Klapid

Teemad:

üld-
Materjal
Naatriumiga täidetud ventiilid
Klapi juhikud
Erinevat tüüpi ventiilide juhtimine
Klapimehhanism kaudse klapi juhtimisega
Otsese klapi juhtimisega klapimehhanism
Reguleerige klapi vahet
Mitme ventiili tehnoloogia
Muutuva klapi ajastus ja klapi tõstejõud

Üldine:
Igas sisepõlemismootoris on klapid. Alati on vähemalt üks sisselaske- ja üks väljalaskeklapp. Neid klappe juhib üks või mitu nukkvõlli läbi jaotuse ja need tagavad värske õhu voolamise põlemisruumi, seejärel jääb õhk kokkusurumise ajal lõksu ja võib seejärel põlemisruumist lahkuda. Sisse- ja heitgaaside vool peab toimuma võimalikult väikese takistusega.
Materjalid on selleks otstarbeks võimalikult hästi vormitud.
Klapid on paigaldatud silindripeasse. Sisselaskeklapp on sageli suurem kui väljalaskeklapp, sest silindrisse peab sisenema võimalikult palju segu. Väljalaskeklapp peaks olema väiksem, sest põlenud heitgaasid väljuvad silindrist pärast väljalasketakti, kui kolb surub gaasid silindrist välja.

Näitena võtame bensiinimootori neljataktilise protsessi. Mootori sisselasketakti ajal avaneb sisselaskeklapp ja kaudsissepritsega bensiinimootori puhul imetakse sisse õhu-kütuse segu, otsesissepritsega bensiinimootori puhul aga ainult värske õhk. . Õhk imetakse sisse, kuna kolb liigub allapoole. Sissevoolav õhk võtab vabaks muutuva ruumi. Kui kolb liigub uuesti üles, sulgub sisselaskeklapp. Kütuse ja õhu segul pole nüüd kuhugi minna ja see on kokku surutud. Seda nimetatakse kompressioonilöögiks. Seetõttu on oluline, et klapid sulguksid korralikult. Segu süttib, kui süüteküünal tekitab sädet. Seetõttu surutakse kolb alla märkimisväärse jõuga. Seda nimetatakse jõulöögiks.
Väljalasketakti ajal avaneb väljalaskeklapp ja kolb liigub ülespoole. Põlenud gaasid lahkuvad nüüd silindrist ja lähevad heitgaasi. Kui kolb on üleval, sulgub väljalaskeklapp ja avaneb sisselaskeklapp. Kolb liigub uuesti alla ja järgneb sisselaskekäik. Tegelikkuses avaneb sisselaskeklapp veidi varem, nii et sisse- ja väljalaskeklapid on lühiajaliselt avatud korraga. Seda nimetatakse klapi kattumiseks. Läbi väljalaskeklapi silindrist väljuvate põlenud gaaside kiirus tekitab alarõhu, mis põhjustab sisselaskeõhu lisatõmmet. Nii saab silindrisse voolata rohkem õhku kui siis, kui ainult sisselaskeklapp avaneks ja kolb liiguks allapoole. Seega paraneb täitetase.

Täpsemat selgitust neljataktilise protsessi kohta leiate lehelt "Bensiinimootori töö".

Materjal:
Klapid on tugevalt koormatud. Eriti väljalaskeklapid, sest need lähevad väga kuumaks ja neid ei saa väga hästi jahutada. Sisselaskeventiilid jahutatakse osaliselt silindrisse siseneva külma imetava õhuga. Põlenud heitgaasid voolavad väljalaskeklappidest mööda temperatuuril kuni 900 kraadi Celsiuse järgi. Seetõttu on ka väljalaskeklapid valmistatud erinevast materjalist kui sisselaskeklapid. Sisselaskeklapid on sageli valmistatud kromonnikkelterasest. Väljalaskeventiilid on sageli valmistatud kroom-räni terasest. Kõrgest temperatuurist tingitud kulumise piiramiseks on klapiketta välisservad (tihenduspind) ja klapivarred kaetud karbiidisulami (stelliidi) kihiga. Klapid hajutavad suurema osa soojusest läbi klapiketta ja klapivarre. Naatriumiga täidetud klappidel on veelgi parem soojuse hajutamine.

Naatriumiga täidetud ventiilid:
Väljalaskeventiilid on seest õõnsad. Õõnes ruum on ligikaudu 60% täidetud naatriumiga. Naatrium on metall, mis muutub kõrgel temperatuuril (ligikaudu 100 kraadi Celsiuse järgi) vedelaks. Kui mootor töötab, käib klapp sageli üles-alla. Klapis olev naatrium paiskub pidevalt edasi-tagasi ja kannab seega soojust edasi. Naatrium neelab soojuse klapikettalt ja vabastab selle klapivarrele. Naatriumiga täidetud ventiilidega saate saavutada temperatuuri languse 80 kuni 100 kraadi võrreldes naatriumitaga ventiilidega.
Sisselaskeklapid seda ei vaja, sest neid jahutab juba sissetulev õhk.

Joonisel kujutab hall pind materjali ja punane osa naatriumiga täidetud õõnsust.

Klapi juhikud:
Klapid liiguvad silindripeas üles ja alla. Klapi ja silindripea vahel peab olema hea tihend, et õli ei saaks voolata silindripeast mööda klapivarre sisselaske- või väljalaskekanalisse. Klapi ja klapijuhiku vahel on määrimiseks alati väike õlikile. Klapijuhik on joonisel näidatud oranžina.

Kui heitgaasist tuleb sinist suitsu, võib põhjuseks olla defektsed klapijuhikud. Võib juhtuda, et klapijuhikud on muutunud laiemaks (vt pilti allpool), nii et klapil on silindripeas isegi lõtku. Sellises olukorras võib õli lekkida ventiilist mööda sisse- või väljalaskeavasse. Klapijuhiku ülaosas on välisõhu rõhk või mõnikord isegi ülerõhk kõrgema karteri rõhu tõttu. Klapijuhiku allosas voolavad gaasid väljalaskekollektorisse, mis tagab vaakumiefekti. See suurendab leket, kuna õli imetakse justkui mööda klapivarre alla. Kui õli siseneb väljalaskekollektorisse, siis see ei põle. Õli kuumutatakse, mistõttu see osaliselt aurustub. Selle tulemusena võib heitgaasist välja tulla sinist suitsu.

Klapijuhikuid saab sageli eraldi vahetada. Selleks tuleb silindripea lahti võtta ja klapp silindripea küljest eemaldada. Seejärel saab klapijuhikud välja vahetada. Kõigi silindripeade klapijuhikuid ei saa eraldi vahetada. Taastootmisettevõtetel on selleks sageli lahendus. Küsige klapijuhikute vahetamise võimaluste kohta hästi hinnatud kapitaalremondiettevõttest.

Erinevat tüüpi ventiili juhtimine:
Klappe saab kasutada erineval viisil. Alloleval pildil on viis erinevat versiooni. Neid erinevaid versioone ja reguleerimisviise käsitletakse sellel lehel lähemalt.

V: Kaudne klapi juhtimine klapihoobadega.
B: Otsene klapi juhtimine rullikutega.
C: Otsene klapi juhtimine hüdrauliliste klapiregulaatoritega.
D: klapi otsejuhtimine klapihoobade ja mitme klapiga silindri kohta.
E: Otsene klapi juhtimine hüdrauliliste klapitõstukite ja mitme klapiga silindri kohta.

Ilma hüdrauliliste klappideta mootorite puhul (A, B ja D) on vaja perioodiliselt kontrollida klapivahet. Lisateavet selle kohta leiate selle lehe peatükist "Klappide vahe reguleerimine". Hüdrauliliste klapitõstukitega mootoritel ei ole klapivahe reguleerimine vajalik ega võimalik; hüdrosilindrid on täidetud õliga, mis eemaldab liigse lõtku.

Klapimehhanism kaudse klapi juhtimisega:
Varem olid mootorid varustatud alusseadmega nukkvõll. Tänapäeval on sõiduautode mootorid varustatud ainult ülemise nukkvõlliga. Konstruktsioon koos selle all oleva nukkvõlliga on kadumas. Selle konstruktsiooni puuduseks on see, et need mootorid ei suuda suuri pööreid taluda, kuna nukkvõlli ja klapi vahel on palju massi. Suurtel kiirustel tekib liiga palju lõtku ja klapp ei avane ega sulgu enam õigel ajal.
Väntvõll käitab abil väike ajastuskett või rihm selle all oleva nukkvõlli külge (vt pilti allpool). Nukkvõll surub klapi kraani ja tõukurvarda otse üles. Nookurvarre parem pool on üles lükatud. Nookur 'tõmbub' ümber nookuri telje, surudes vasaku külje alla. See sunnib ventiili allapoole vastu klapivedru jõudu. Kui nukkvõlli edasi pöörata, surub klapivedru klapi kinni ja klapihoob naaseb algasendisse.

Otsese klapi juhtimisega klapimehhanism:
Ülemise nukkvõlli kasutatakse tänapäeval ainult sõiduautodes. Seejärel asetatakse nukkvõll silindripeasse. Ülemise nukkvõlliga mootorite eeliseks on see, et nad saavad hakkama suurematel pööretel kui all oleva nukkvõlliga.

Vasakpoolsel ülaltoodud pildil näete, et klapp on suletud, kuna klapi vedru surub klapi kinni ja nukkvõll pöörleb päripäeva. Parempoolsel pildil on nukkvõll väänatud, mistõttu nukk surub klapi alla. Vedru on nüüd kokku surutud, surudes klapi alla. Kui nukkvõlli on edasi pööratud, surub klapivedru klapi uuesti ülespoole. Klapivedru avaldab umbes 20 kg vasturõhku.

Pildil on skemaatiliselt kujutatud ventiili vedruga klapp. Siin on selgelt näha, millisele osale ventiil toetub klapipesa klapi sulgemispinnale. Ülaosas on vedrupesa (osa, kus nukkvõlli nukk surub klapi alla), mille all on klapivõti ja klapivedru. Klapivõti toimib klapi kinnitusena. Klapi eemaldamiseks silindripea küljest tuleb klapivõtmed eemaldada. Lahtivõtmisel tuleb vedrupesa klapivedru jõu vastu alla suruda (selleks on olemas spetsiaalsed tööriistad). Seejärel saab klapp vabalt liikuda. Eemaldades vedrupesa ja klapivarre vahelt magnetiga kaks klapivõtit, saab klapi silindripea küljest eemaldada altpoolt.
Paigaldamisel tuleb jälgida, et õige klapp oleks õigesse kohta tagasi paigaldatud. Neid ei tohi vahetada. Uue ventiili paigaldamisel tuleb see lihvida spetsiaalse lihvpastaga. Pärast lihvimist tiheneb klapp hästi. Seejärel saab uue klapi libistada läbi klapivarre juhiku ja klapivõtmed tagasi oma kohale asetada. Seejärel saab klapivedru uuesti lõdvestada.

Reguleerige klapi vahet:
Nukkvõlli ja nookuri või klapi ülaosa vahel peab alati olema teatav lõtk. See kliirens annab materjalile võimaluse laieneda. Näidend ei tohiks olla liiga suur; klapp avaneb siis vähem kaugele ja lühemaks ajaks. Kui kliirens on liiga suur, kulub nukkvõllil ventiili avanemine kauem aega ja klapp sulgub varem. Ka näidend ei tohiks olla liiga väike; klapp avatakse siis varem ja suletakse hiljem. Seejärel on klapp iga kord liiga kaua avatud. Seetõttu on klapi sulgemise aeg lühem; on võimalus, et klapp ei suuda oma soojust silindripea klapipesale hajutada ja seetõttu kuumeneb üle. Seejärel võib klapp põletada.

Tänapäeval on peaaegu kõik sõiduautod varustatud hüdrauliliste klapitõstukitega. Siiski on endiselt tootjaid, kes arendavad mootoreid, mis nõuavad klapivahe reguleerimist. 90. aastatest pärit autode puhul ei olnud hüdroklapi kraanide kasutamine sugugi enesestmõistetav. Seega liigub endiselt palju sõidukeid, mille klapivahet tuleb perioodiliselt kontrollida ja vajadusel reguleerida. Tehase andmetes on sageli kirjas läbisõit, mille juures seda tuleks teha (sageli iga suurem hooldusteenus). Klapivahe reguleerimiseks on kaks erinevat konstruktsiooni; seibide abil ja ekstsentripoltide reguleerimisega. Neid mõlemaid kirjeldatakse allpool.
Kui klappe reguleeritakse, ei tohiks te lihtsalt alustada mis tahes punktist. Tähelepanu tuleb pöörata punktile, mil klapid on seatud "trummelisse". Rullimine tähendab, et nukkvõll on just sulgenud väljalaskeklapid ja hakkab avama sisselaskeklappe. Kui silinder 1 tõmbub, tähendab see, et see on sisselasketakti alguses. Silindri 1 kolb on siis ülaosas. Silinder 1 ja 4 on alati samal kõrgusel (nagu 2 ja 3 on samal kõrgusel, vt allolevat pilti). Kuna süütamise järjekord on 1-3-4-2 (pidage meeles tööskeemi), tähendab see, et silinder 4 on jõutakti alguses. Pärast 4. silindrit on kord 2. ja seejärel 3. silindril.

Alloleval pildil on kujutatud BPD silindri 1 kolb. Kõrvad on suunatud allapoole; sisselaskeklapid on just sulgunud ja väljalaskeklapid on kohe avanemas. Sel hetkel saab silindri 4 klappe reguleerida; sealsed nukid on suunatud ülespoole.

Klapi kliirensit mõõdetakse nn.kaliibrimõõtur“. Katlamõõtur sisaldab erineva suurusega metallribasid, millest igaüks on 0,05 mm paksemad kui teine. Libistades nukkvõlli ja klapi vahele mitmeid ribasid, saate kontrollida, kui palju lõtku on. Kõnealust riba ei tohi liiga kergelt läbi suruda; klapi kliirens on siis suurem kui riba väärtus. Kui riba ei sobi või on väga raske ja jääb kinni, siis on riba liiga paks. Riba nende vahel liigutamisel võib tunda vastupanu.

Klapi kliirensi reguleerimine seibide abil:
Klapi kliirensi määrab sel juhul seibi paksus, mida nimetatakse ka vahekihiks. Alloleval pildil on vahesein tähistatud punasega. Vahetades vaheseibi paksema vastu, väheneb klapi kliirens. Siis jääb nukkvõlli ja seibi vahele vähem ruumi. Pildi all on selgitatud, kuidas klapi kliirensit reguleerida. Klappide reguleerimiseks peab kõnealuse klapi nukk olema suunatud ülespoole, nagu on näidatud alloleval joonisel. Kui nukk on väänatud, tehakse valed mõõtmised. Neljasilindrilise mootori ventiilide reguleerimisel tuleb teha järgmised toimingud:

Lülitage silinder 1 = reguleerige silindri 4 ventiile.
Lülitage silinder 2 = reguleerige silindri 3 ventiile.
Lülitage silinder 3 = reguleerige silindri 2 ventiile.
Lülitage silinder 4 = reguleerige silindri 1 ventiile.

Näiteks võib ülaltoodud klapivahe tehaseväärtus olla 0,35 mm. Seetõttu peab seibi ja nukkvõlli vahele jääma 0,35 mm vaba ruumi, kui nukk on suunatud ülespoole. Kahe osa vahelist ruumi saab mõõta kaliibriga. Kui 0,35 mm riba läheb läbi väga lihtsalt, ilma takistust tundmata, tähendab see, et klapi ja nukkvõlli vaheline kaugus on suurem kui 0,35 mm. Sel juhul on klapi vahe liiga suur. Kui 0,45 mm kaliibri riba vahele peaaegu ei mahu, sest selle sisselükkamiseks tuleb palju jõudu rakendada, on see riba liiga paks. Tegelik lõtk on siis vahemikus 0,35–0,45 mm. Ohutuse mõttes võib vahele libistada 0,40 mm riba. Kui see käivitub, aga on edasi-tagasi liigutatav (võib tunda vastupanu), siis võib kindel olla; klapi kliirens on ettenähtud 0,40 mm asemel 0,35 mm.

Kuna klapivahe on liiga suur, tuleb paigaldada paksem vahesein. Suurused on sageli märgitud seibidele. Sel juhul lugege liiga õhukese seibi väärtust. See on näiteks 2,75 mm.
Klapi kliirens on liiga suur; seib peab olema 0,05 mm paksem kui paigaldatud, nimelt 2,75 mm. Kui on paigaldatud vahesein (2,75 + 0,05) = 2,80 mm, on klapi vahe õige. Sel juhul paigaldage 2,80 mm seib, keerake väntvõlli kaks pööret nii, et õiged klapid jälle kõiguks ja kontrollige uuesti klapivahet.

Tihti on seibide hõlpsaks vahetamiseks spetsiaalsed demonteerimisvahendid. Selle näidet on näha pildil.

Klapi kliirensi reguleerimine reguleeritavate ekstsentrikute abil:
Sageli kasutatav süsteem on reguleeritav ekstsentrik. Reguleerimiskruvi saab keerata alles siis, kui lukustusmutrit on veerand pöörde võrra lahti keeratud. Kui reguleerimiskruvi seejärel keerata, suureneb või väheneb kohe klapivarre ja klapihoova vaheline ruum. Seejärel lukustusmutrit pingutades lukustub reguleerimiskruvi uuesti.

Ka siin tuleb õige silindri klapid loomulikult esmalt lülitusse seada! Klapivarre ja klapihoova vahel katsudes õige paksusega (st tehaseväärtusega sama väärtusega) kaliibriga saab kindlaks teha, kas klapivahe on liiga suur, liiga väike või õige. Reguleerimiskruvi keerates ja pidevalt kaliibri selle vahel liigutades saab leida reguleerimiskruvi õige asendi, kus klapivahe on õige. Seejärel pingutage lukustusmutter ja seejärel kontrollige, kas kliirens on ikka sama. Tõenäoliselt keeratakse reguleerimiskruvi lukustusmutri pingutamisel veidi, kui just ei kasutata tootja poolt määratud spetsiaalset tööriista.

Mitme ventiili tehnoloogia:
Igal neljataktilisel mootoril on vähemalt 1 sisselaskeklapp ja 1 väljalaskeklapp. Võimsamatel ja ökonoomsematel mootoritel on sageli 2 sisselaske- ja 2 väljalaskeventiili. Mõnel tüübil on 2 sisselaskeventiili ja 1 väljalaskeklapp või 3 sisselaskeventiili ja 1 väljalaskeklapp.
Mitme ventiili kasutamisel on kaks peamist eelist:

Klapid on mõnevõrra väiksema läbimõõduga, mis toob kaasa väiksema massi (vähem kaalu) klapi kohta. Selle suurim eelis on see, et klapid ei uju mootori kõrgetel pööretel. Ujuvad klapid tähendavad seda, et kui mootor töötab suurel kiirusel (nt 5000 p/min), avanevad ja sulguvad klapid nii kiiresti, et klapivedrudel ei ole enam aega klapi kinni vajutada. Seetõttu ei sulgu klapp täielikult klapipesal. Selle tulemusena võib kolb klapi vastu lüüa või klapp üle kuumeneda, kuna see ei saa enam soojust klapipesale üle kanda. Mitmed ventiilid muudavad klapid kergemaks ja annavad ventiili vedrudele piisavalt aega klapi sulgemiseks.
Väiksem mass klapi kohta võimaldab klappidel kiiremini sulguda. See võimaldab rakendada muutuvat klapiajastust, mille käigus muudetakse nukkvõlli asendit mootori teatud pöörete või koormuse juures.

Muutuva ventiili ajastus ja klapitõste:
Kaasaegsed mootorid kasutavad sageli muutuvat klapiajastust. Mõned mootoritootjad kasutavad ka muudetavat ventiili tõstmist (sh BMW). Neid peatükke kirjeldatakse eraldi lehekülgedel: