Чем отличаются впускные и выпускные клапаны

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Впускные и выпускные клапаны в двигателях внутреннего сгорания управляемые.  

Впускные и выпускные клапаны изготовлены из стали ЭСХ-8 и термически обработаны.  

Впускные и выпускные клапаны проверяют на прочность и герметичность давлением, превышающим на 50 % номинальное рабочее в течение 5 мин. Утечки воздуха при этом не допускаются. Собранную пневмосистему испытывают на герметичность и проверяют работоспособность всех входящих в нее сборочных единиц. При испытании пневмо-системы утечки воздуха не допускаются.  

Впускные и выпускные клапаны конструктивно мало отличаются.  

Впускные и выпускные клапаны открываются в определенный момент в зависимости от положения кривошипа коленчатого вала дизеля. Механизм, открывающий клапаны, состоит из распределительного вала и привода клапанов.  

Впускные и выпускные клапаны закрываются и открываются клапанным механизмом, состоящим из толкателей и рычагов. Толкатели получают возвратно-поступательное движение от кулачков распределительного вала. Чугунные направляющие толкателей смонтированы в расточках блока над распределительными валами. В проушинах толкателей на пальцах с бронзовыми плавающими втулками закреплены ролики. Толкатель привода клапанов внутри имеет шаровую поверхность для упора нижней головки штанги. Штанги изготовлены из труб, в них с двух сторон запрессованы головки, шаровые поверхности которых цементированы и закалены.  

Впускные и выпускные клапаны обычно отличаются размерами головок и изготовляются из различных сталей.  

Впускные и выпускные клапаны обычно располагаются в рабочей крышке вертикально. Такое расположение обеспечивает наименьший износ направляющей втулки шпинделя. Клапаны открываются внутрь цилиндра, чем достигается плотное прилегание клапана к седлу при высоких давлениях. При малых давлениях и разрежении в цилиндре прилегание клапапа обеспечивается пружиной.  

Впускные и выпускные клапаны дизеля должны открываться и закрываться в строго определенной последовательности и в установленные моменты. Последовательность открытия и закрытия клапанов цилиндров обеспечивается соответствующим расположением кулачков распределительного вала.  

Привод впускных и выпускных клапанов большей частью производится эксцентриком; выпуск и здесь производится принудительно. Дабы захватывающая защелка плавно садилась на рычаг клапана, а иногда и для того, чтобы осуществить большие наполнения, — впускные эксцентрики заклиниваются, большей частью с запаздыванием, так, что получается небольшой избыточный подъем; наивысшее положение работающего края защелки превышает рычаг клапана, находящийся в покое и в момент закрытия, лишь настолько, что защелка безусловно западает. Захватывание происходит благодаря собственному весу или давлению пружины. Тогда подъем клапанов при непосредственном эксцентриковом приводе для больших наполнений становится несообразно велик, что побуждает обратиться к применению кулаков. К преимуществам распределений с расцеплением следует отнести быстрое закрытие до самого седла и малую перестановочную силу регулятора.  

Головки впускных и выпускных клапанов имеют неодинаковый диаметр. Для лучшего наполнения цилиндров свежей горючей смесью диаметр головки впускного клапана делают большим, чем диаметр выпускного. В связи с тем, что клапаны во время работы двигателя неодинаково нагреваются ( выпускной клапан, омываемый горячими отработавшими газами, нагревается больше), изготавливаются они из разного материала: впускные клапаны — из хромистой, выпускные — из сильхромовой жароупорной стали.  

Страницы:      1    2    3    4

Причины поломки деталей и их последствия

Характерная особенность направляющих элементов заключается в том, что они не выходят из строя в один момент, а изнашиваются постепенно. Срок «жизни» деталей на авто бюджетной категории составляет от 180 до 300 тыс. км, а на более дорогих иномарках может достигать 1 млн км. На процесс износа влияет несколько факторов, могущих его ускорить:

• качество применяемого моторного масла и своевременность его замены;
• температурный режим работы силового агрегата, чем чаще мотор перегревается, тем быстрее изнашиваются трущиеся поверхности;
• качество топлива и горючей смеси, чьи пары проникают в любые неплотности и вносят свою лепту в процесс медленного разрушения деталей.

Нагар на штоке разрушает втулку довольно быстро

Изношенная деталь характеризуется «разбитым» внутренним отверстием, в результате чего шток клапана начинает в нём слишком свободно ходить, а потом появляется люфт. Стержень перекашивается в процессе работы, а тарелка плохо совмещается с седлом, герметичность сопряжения постепенно теряется. Из камеры сгорания в механизм прорываются газы, а сверху попадает масло, в результате чего образуется нагар. Он тоже способствует ускорению износа, быстро приводя деталь в полную негодность.

Впускные и выпускные клапаны: размер имеет значение — DRIVE2

Если вы разрабатываете головку блока цилиндров для получения максимальной мощности, то не будет никаким сюрпризом, что основной целью является максимальный поток. Это, кроме всего прочего, требует использования клапанов большего размера, которые могут быть физически установлены в камеры сгорания. Это требует решения, как лучше всего разделить имеющееся пространство между впускными и выпускными клапанами. Другими словами, что лучше: большой впускной и маленький выпускной клапан, оба клапана одинакового размера или большой выпускной и маленький впускной клапан? Прежде всего, можно подумать, что большой выпускной клапан — это тот путь, которым нужно идти; ведь отработанные газы, без сомнения, занимают больший объем, чем газы, втянутые в цилиндр через впускную систему. Однако, когда мы касаемся мощности, действует другое «железное» правило: легче опустошить цилиндр, чем наполнить его.Годы экспериментов показали, что оптимальный размер выпускного клапана должен составлять примерно около 75% от впускного или, если точнее, поток через него должен составлять примерно 75% потока через впускной клапан. Это правило применяется только тогда, когда диаметры комбинируемых клапанов равны общему имеющемуся пространству в камере, т.е. клапаны почти касаются друг друга, как часто бывает в гоночных двигателях. Если используются клапаны с размерами, меньшими, чем максимальные, а мощность не является основной целью, то баланс между потоками впускного и выпускного каналов не так критичен.

Самое простое правило, которому нужно следовать: если основным требованием является мощность, то следуйте нормальному соотношению 0,75:1. Это правило можно изменить в тех случаях, когда двигатель оснащен системой турбонаддува или впрыска закиси азота. Для этих систем требуется обеспечение большего потока выхлопных газов и может успешно использоваться соотношение диаметров выпускного и впускного клапанов, составляющее 0,9:1 (поток выхлопных газов составляет 90% от потока впускаемой смеси) или даже больше.

К сожалению, установка увеличенных выпускных клапанов имеет «ловушку», которая обычно не связана с увеличением размеров впускных клапанов. Водяная рубашка внутри головки блока цилиндров расположена рядом с седлами выпускных клапанов. Это помогает поддерживать клапаны и седла холодными, но часто препятствует установке клапанов максимального размера. Вдобавок, тонкие отливки и большое количество тепла (побочный продукт высокой мощности) могут привести к образованию трещин в седлах, и это обычно укорачивает срок службы головки блока.

Замечание. Когда главной целью конструктора является экономия, а не мощность, размер выпускного клапана может быть увеличен до соотношения 0,75:1 даже при увеличении диаметра впускного клапана. Когда поток выпускного канала увеличивается, то пробег и срок службы двигателя будут улучшены. Однако здесь есть предел, как и во всем. Выпускные клапаны, размер которых превышает 90 — 95% от размера впускного клапана, дают очень маленькую дополнительную топливную экономию, и так как они используют пространство, обычно отдаваемое впускным клапанам, то потенциал по мощности будет уменьшен.

www.drive2.ru

Что и почему ломается?

Поломка клапанов может быть рукотворной или эксплуатационной. Во втором случае виновником всему является неуправляемый фактор времени. Износ рано или поздно настигает даже самые прочные вольфрамовые тарелки клапанов. Всё начинается с образования люфта в зоне стыковки с седлом, а заканчивается деформацией клапанной головки и полной остановкой авто.

Зазор в приводе может возникнуть и под действием человеческого фактора (нерадивого автомастера, выполняющего регулировку), и в силу износа. В этом случае исчезает плавность хода клапана: кулачок распределительного вала не «набегает», а со всей силы «наскакивает» на толкатели. Удары сыплются на стержень и клапанную головку при открытии, закрытии систем впуска или выпуска.

Страдает толкатель, торец клапанного стержня, пружина, на которую увеличивается нагрузка. Итог небольшого пробега с большим зазором в приводе – полное разрушение клапана: или тарелка отпадёт от штока, или стержень сломается в зоне канавки для сухариков (где тонко, там и рвётся).

По статистике, ремонт клапана автомобильного двигателя в автосервисах Москвы чаще всего требуется:

• при деформациях головки;
• повреждениях втулки;
• заклинивании стержня;
• разбитом седле;
• прогаре фаски.

ДВС с одним валом

Есть такие модели ДВС, способствующие прямому воздействию кулачков на рычаги, они обычно выполняются небольшими, и их еще называют пальцами. В таком двигателе внутреннего сгорания материал затворов тщательно продуман. В нем не так много составляющих, играющих роль в открывании и закрывании заслонок. Так в частности, ход автомобиля полностью зависит от кулачков, воздействующих сразу на короткие детали, открывающие или закрывающие клапаны.

Как видим, в такой системе мало сложностей с точки зрения техники, к тому же в такой конструкции малый вес. В ней совершенно нет штанг, которые выступают как толкатель и коромысло, которое на это провоцирует толкающее устройство, оказывая на него давление.

Стержнем решения такой проблемы будет необходимость добавить несколько небольших звезд, а также натяжения короткой цепи. Еще применяют ремешки, которые являются нерастягиваемыми, их материал – это резина. Внутри каждого такого маслоупорного ремня есть звездочки, которые способствуют вращению распределительного и коленчатого вала.

Впускные и выпускные клапаны: размер имеет значение — DRIVE2

Если вы разрабатываете головку блока цилиндров для получения максимальной мощности, то не будет никаким сюрпризом, что основной целью является максимальный поток. Это, кроме всего прочего, требует использования клапанов большего размера, которые могут быть физически установлены в камеры сгорания. Это требует решения, как лучше всего разделить имеющееся пространство между впускными и выпускными клапанами. Другими словами, что лучше: большой впускной и маленький выпускной клапан, оба клапана одинакового размера или большой выпускной и маленький впускной клапан? Прежде всего, можно подумать, что большой выпускной клапан — это тот путь, которым нужно идти; ведь отработанные газы, без сомнения, занимают больший объем, чем газы, втянутые в цилиндр через впускную систему. Однако, когда мы касаемся мощности, действует другое «железное» правило: легче опустошить цилиндр, чем наполнить его.Годы экспериментов показали, что оптимальный размер выпускного клапана должен составлять примерно около 75% от впускного или, если точнее, поток через него должен составлять примерно 75% потока через впускной клапан. Это правило применяется только тогда, когда диаметры комбинируемых клапанов равны общему имеющемуся пространству в камере, т.е. клапаны почти касаются друг друга, как часто бывает в гоночных двигателях. Если используются клапаны с размерами, меньшими, чем максимальные, а мощность не является основной целью, то баланс между потоками впускного и выпускного каналов не так критичен.

Самое простое правило, которому нужно следовать: если основным требованием является мощность, то следуйте нормальному соотношению 0,75:1. Это правило можно изменить в тех случаях, когда двигатель оснащен системой турбонаддува или впрыска закиси азота. Для этих систем требуется обеспечение большего потока выхлопных газов и может успешно использоваться соотношение диаметров выпускного и впускного клапанов, составляющее 0,9:1 (поток выхлопных газов составляет 90% от потока впускаемой смеси) или даже больше.

К сожалению, установка увеличенных выпускных клапанов имеет «ловушку», которая обычно не связана с увеличением размеров впускных клапанов. Водяная рубашка внутри головки блока цилиндров расположена рядом с седлами выпускных клапанов. Это помогает поддерживать клапаны и седла холодными, но часто препятствует установке клапанов максимального размера. Вдобавок, тонкие отливки и большое количество тепла (побочный продукт высокой мощности) могут привести к образованию трещин в седлах, и это обычно укорачивает срок службы головки блока.

Замечание. Когда главной целью конструктора является экономия, а не мощность, размер выпускного клапана может быть увеличен до соотношения 0,75:1 даже при увеличении диаметра впускного клапана. Когда поток выпускного канала увеличивается, то пробег и срок службы двигателя будут улучшены. Однако здесь есть предел, как и во всем. Выпускные клапаны, размер которых превышает 90 — 95% от размера впускного клапана, дают очень маленькую дополнительную топливную экономию, и так как они используют пространство, обычно отдаваемое впускным клапанам, то потенциал по мощности будет уменьшен.

РЕГУЛИРОВКА

В любом случае, если возникает характерный клапанный стук в двигателе, необходимо проверить состояние клапанов. В таком случае следует произвести и регулировку. Для регулировки клапанов ВАЗ 2114 предусмотрены регулировочные шайбы в заводском исполнении толщиной от 3 до 4,5 миллиметров, толщина меняется через каждые 0,05 мм. Регулировку делаем следующим образом (понадобится специальный съемник регулировочных шайб и сами шайбы различной толщины):

• Отсоединяем кронштейн троса газа от клапанной крышки;
• Снимаем клапанную крышку (два болта);
• Демонтируем кожух ремня ГРМ;
• Выставляем верхнюю мертвую точку в первом цилиндре ДВС (на распределительной шестерне есть метка). Как совместить метки, можно посмотреть в руководстве по ремонту и эксплуатации. Проворачивать распредвал можно за болт распредшестерни по часовой стрелке. Но делать это необходимо аккуратно и без лишних усилий;
• Проверяем зазор набором автомобильных щупов между толкателем и кулачками распредвала 1 и 3 клапана по счету от ремня ГРМ. У впускного клапана зазор должен быть

0,2 мм, у выпускного он больше в среднем

0,35 мм;

• Извлекаем регулировочную шайбу, смотрим на маркировку (тремя цифрами указана толщина). Путем математических вычислений определяем необходимую толщину для корректировки зазора и устанавливаем новую шайбу на место. Сразу же проверяем получившийся зазор;
• Проворачиваем распредвал на четверть оборота по часовой стрелке и регулируем клапана 2 и 5. Еще через четверть – 6 и 8, последними регулируются клапана 4 и 7 также через ¼ оборота.
• После регулировки собираем все в обратном порядке, запускаем и слушаем двигатель.

Материалы из которых изготавливаются клапаны

Сплавы, материалы из которых изготавливаются выпускные клапаны автомобиля, состоят главным образом из хрома, обеспечивающего высокую жаростойкость, с небольшими добавками никеля, марганца и азотных соединений. Если требуется придать клапану особые характеристики, то он подвергается термообработке. Если конструкция клапана из однородного материала не может обеспечить необходимую прочность и жаростойкость, то его изготавливают сварным — из двух различных материалов. После обработки место соединения частей клапана невозможно различить. Головки клапанов изготавливаются из специальных сплавов, обладающих жаростойкостью, прочностью, коррозионной стойкостью, стойкостью к воздействию окиси свинца и высокой твердостью. Головки привариваются к стержням, изготовленным из материалов, обладающих высокой износостойкостью. В клапанах, предназначенных для работы в особо тяжелых условиях, на рабочую фаску головки и верхушку стержня впускного клапана автомобиля направляются твердосплавные материалы типа стеллита. Стеллит представляет собой сплав никеля, хрома и вольфрама и является немагнитным материалом. В тех случаях, когда необходимо повысить коррозионную стойкость, клапан алитируется. Алитирование рабочей фаски снижает ее износ при использовании неэтилированного бензина. На поверхности клапана формируется пленка окиси алюминия, предотвращающая приваривание стальной фаски клапана к чугунному седлу.

Головка — выпускной клапан

Головка выпускного клапана имеет жаростойкую наплавку посадочной фаски.
 

Стержень и головка выпускных клапанов для лучшего охлаждения имеют полость, объем которой заполняется на Уз металлическим натрием.
 

Высота цилиндрического пояска головки выпускного клапана должна быть не менее 1 5 мм, впускного клапана — не менее 0 8 мм.
 

На рабочую поверхность головки выпускных клапанов двигателя наплавляют жаростойкий сплав.
 

Температура в центре головки выпускных клапанов карбюраторных двигателей достигает 800 — 820 С, а впускных 500 С.
 

Для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью диаметр головки впускного клапана выполняют большим, чем диаметр головки выпускного клапана. Клапаны установлены в направляющих втулках 18, изготовляемых из чугуна или металлокерамики.
 

Клапаны подвесного типа двигаются в направляющих чугунных втулках 2 ( фиг. Головка выпускного клапана 7, подвергающегося воздействию высоких температур, сделана массивной. Каждый клапан прижимается к гнезду парой пружин 4, витки которых имеют различное направление. Пружины упираются в головку 1 цилиндра и в тарелку 5, закрепляемую на стержне коническим сухарем 6, состоящим из двух половин.
 

Для изготовления впускных клапанов применяют хромистые стали, а выпускных — специальные жароупорные сильхромовые стали. В некоторых случаях головку выпускного клапана делают из жароупорной стали и электросваркой соединяют ее со стержнем из хромистой стали.
 

Клапаны впускные и выпускные одинаковы по размерам. Для отличия на головках выпускных клапанов имеются кольцевые углубления.
 

Во время работы двигателя выпускные клапаны нагреваются до высокой температуры и возможно их прогорание и коробление. Поэтому у быстроходных двигателей диаметр головки выпускного клапана не должен превышать 45 мм. Диаметр головки впускного клапана, подвергающегося интенсивному охлаждению при впуске в цилиндр свежей смеси, может быть значительно большим.
 

На каждый цилиндр в головке устанавливают два впускных и два выпускных клапана. Головки клапанов неодинаковые: у впускного клапана голонка плоская и имеет больший диаметр; головка выпускного клапана сферическая, что придает клапану большую жесткость и улучшает его очистку от нагара. Головки клапанов имеют рабочие фаски, выполненные под углом 45, которыми они притираются к гнездам, запрессованным в головку. Стержни клапанов одинаковые, имеют внутреннюю резьбу для ввертывания тарелок. Нижняя плоскость тарелки и верхняя плоскость замка имеют насечки в виде шлиц.
 

При сгорании топливо — воздушной смеси максимальная температура равна 2200 С и даже больше, а температура отработанных газов, выбрасываемых через выпускной трубопровод, — от 540 до 870 С. В результате этого головка блока цилиндров, верхняя часть стенок цилиндров, поршни и клапаны подвергаются воздействию высоких температур. В зависимости от конструкции и нагруженности двигателя температура головок выпускных клапанов достигает 425 — 815 С.
 

Устройство клапанного механизма

Как мы уже поняли, двигатель внутреннего сгорания способствует тому, что клапаны в цилиндры ДВС впускают горючую смесь, если это бензиновое топливо, или воздух, если это дизельное топливо, а также выпускают их наружу. Поэтому есть два клапана, каждый из которых может открыться или закрыться в свое время под давлением кулачков.

Давление, оказываемое на стержни во время касания его кулачком в двигателе, имеющем сгорание горючей смеси или воздуха, смешанного с дизелем, способствует тому, что стержень, удерживающий клапан, выполненный из качественного материала, имеет хороший ход.

Наличие необходимых зазоров в металлическом материале детали стержня, на котором держится вся конструкция, способствует быстрому открыванию и закрыванию затворов. Выходит, что благодаря качественному материалу осуществляется лучшая работа мотора.

Современные детали мотора имеют правильный материал, который способствует простоте в конструкции, стоят они мало, ремонт требуется редко, а надежность конструкции на высшем уровне. Если же случается поломка, детали следует ремонтировать, либо полностью менять. Речь идет о распределительном вале, втулках направляющих, толкателе и пружине.

Каков порядок регулировки клапанов ВАЗ-2101

Порядок регулировки клапанов ВАЗ-2101 представляет собой крайне ответственную процедуру, от которой завит полноценная работа всей внутренней системы вашего автомобиля. Если вы не знаете, не умеете, не можете и никогда не пробовали, лучше довериться техникам СТО, которые произведут необходимые работы. Иногда лучше заплатить лишние деньги, но при этом сохранить душевное спокойствие, нежели наоборот. Чтобы мотор стабильно работал, машина была мощной, нормально запускался двигатель, клапаны нужно отрегулировать именно таким образом, чтобы целостная система не была нарушена и гармонично работала от искры до момента выхлопа. Можно осуществить подобные работы и самостоятельно, то есть своими руками, что намного уменьшит расход финансовых и временных средств на это использованных. Перед тем как вы начнете заниматься регулировкой клапанов вашей машины, нужно подготовить необходимые инструменты, так как в процессе работы не очень приятно бегать и искать забытое, попутно возвращаясь к месту, требующему концентрации и внимания.

Вам будет нужно несколько инструментов, без присутствия которых сделать верную регулировку не получится, а именно:

• 0,15-миллиметровый плоский щуп А.95111;
• наличие специального прибора, который сможет осуществить регулировку зазора, находящегося между кулачками распределительного вала и, собственно, рычагами;
• запасные прокладки на клапанные крышки (возможны самые разнообразные варианты – начиная от замены износившихся и заканчивая тем, что вы случайно что-то испортите);
• отвертки в наборе;
• торцовые и рожковые ключи в наборе.

Чтобы уберечь ваши руки от ожогов, мотор должен быть не горячее, чем 20 градусов.

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 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.).