Предметы:
- Общий
- Materiaal
- Клапаны наполненные натрием
- Направляющие клапанов
- Различные типы управления клапанами
- Клапанный механизм с непрямым управлением клапаном
- Клапанный механизм с прямым управлением клапаном
- Отрегулировать зазор клапанов
- Многоклапанная технология
- Изменение фаз газораспределения и подъема клапанов
в целом:
Клапаны есть в каждом двигателе внутреннего сгорания. Всегда имеется как минимум один впускной и один выпускной клапан. Эти клапаны приводятся в движение одним или несколькими распределительными валами через распределитель и обеспечивают подачу свежего воздуха в камеру сгорания, затем воздух захватывается во время сжатия и затем может покинуть камеру сгорания. Истечение впускных и выхлопных газов должно происходить с как можно меньшим сопротивлением.
Материалы имеют максимально подходящую для этой цели форму.
Клапаны установлены в головке блока цилиндров. Впускной клапан часто больше выпускного, потому что в цилиндр должно попасть как можно больше смеси. Выпускной клапан должен быть меньше, поскольку сгоревшие выхлопные газы покидают цилиндр после такта выпуска, когда поршень выталкивает газы из цилиндра.
В качестве примера возьмем четырехтактный процесс бензинового двигателя. Во время такта впуска двигателя впускной клапан открывается и в случае бензинового двигателя с непрямым впрыском всасывается топливно-воздушная смесь, а в случае бензинового двигателя с непосредственным впрыском - только свежий воздух. . Воздух всасывается, потому что поршень движется вниз. Поступающий воздух занимает освободившееся пространство. Когда поршень снова двинется вверх, впускной клапан закроется. Смесь топлива и воздуха теперь некуда деваться и сжимается. Это называется тактом сжатия. Вот почему важно, чтобы клапаны закрывались правильно. Смесь воспламеняется, когда свеча зажигания дает искру. Поэтому поршень толкается вниз со значительной силой. Это называется силовым ударом.
Во время такта выпуска выпускной клапан открывается, и поршень движется вверх. Сгоревшие газы теперь покидают цилиндр и направляются в выхлоп. Когда поршень находится вверху, выпускной клапан закрывается, а впускной открывается. Поршень снова движется вниз, и следует такт впуска. В действительности впускной клапан открывается немного раньше, поэтому впускной и выпускной клапаны на короткое время открыты одновременно. Это называется «перекрытие клапанов». Скорость сгоревших газов, покидающих цилиндр через выпускной клапан, создает отрицательное давление, что приводит к дополнительному притяжению всасываемого воздуха. Таким образом, в цилиндр может попасть больше воздуха, чем если бы впускной клапан открылся и поршень переместился вниз. Таким образом, уровень наполнения улучшается.
Более подробное объяснение четырехтактного процесса смотрите на странице «Работа бензинового двигателя».
материал:
Клапана сильно нагружены. Особенно выпускные клапаны, потому что они сильно нагреваются и не могут быть хорошо охлаждены. Впускные клапаны частично охлаждаются холодным всасываемым воздухом, поступающим в цилиндр. Сгоревшие выхлопные газы проходят мимо выпускных клапанов при температуре до 900 градусов Цельсия. Вот почему выпускные клапаны также изготовлены из другого материала, чем впускные. Впускные клапаны часто изготавливаются из хромоникелевой стали. Выпускные клапаны часто изготавливаются из хромокремниевой стали. Для ограничения износа в условиях высоких температур наружные кромки тарелки клапана (уплотняющая поверхность) и стержни клапана армированы слоем карбидного сплава (стеллита). Клапаны рассеивают большую часть тепла через диск клапана и шток клапана. Клапаны, заполненные натрием, обеспечивают еще лучший отвод тепла.
Клапаны, наполненные натрием:
Выпускные клапаны полые внутри. Полое пространство примерно на 60% заполнено натрием. Натрий – металл, который становится жидким при высокой температуре (примерно от 100 градусов Цельсия). Когда двигатель работает, клапан часто поднимается и опускается. Натрий в клапане постоянно перемещается взад и вперед и таким образом передает тепло. Натрий поглощает тепло от тарелки клапана и передает его стержню клапана. С клапанами, заполненными натрием, вы можете добиться падения температуры на 80–100 градусов по сравнению с клапанами, не наполненными натрием.
Впускным клапанам это не нужно, поскольку они и так охлаждаются поступающим воздухом.
На рисунке серая поверхность представляет материал, а красная часть представляет собой полость, заполненную натрием.
Направляющие клапана:
Клапаны перемещаются вверх и вниз в головке блока цилиндров. Между клапаном и головкой блока цилиндров должно быть хорошее уплотнение, чтобы масло не могло течь из головки блока цилиндров вдоль стержня клапана во впускной или выпускной канал. Между клапаном и направляющей клапана всегда имеется небольшая масляная пленка для смазки. Направляющая клапана показана на рисунке оранжевым цветом.
Если из выхлопной трубы идет синий дым, это может быть результатом неисправных направляющих клапанов. Возможно, направляющие клапанов стали шире (см. изображение ниже), так что клапан даже имеет люфт в головке блока цилиндров. В этой ситуации масло может вытечь мимо клапана во впускной или выпускной канал. В верхней части направляющей клапана имеется давление наружного воздуха, а иногда даже избыточное давление из-за более высокого давления в картере. В нижней части направляющей клапана газы поступают в выпускной коллектор, что обеспечивает эффект вакуума. При этом увеличивается течь, поскольку масло как бы засасывается вниз по стержню клапана. Когда масло попадает в выпускной коллектор, оно не сгорает. Масло нагревается, в результате чего оно частично испаряется. Это может привести к появлению синего дыма из выхлопной трубы.
Направляющие клапанов часто можно заменить отдельно. Для этого необходимо разобрать головку блока цилиндров и снять клапан с головки блока цилиндров. В этом случае направляющие клапанов можно будет заменить. Направляющие клапанов не могут быть заменены отдельно на всех головках цилиндров. У компаний, занимающихся восстановлением, часто есть решение этой проблемы. Спросите о вариантах замены направляющих клапанов в уважаемой ремонтной компании.
Различные типы управления клапаном:
Клапаны могут работать по-разному. На изображении ниже показаны пять различных версий. Эти различные версии и методы настройки обсуждаются далее на этой странице.
- A: Непрямое управление клапанами с помощью коромысел.
- B: Прямое управление клапаном с помощью роликовых коромыслов.
- C: Прямое управление клапанами с помощью гидравлических регуляторов клапанов.
- D: Прямое управление клапанами с коромыслами и несколькими клапанами на цилиндр.
- E: Прямое управление клапанами с помощью гидравлических толкателей клапанов и нескольких клапанов на цилиндр.
Для двигателей без гидротолкателей клапанов (А, В и D) необходимо периодически проверять клапанный зазор. Подробнее об этом в главе «Регулировка клапанного зазора» на этой странице. На двигателях с гидрокомпенсаторами клапанов регулировка клапанного зазора не требуется и невозможна; Гидравлические цилиндры заполнены маслом, которое устраняет лишний люфт.
Клапанный механизм с непрямым управлением клапаном:
Раньше двигатели оборудовались базовым распределительный вал. В настоящее время двигатели легковых автомобилей оснащаются только верхним распределительным валом. Конструкция с нижележащим распределительным валом отпадает. Недостаток этой конструкции в том, что эти двигатели не могут работать на высоких оборотах, поскольку между распределительным валом и клапаном находится большая масса. На высоких скоростях будет возникать слишком большой люфт, и клапан больше не будет открываться и закрываться в нужное время.
Коленчатый вал приводится в движение посредством небольшая цепь или ремень ГРМ к нижнему распределительному валу (см. изображение ниже). Распределительный вал толкает толкатель клапана и толкатель прямо вверх. Правая сторона коромысел поднимается вверх. Коромысло «кувыркается» вокруг оси коромысла, толкая левую сторону вниз. Это заставляет клапан опускаться вниз против силы пружины клапана. При дальнейшем вращении распределительного вала пружина клапана прижимает клапан к закрытию, и коромысло возвращается в исходное положение.
Клапанный механизм с прямым управлением клапаном:
В настоящее время верхний распределительный вал используется только в легковых автомобилях. Затем распределительный вал помещается в головку блока цилиндров. Преимущество двигателей с верхним распредвалом заключается в том, что они могут работать на более высоких скоростях, чем с нижним распредвалом.
На левом изображении выше вы можете видеть, что клапан закрыт, потому что пружина клапана прижимает клапан к закрытию, а распределительный вал вращается по часовой стрелке. На правом изображении распределительный вал перекручен, в результате чего кулачок толкает клапан вниз. Пружина теперь сжата, толкая клапан вниз. При дальнейшем повороте распределительного вала пружина клапана снова подтолкнет клапан вверх. Пружина клапана оказывает противодавление примерно 20 кг.
На изображении схематично показано клапан с клапанной пружиной. Здесь хорошо видно, какой частью клапан опирается на закрывающую поверхность седла клапана. Вверху находится седло пружины (часть, где кулачок распределительного вала толкает клапан вниз) с шпонкой клапана и пружиной клапана под ним. Шпонка клапана служит креплением для клапана. Для снятия клапана с головки блока цилиндров необходимо снять шпонки клапанов. При разборке седло пружины необходимо нажать вниз против силы пружины клапана (для этого имеются специальные инструменты). После этого клапан сможет свободно двигаться. Сняв две клапанные шпонки с магнитом между седлом пружины и стержнем клапана, можно снять клапан с головки блока цилиндров снизу.
Во время установки необходимо следить за тем, чтобы правильный клапан был установлен в правильном месте. Их нельзя обменять. При установке нового клапана его придется отшлифовать специальной шлифовальной пастой. После шлифовки клапан хорошо закроется. Затем новый клапан можно пропустить через направляющую штока клапана, а шпонки клапана вернуть на место. После этого пружину клапана можно снова расслабить.
Отрегулируйте зазор клапанов:
Между распределительным валом и коромыслом или верхней частью клапана всегда должен быть определенный зазор. Этот зазор дает материалу возможность расширяться. Пьеса не должна быть слишком великой; тогда клапан открывается на меньшее расстояние и на более короткое время. Если зазор слишком велик, распределительному валу потребуется больше времени, чтобы открыть клапан, и клапан закроется раньше. Пьеса также не должна быть слишком маленькой; тогда клапан открывается раньше и закрывается позже. Клапан каждый раз открывается слишком долго. Таким образом, время закрытия клапана короче; есть вероятность, что клапан не сможет отвести свое тепло к седлу клапана головки блока цилиндров и, следовательно, перегреется. Клапан может потом сгореть.
В настоящее время почти все легковые автомобили оснащены гидрокомпенсаторами. Однако до сих пор существуют производители, разрабатывающие двигатели, требующие регулировки клапанного зазора. В автомобилях 90-х годов использование гидротолкателей клапанов было вовсе не само собой разумеющимся. Таким образом, по-прежнему существует множество автомобилей, в которых зазор клапанов необходимо периодически проверять и при необходимости регулировать. В заводских данных часто указан пробег, при котором это следует делать (часто каждое капитальное ТО). Существуют две разные конструкции регулировки клапанного зазора; с помощью прокладок и регулировки эксцентриковых болтов. Оба они описаны ниже.
При регулировке клапанов не следует начинать с какого-либо момента. Особое внимание необходимо уделить моменту, когда клапаны настроены на «кувырок». Кувыркание означает, что распределительный вал только что закрыл выпускные клапаны и вот-вот откроет впускные. Когда цилиндр 1 кувыркается, это означает, что он находится в начале такта впуска. При этом поршень первого цилиндра оказывается вверху. Цилиндры 1 и 1 всегда находятся на одной и той же высоте (точно так же, как 4 и 2 находятся на одной высоте, см. изображение ниже). Поскольку порядок зажигания 3-1-3-4 (помните схему работы), это означает, что цилиндр 2 находится в начале рабочего такта. После 4-го цилиндра наступает очередь 4-го, а затем 2-го цилиндра.
На изображении ниже показан поршень первого цилиндра в БПД. Выступы направлены вниз; впускные клапаны только что закрылись, а выпускные вот-вот откроются. В этот момент можно регулировать клапаны цилиндра 1; кулачки там направлены вверх.
Зазор клапанов измеряется так называемым «щуп«. Щуп содержит металлические полоски разных размеров, каждая из которых толще другой на 0,05 мм. Вставив несколько полосок между распредвалом и клапаном, можно проверить, насколько велик люфт. Рассматриваемую полосу нельзя проталкивать слишком легко; зазор клапанов тогда больше величины полоски. Если полоска не подходит или очень тяжелая и застревает, значит, полоска слишком толстая. При перемещении полоски между ними может ощущаться сопротивление.
Регулировка клапанного зазора с помощью прокладок:
Толщина прокладки, также называемой «прокладка», в данном случае определяет зазор клапана. На изображении ниже прокладка обозначена красным. Заменив прокладку на более толстую, зазор клапанов уменьшится. Тогда между распределительным валом и регулировочной шайбой остается меньше места. Под изображением поясняется, как следует регулировать зазор клапанов. Для регулировки клапанов кулачок соответствующего клапана должен быть направлен вверх, как показано на рисунке ниже. При перекручивании кулачка производятся неправильные измерения. При регулировке клапанов четырехцилиндрового двигателя необходимо выполнить следующие действия:
- Переключить цилиндр 1 = отрегулировать клапаны цилиндра 4.
- Переключить цилиндр 2 = отрегулировать клапаны цилиндра 3.
- Переключить цилиндр 3 = отрегулировать клапаны цилиндра 2.
- Переключить цилиндр 4 = отрегулировать клапаны цилиндра 1.
Например, заводское значение указанного выше зазора клапана может составлять 0,35 мм. Поэтому между прокладкой и распределительным валом должен оставаться зазор 0,35 мм, когда кулачок направлен вверх. Расстояние между двумя частями можно измерить с помощью щупа. Если полоска 0,35 мм проходит очень легко, не ощущая никакого сопротивления, это означает, что расстояние между клапаном и распределительным валом больше 0,35 мм. В этом случае зазор клапанов слишком велик. Если полоска щупа толщиной 0,45 мм с трудом помещается между ними из-за того, что приходится прикладывать большое усилие, чтобы втолкнуть ее, эта полоска слишком толстая. Фактический люфт тогда составляет от 0,35 до 0,45 мм. На всякий случай можно вставить между ними полоску толщиной 0,40 мм. Если он заводится, но его можно двигать вперед-назад (может ощущаться сопротивление), то можете быть уверены; зазор клапанов составляет 0,40 мм вместо положенных 0,35 мм.
Поскольку зазор клапанов слишком велик, необходимо установить более толстую прокладку. Размеры часто указаны на прокладках. В этом случае прочтите значение слишком тонкой прокладки. То есть, например, 2,75 мм.
Зазор клапанов слишком велик; регулировочная шайба должна быть на 0,05 мм толще той, которая установлена, а именно на 2,75 мм. Если установлена прокладка (2,75 + 0,05) = 2,80 мм, зазор клапана правильный. В этом случае установите прокладку 2,80 мм, проверните коленчатый вал на два оборота, чтобы правильные клапаны снова покачивались, и еще раз проверьте клапанный зазор.
Часто существуют специальные инструменты для разборки, позволяющие легко заменить прокладки. Пример этого можно увидеть на изображении.
Регулировка клапанного зазора с помощью регулируемых эксцентриков:
Часто используемой системой является регулируемый эксцентрик. Регулировочный винт можно повернуть только после того, как контргайка будет ослаблена на четверть оборота. При повороте регулировочного винта расстояние между стержнем клапана и коромыслом сразу же увеличится или уменьшится. При последующем затягивании контргайки регулировочный винт снова блокируется.
И здесь клапаны соответствующего цилиндра, конечно же, сначала должны быть установлены на переключение! Ощупывая стержень клапана и коромысло щупом нужной толщины (т. е. того же значения, что и заводское значение), можно определить, является ли зазор клапана слишком большим, слишком маленьким или правильным. Поворачивая регулировочный винт и постоянно перемещая между ним щуп, можно найти правильное положение регулировочного винта, при котором зазор клапана правильный. Затем затяните контргайку и убедитесь, что зазор остался прежним. Существует большая вероятность того, что регулировочный винт будет слегка повернут при затягивании контргайки, если не используется специальный инструмент, указанный производителем.
Многоклапанная технология:
Каждый четырехтактный двигатель имеет как минимум один впускной и один выпускной клапан. Более мощные и экономичные двигатели часто имеют 1 впускных и 1 выпускных клапана. Некоторые типы имеют 2 впускных клапана и 2 выпускной клапан или 2 впускных клапана и 1 выпускной клапан.
Использование нескольких клапанов имеет два основных преимущества, а именно:
- Клапаны будут иметь несколько меньший диаметр, что приведет к меньшей массе (меньшему весу) клапана. Самым большим преимуществом этого является то, что клапаны не плавают на высоких оборотах двигателя. Плавающие клапаны означают, что когда двигатель работает на высоких оборотах (например, 5000 об/мин), клапаны открываются и закрываются так быстро, что клапанные пружины уже не успевают закрыть клапан. Поэтому клапан не закрывается полностью на седле клапана. Это может привести к удару поршня о клапан или перегреву клапана, поскольку он больше не может передавать тепло седлу клапана. Несколько клапанов делают клапаны легче и дают пружинам клапана достаточно времени, чтобы закрыть клапан.
- Меньшая масса клапана позволяет клапанам закрываться быстрее. Это дает возможность применять систему изменения фаз газораспределения, благодаря чему положение распределительного вала изменяется при определенных оборотах двигателя или нагрузке.
Изменение фаз газораспределения и подъема клапанов:
В современных двигателях часто используется система изменения фаз газораспределения. Некоторые производители двигателей также используют регулируемый подъем клапанов (в том числе BMW). Эти главы описаны отдельно на страницах:
