на въпросния клапан трябва да сочи нагоре, както е показано на фигурата по-долу. Когато гърбицата е усукана, се вземат неправилни измервания. При регулиране на клапаните на четирицилиндров двигател трябва да се предприемат следните действия:

Превключете цилиндър 1 = Регулирайте клапаните на цилиндър 4.
Превключете цилиндър 2 = Регулирайте клапаните на цилиндър 3.
Превключете цилиндър 3 = Регулирайте клапаните на цилиндър 2.
Превключете цилиндър 4 = Регулирайте клапаните на цилиндър 1.

Например, фабричната стойност на горната хлабина на клапана може да бъде 0,35 mm. Следователно трябва да има разстояние от 0,35 mm между подложката и разпределителния вал, когато гърбицата е насочена нагоре. Разстоянието между двете части може да се измери с щуп. Ако лентата от 0,35 mm преминава много лесно, без да усеща съпротивление, това означава, че разстоянието между клапана и разпределителния вал е по-голямо от 0,35 mm. В този случай хлабината на клапана е твърде голяма. Ако 0,45 мм лента за измерване почти не пасва между тях, тъй като трябва да се упражни много сила, за да се натисне, тази лента е твърде дебела. Тогава действителната хлабина е между 0,35 и 0,45 mm. За по-голяма сигурност между тях може да се постави лента от 0,40 мм. Ако започне, но може да се движи напред-назад (може да се усети съпротивление), тогава можете да сте сигурни; хлабината на клапаните е 0,40 мм вместо предписаните 0,35 мм.

Тъй като хлабината на клапана е твърде голяма, трябва да се монтира по-дебела подложка. Размерите често са посочени върху подложките. В такъв случай прочетете стойността на подложката, която е твърде тънка. Това е например 2,75 мм.
Хлабината на клапана е твърде голяма; подложката трябва да е с 0,05 мм по-дебела от тази, която е монтирана, а именно 2,75 мм. Когато е монтирана подложка от (2,75 + 0,05) = 2,80 мм, хлабината на клапана е правилна. В такъв случай монтирайте подложката от 2,80 мм, завъртете коляновия вал на два оборота, така че правилните клапани отново да се люлеят и проверете отново хлабината на клапаните.

Често има специални инструменти за разглобяване за лесна подмяна на подложките. Пример за това може да се види на изображението.

Регулиране на хлабината на клапана с помощта на регулируеми ексцентрици:
Често използвана система е регулируемият ексцентрик. Регулиращият винт може да се завърти само след като контрагайката е разхлабена на четвърт оборот. Когато след това регулиращият винт се завърти, пространството между стеблото на клапана и кобилицата веднага ще се увеличи или намали. След като затегнете контрагайката, регулиращият винт се заключва отново.

И тук клапаните на правилния цилиндър трябва, разбира се, първо да бъдат настроени да превключват! Чрез опипване между стеблото на клапана и кобилицата с щуп с правилната дебелина (т.е. същата стойност като фабричната стойност), може да се определи дали хлабината на клапана е твърде голяма, твърде малка или правилна. Чрез завъртане на регулиращия винт и постоянно преместване на измервателния уред между него, може да се намери правилната позиция на регулиращия винт, където хлабината на клапана е правилна. След това затегнете контрагайката и след това проверете дали хлабината е все още същата. Има голяма вероятност регулиращият винт да се завърти леко при затягане на контрагайката, освен ако не се използва специален инструмент, посочен от производителя.

Многоклапанна технология:
Всеки четиритактов двигател има поне 1 всмукателен и 1 изпускателен клапан. По-мощните и икономични двигатели често имат 2 всмукателни и 2 изпускателни клапана. Някои видове имат 2 входящи клапана и 1 изпускателен клапан или 3 входящи клапана и 1 изпускателен клапан.
Има две основни предимства при използването на множество клапани, а именно:

Вентилите ще имат малко по-малък диаметър, което води до по-ниска маса (по-малко тегло) на клапан. Най-голямото предимство на това е, че клапаните не плуват при високи обороти на двигателя. Плаващите клапани означават, че когато двигателят работи с висока скорост (например 5000 об./мин.), клапаните се отварят и затварят толкова бързо, че пружините на клапаните вече нямат време да притиснат клапана затворен. Следователно клапанът не се затваря напълно върху леглото на клапана. Това може да доведе до удар на буталото в клапана или до прегряване на клапана, тъй като вече не може да пренася топлина към леглото на клапана. Множеството клапани правят клапаните по-леки и дават на пружините на клапаните достатъчно време, за да затворят клапана.
По-ниската маса на клапан позволява на клапаните да се затварят по-бързо. Това прави възможно прилагането на променливо газоразпределение, при което позицията на разпределителния вал се променя при определени обороти или натоварване на двигателя.

Променливо газоразпределение и повдигане на клапана:
Съвременните двигатели често използват променливо газоразпределение. Някои производители на двигатели също използват променливо повдигане на клапаните (включително BMW). Тези глави са описани отделно на страниците: