Грм клапаны: Клапаны газораспределительного механизма двигателя

Клапаны газораспределительного механизма двигателя

Клапаны газораспределительного механизма двигателя

Клапаны подвергаются воздействию высоких температур и давлений, их изготавливают из жаростойких сталей. Клапан состоит из стержня и головки с фаской А, обычно наклоненной под углом 45°. Для улучшения наполнение цилиндра воздухом или горючей смесью диаметр головки впускных клапанов больше, чем у выпускных. По этой же причине в некоторых двигателях (СМД-62) делают уменьшенный угол наклона фаски (до 30°) к плоскости головки.

Клапаны должны плотно прилегать к седлу. Для этого их фаски взаимно притирают. Для большей жаростойкости на фасках выпускных клапанов имеется специальная наплавка.

Плавный переход от головки к стержню придает клапану большую прочность, способствует лучшему отводу теплоты и уменьшает сопротивление движению газов. Стержни клапанов точно обработаны по всей длине, а иногда еще покрыты графитом. Торец стержня закален или к нему приварен встык наконечник (Д-240 и КамАЗ-740) из специальной стали. Это уменьшает изнашивание торца под действием бойка коромысла.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

На верхней части стержня выполнена кольцевая выточка под два сухаря, с помощью которых клапан удерживается в тарелке пружин. В нее снизу упираются одна (в карбюраторных автомобильных двигателях) или две (в дизелях) клапанные пружины, прижимающие тарелку клапана к седлу.

Фаски головки и седла изнашиваются дольше, если клапан поворачивается во втулке. Для этого сухари зажимаются не в тарелке пружин, а в закаленной втулке, которая опирается на тарелку узким торцом (на всех двигателях кроме Д-240 и Д-144). При такой опоре трение между деталями мало, и под действием коромысла, а также вибрации пружин, клапан, опускаясь и поднимаясь, поворачивается вместе с втулкой относительно тарелки. В дизеле СМД-18Н втулка удлинена и слегка охватывается верхним витком внутренней пружины. При возвратно-поступательяом движении клапана эта пружина поворачивает втулку, а с ней и клапан относительно тарелки. Механизм принудительного поворота выпускного клапана двигателя ЗИЛ-130 состоит из неподвижного корпуса (рис. 28, в), пяти шариков с возвратными пружинами, тарельчатой пружины, упорной шайбы и замочного кольца. Корпус надет на втулку клапана и входит в углубление головки цилиндров. Шайба и пружина установлены на ступицу корпуса с зазором.

Рис. 1. Клапанные механизмы дизелей: 1 — сухари; 2 — тарелка пружины; 3 — клапан; 4 — втулка клапана; 5 — втулка тарелки; 6 — пружина; 7 — опорная шайба; 8 — манжета уплотнения

Когда клапан закрыт и давление его пружины невелико, тарельчатая пружина выгнута наружной кромкой вверх, а внутренней кромкой опирается в заплечик неподвижного корпуса. При этом шарики отжаты пружинами в крайнее положение. Когда клапан открывается, давление его пружины возрастает. Под повышенным давлением тарельчатая пружина выпрямляется (выпуклость ее уменьшается) и опирается на шарики, как двуплечий рычаг.

Поэтому, когда ее наружная кромка опускается, внутренняя отходит от заплечика корпуса. С этого момента давление клапанной пружины воспринимается только шариками, они перекатываются по наклонным канавкам и поворачивают (силой трения) тарельчатую пружину, а с ней — шайбу, пружину и клапан.

Когда клапан закрывается, сила давления его пружины уменьшается, пружина принимает первоначальную форму (выпуклую вниз), опирается в заплечик корпуса и перестает давить на шарики. Освобожденные от давления шарики возвращаются пружинами по наклонным канавкам вверх, занимая исходное положение. За один ход клапан поворачивается на небольшой угол, но за 1 мин работы двигателя успевает совершить до 30 оборотов.

В стержнях выпускных клапанов двигателей 3M3-53 и ЗИЛ-130 сверлят глухие каналы, наполняют их на 50…60% легкоплавким металлом (натрием), а затем приваривают заглушку. Во время работы двигателя натрий плавится и, взбалтываясь, отводит часть теплоты от головки к стержню и его втулке.

Стержни клапанов с небольшим зазором перемещаются в направляющих втулках, запрессованных в головку цилиндров. Эти втулки бывают чугунные, биметаллические с бронзой на рабочей поверхности или металлокерамические. Пористая поверхность последних и графитовое покрытие стержней (СМД-62, ЯМЗ-240Б, КамАЗ-740) способствуют лучшей приработке сопрягаемых деталей. На верхней части втулок впускных клапанов (ЯМЗ-240Б, Д-245 и автомобильные двигатели) установлены резиновые втулки, предотвращающие подсос масла в камеру сгорания через зазор между трущейся парой.

Рис. 3. Клапанные механизмы карбюраторных двигателей: а — впускного клапана: б — выпускного клапана; в — детали поворотного механизма; г — положение механизма при закрытом клапане; д— положение механизма при открытом клапане; 1 — впускной клапан; 2 — колпачок-маслоотражатель; 3 — пружина клапана; 4 — втулка тарелки; 5 — втулка клапана; 6 — заглушка; 7 — впускной клапан; 8 — легкоплавкий металл; 9 — механизм поворота клапана; 10 — замочное кольцо; 11 — упорная шайба; 12 — тарельчатая пружина; 13 — корпус; 14 — шарик; 15 — возвратная пружина

Рис. 29. Распределительные валы и сопряженные детали: 1 — распределительный вал; 2 — штанга; 3 — валик привода центробежного датчика; 4 — шайба; 5 — гайка; 6 — замочная шайба; 7 — упорный фланец; 8 — распорное кольцо; 9 — пружина валика; 10 — корпус валика привода; 11 — шестерни привода распределителя зажигания и масляного насоса; 12 — валик привода; 13 — шестерня распределительного вала; 14 — кулачок привода бензонасоса; 15 — противовес; 16 — эксцентрик; 17 — болт крепления шестерни

Клапанные пружины прижимают головку клапана к седлу. Чтобы витки одной пружины не западали между витками другой, направление навивки у них различное. В некоторых двигателях применяют пружины с различным шагом витков и ставят их так, чтобы витки с большим шагом были обращены вверх. Такие пружины меньше вибрируют.

Распределительный вал необходим для управления клапанами. На нем имеются кулачки, опорные шейки и посадочные места для крепления шестерен. Шейки и кулачки цементованы, закалены на небольшую глубину и отшлифованы. В рядных двигателях вал расположен сбоку цилиндров, а V-образных — в развале между рядами.

Валы разных двигателей отличаются размерами, расположением, числом и профилем кулачков, числом опорных шеек. На каждый цилиндр приходится два кулачка: для управления впускным и выпускным клапанами. Форма и взаимное расположение их зависят от порядка работы цилиндров и фаз газораспределения, а высота кулачка определяет продолжительность открытия клапана. При разных (по времени) фазах носок выпускных кулачков делают шире носка впускных.

На распределительном валу имеются от двух до семи опорных шеек. Они опираются на расточки в блоке или на бронзовые, стальные с баббитовой заливкой или чугунные втулки, закрепленные в нем.

В двигателях 3M3-53 и ЗИЛ-130 на распределительный вал установлена косозубая шестерня привода масляного насоса и прерывателя-распределителя зажигания, а также выполнен заодно с валом или закреплен на нем эксцентрик привода топливного насоса.

Осевое перемещение вала ограничивается фланцем 7, привинченным к блоку (в СМД-18Н — упорным винтом). На переднем или заднем конце вала, как правило, крепят одну (иногда две) шестерню.

Распределительные шестерни бывают стальные, чугунные или текстолитовые (3M3-53). Для плавности передачи вращения и уменьшения шума применяют косозубые шестерни, а для уменьшения изнашивания сопрягаемые шестерни иногда изготавливают из разных материалов.

Шестерни коленчатого и распределительного валов рядных дизелей, а также КамАЗ-740 и ЯМЗ-240Б соединены через промежуточную шестерню, а СМД-62 и карбюраторных двигателях — непосредственно, т. е. без промежуточной шестерни.

К распределительным условно относят и шестерни привода насосов: масляного, водяного, гидросистемы. Точное взаимное расположение шестерен достигается соединением их по меткам, как показано на рисунке. Только при выполнении этого условия клапаны будут открываться и закрываться в соответствии с диаграммой фаз газораспределения.

Рис. 4. Схема расположения распределительных шестерен дизелей: 1 — шестерня коленчатого вала; 2 — привод насоса гидроусилителя рулевого управления; 3 — шестерня распределительного вала; 4 — промежуточная шестерня; 5 — привод топливного насоса; 6 — привод масляного насоса дизеля; 7 — привод насоса гидросистемы; 8 — ведомая шестерня привода насоса дизеля; 9 промежуточная шестерня привода топливного насоса; 10 — промежуточная шестерня привода масляного насоса; 11 — привод водяного насоса; 12 — промежуточная шестерня привода водяного насоса; 13 — ведомая шестерня привода топливного насоса

Передаточные детали (толкатели, штанги и коромысла) нужны для преобразования вращения кулачков распределительного вала в возвратно-поступательное движение клапанов.

Цилиндрические и грибовидные толкатели перемещаются в чугунных втулках. Трущиеся поверхности толкателей шлифуют.

Чтобы изнашивание торца и цилиндрической поверхности было равномерным, толкатель, перемещаясь вверх и вниз, одновременно поворачивается вокруг своей оси. Это достигается смещением середины кулачка относительно центра плоского толкателя или изготовлением торцевой поверхности толкателя с небольшой выпуклостью, а кулачка — с небольшим скосом.

Роликовый толкатель (А-41, ЯМЗ-240Б) — качающийся рычажный. На нем имеются ролик, вращающийся в игольчатых подшипниках, и закаленная пята, в которую упирается штанга.

Рычаг шарнирно надет на трубчатую ось.

Штанги изготавливают из трубок, в которых запрессованы стальные наконечники сферической формы, или из стального прутка, но тоже со сферическими концами. Наконечники и концы штанг закаливают и шлифуют.

Коромысло представляет собой неравноплечий рычаг, с помощью которого можно увеличить ход клапана по сравнению с подъемом штанги. Коромысло отштамповано из стали и в нем обычно имеется бронзовая втулка. На коротком плече расположен регулировочный винт 9, в который упирается штанга, а длинное плечо заканчивается закаленным полированным бойком, прилегающим к торцу клапана. Винтом с контргайкой регулируют зазор между бойком и торцом клапана.

Коромысла поворачиваются на осях, закрепленных в чугунных стойках. Оси — стальные и, как правило, трубчатые. Если канал оси используется для подачи масла к коромыслам, то в торцах имеются пробки, а в оси — радиальные отверстия, расположенные против втулок коромысел.

Стойки коромысел прикреплены к головке цилиндров. Распорные пружины, надетые на ось между коромыслами, удерживают их от продольного перемещения. Коромысла и клапанные механизмы закрыты крышками или колпаками головки цилиндров и уплотнены на ней прокладками.

Рис. 5. Передаточные детали распределительного механизма (а) и схема поворота толкателей (б): 1 — втулка; 2 — роликовый толкатель; 3 — пята; 4 — ролик; 5 — ось ролика; 6 — толкатель с выпуклым днищем; 7 — штанга; 8 — толкатель с плоским днищем; 9 — регулировочный винт; 10 — контргайка; 11 — коромысло; 12 — втулка коромысла; 13 — ось коромысел; 4 — стойка оси; 15 — распорная пружина; 16 — втулка толкателя; 17 — грибовидный толкатель с плоским днищем; 18 — кулачковый вал; 19 — толкатель с кольцевой выточкой

Клапан двигателя

Клапан – деталь газораспределительного механизма. Клапанный механизм (механизм привода клапанов) является составной частью газораспределительного механизма (ГРМ).

ГРМ бывает нижнеклапаннымм и верхнеклапаннымм. Современные силовые агрегаты повсеместно имеют верхнее расположение клапанов.

Клапан реализует прямую подачу в цилиндры определенной порции топливно-воздушной смеси или только воздуха, а также осуществляет выпуск отработавших газов. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания для нормальной работы требуется не менее двух клапанов на один цилиндр.

Клапаны бывают двух видов, что зависит от их прямой функции:

• впускной клапан;
• выпускной клапан;

Сегодня на современные моторы устанавливаются клапаны тарельчатого типа, которые имеют стержень. Устройство клапана включает в себя так называемую тарелку клапана. Наиболее распространенная конструкция ДВС получила клапаны, которые находятся в головке блока цилиндров (ГБЦ). То место, где клапан контактирует с ГБЦ, получило название седло клапана. Седло клапана ДВС стальное или чугунное, запрессовано в головку блока цилиндров.

Максимально качественное наполнение цилиндра двигателя топливно-воздушной смесью или воздухом  требует того, чтобы диаметр тарелки впускного клапана был больше, чем у выпускного клапана. Впускные и выпускные клапаны имеют определенные отличия по этой причине. Впускной клапан зачастую получает больший диаметр своей тарелки. Это сделано для того, чтобы улучшить  наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью или только воздухом.

Что касается выпускного клапана, в увеличении диаметра его тарелки необходимость также присутствует. Это необходимо для лучшей очистки цилиндров от продуктов сгорания. Отметим, что размер тарелки впускного и выпускного клапанов ограничен размерами самой камеры сгорания, которая изготовлена в ГБЦ. Качественное наполнение цилиндров и очистка реализуются не путем увеличения диаметра тарелки одного клапана, а путем установки большего количества клапанов на один цилиндр.

Клапаны ДВС в процессе работы мотора испытывают серьезные механические и тепловые нагрузки. По этой причине их изготавливают из особых жаростойких и износостойких металлических сплавов. Кромка тарелки клапана может быть усиленной, иногда сама тарелка усиливается при помощи керамического напыления. Что касается стержня, то для впускного клапана предусмотрен цельнометаллический стержень. Выпускной клапан имеет полый стержень, дополнительно получает натриевое наполнение для улучшения охлаждения тарелки клапана.

Повышенное внимание уделяется вопросу охлаждения именно выпускных клапанов, особенно для производительных силовых агрегатов. Выпускные клапана подвержены тепловой нагрузке намного больше впускных. Как уже было сказано, клапаны в таких моторах имеют полый стержень, который внутри наполнен натрием. Такое решение является эффективным способом охлаждения. Указанный натрий при выходе мотора на рабочую температуру плавится внутри полого стержня клапана, а затем в расплавленном виде течет. Так осуществляется перенос избытков тепла от разогретой тарелки клапана к его стержню.

Место прилегания тарелки клапана к блоку называется фаской. Для того чтобы фаска не страдала от скопления нагара, а также было реализовано равномерное распределение тепла, в конструкции клапанного механизма используются решения для вращения (проворачивания) клапана в процессе работы ДВС.

Современное устройство наиболее распространенного двигателя предполагает схему с четырьмя клапанами, что означает наличие двух впускных и двух выпускных клапанов на каждый отдельный цилиндр. В момент открытия (клапан опускается) впускного клапана образуется кольцевой проход. Через этот проход между тарелкой клапана и седлом клапана в цилиндр попадает топливно-воздушная смесь или только воздух. От площади проходного сечения будет зависеть эффективность наполнения цилиндра, что далее влияет на показатели производительности при рабочем ходе поршня.

Могут также встречаться двухклапанные, трехклапанные и пятиклапанные схемы устройства ГРМ. В первом случае используется только один впускной и один выпускной клапан на цилиндр. Для трехклапанных схем характерно наличие двух впускных и одного выпускного клапана. Схема на пять клапанов означает, что стоят три впускных и два выпускных клапана. Количество клапанов на цилиндр зависит от общего размера камеры сгорания конкретного двигателя, реализации привода клапанов, степени форсировки мотора, а также ряда других факторов.

Открытие клапана реализовано при помощи нажатия на  клапанный стержень. За открытие отвечает привод клапана. Указанный привод обеспечивает передачу усилия от распределительного вала (распредвала). В современных двигателях используются две базовые схемы привода клапанов: привод посредством гидравлических толкателей клапана и реализация привода при помощи роликовых рычагов.

Закрытие клапана в процессе работы ДВС осуществляется при помощи специальной пружины определенной жесткости. Жесткость такой пружины должна быть ограниченной, чтобы не создавать больших ударных нагрузок на седла клапанов. Сила воздействия пружины заставляет тарелку клапана герметично перекрывать впускной или выпускной канал. Пружина клапана крепится на стержне посредством тарелки клапанной пружины и сухарей. Во время работы мотора, особенно под нагрузкой, могут возникать резонансные колебания на клапанах. Для устранения этого нюанса могут быть установлены сразу две клапанные пружины с разнонаправленными витками.

Жесткость таких пружин меньше по сравнению с решениями, которые получили только по одной пружиной. Использование двух пружин подразумевает то, что они навиты в разные стороны. Это сделано для предотвращения заклинивания клапана в результате поломки одной пружины. Так инженеры исключили риск попадания витков одной пружины клапана между витками другой. Для уменьшения трения клапанный механизм конструктивно имеет вышеупомянутые ролики (роликовый рычаг), которые находятся на толкателях и рычагах привода клапанов.

Что такое синхронизация клапанов и как она влияет на работу двигателя?-CarBikeTech

Во-первых, прочитайте здесь о том, как открываются и закрываются клапаны двигателя. Клапаны двигателя похожи на человеческий нос. Автомобильный двигатель использует клапаны для процесса «дыхания» (вдох/выдох). Распределительный вал двигателя открывает и закрывает клапаны с определенным интервалом. Время открытия и закрытия клапанов указывается в градусах, соответствующих положению поршней двигателя. Фаза газораспределения двигателя является наиболее важным процессом двигателей внутреннего сгорания.

Диаграмма синхронизации клапанов двигателя

Впускной клапан обычно открывается на несколько градусов до того, как поршень достигает ВМТ в такте выпуска. Он закрывается после того, как поршень достигает НМТ на несколько градусов, т. е. когда поршень начинает двигаться вверх по цилиндру в такте сжатия. При такте всасывания топливовоздушная смесь или заряд очень быстро всасываются в цилиндр. Это связано с тем, что движение поршня вниз создает вакуум (или отрицательное давление) в цилиндре, и воздушно-топливная смесь заполняет пустое пространство.

Как помогает синхронизация клапанов двигателя?

Эта топливно-воздушная смесь (также известная как заряд) обладает как массой, так и движением. Весь заряд не может попасть в цилиндр, даже когда поршень достигает конца своего хода вниз, потому что открытие впускного клапана мало. Поэтому давление в камере сгорания остается ниже атмосферного, а заряд все еще движется в направлении движения поршня с большой скоростью.

Если впускной клапан закроется в этот момент, цилиндр получит меньше заряда, чем требуется. Следовательно, впускной клапан остается открытым до тех пор, пока поршень не войдет в свой следующий ход вверх, то есть такт сжатия. В этот момент давление в цилиндре становится почти равным атмосферному давлению. Инженеры точно калибруют фактическую точку закрытия впускного клапана таким образом, чтобы она совпадала с точкой, в которой движение поступающего заряда начинает реверсивно.

Перекрытие клапанов:

В такте выпуска поршень снова движется вверх; вытеснение выхлопных газов через открытый выпускной клапан. Выпускной клапан открывается до того, как поршень достигнет НМТ в рабочем такте. Поскольку выпускной клапан открывается непосредственно перед НМТ, часть сжатых выхлопных газов выходит еще до того, как поршень начнет свой ход вверх.

Перекрытие клапанов двигателя

Сбрасывает избыточное давление и помогает снизить насосные потери поршня при его движении вверх. Выпускной клапан закрывается после достижения поршнем ВМТ на несколько градусов, т.е. когда поршень начинает двигаться вниз по цилиндру в такте всасывания. В этот момент впускной и выпускной клапаны остаются открытыми в течение очень короткого периода времени; вызывая «наложение». Это «перекрытие» помогает лучше «очищать» или вытеснять оставшиеся выхлопные газы из цилиндра двигателя.

Что такое система изменения фаз газораспределения (VVT)?>> Продолжить чтение здесь

сообщить об этом объявлении

О команде CarBikeTech

CarBikeTech — это технический блог. Члены команды CarBikeTech имеют более чем 20-летний опыт работы в автомобильной сфере. Команда CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи об автомобильных технологиях.

Время работы клапана и производительность

Время работы клапана и производительность

Если вы увлекаетесь гонками или увлекаетесь автомобилестроением, тогда вы, скорее всего, не боитесь менять местами распредвалы в своем двигателе. Однако, Хитрость в том, чтобы сделать вашу машину быстрее, заключается не только в замене кулачка, но и в замена его на «правильный» распредвал. Вот где твой понимание фаз газораспределения становится решающим при выборе правильного кулачка. К помочь вам лучше понять фазы газораспределения, эта страница будет охватывать перекрытие продувки и эффект барана.

ПРОДУВКА
В рабочем такте сгорание толкает поршень в цилиндре вниз. Во время этого такта необходимо открыть выпускной клапан до того, как поршень доходит до дна цилиндра. Это позволит создать избыточное давление в цилиндр «выпустить воздух» как раз перед тем, как поршень достигнет дна инсульт. Термин «Blow Down» используется для описания этого события.

Такая синхронизация выпускного клапана гарантирует отсутствие давления остается в цилиндре, чтобы давить на поршень в такте выпуска. В противном случае на поршень может давить 20 фунтов на квадратный дюйм (или около того). запускает цилиндр. Это потребует некоторой мощности вашего двигателя только для того, чтобы вытолкнуть выхлоп из цилиндра!

Двигатели с высокими оборотами должны открывать выпускной клапан раньше поэтому давление имеет больше шансов выйти из цилиндра. Однако при более низких оборотах слишком раннее открытие выпускного клапана означает, что вы не использовать все преимущества рабочего хода.

ПЕРЕКРЫТИЕ
Когда двигатель работает, есть период, когда впускной и выпускной клапаны открыты одновременно. Эта фаза газораспределения известна как «перекрытие». Думайте об этом как о циклах выхлопа и впуска, накладывающихся друг на друга.

Клапаны синхронизированы, поэтому впускной клапан слегка открывается до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки (ВМТ) в такте выпуска. Точно так же выпускной клапан закрывается сразу после того, как поршень начинает опускаться. на такте впуска.

Цель перекрытия – отработавшие газы, которые уже течет по выхлопной трубе, чтобы создать эффект сифона и закачать свежую смесь в камеру сгорания. В противном случае небольшое количество сгоревшие газы останутся в камере сгорания и разбавят поступающий смеси на такте впуска. Эта фаза газораспределения является продуктом кулачка характеристики продолжительности и разделения.

Наука, связанная с перекрытием, довольно сложна. Давление, длина рабочего колеса, температура и многие другие аспекты влияют на то, как ну эффект перекрытия работает.

ЭФФЕКТ РАМН
Когда поршень достигает дна цилиндра на такте впуска, впускной клапан не закрывается сразу. впускной клапан остался открыт, даже если поршень запускает цилиндр на сжатие Инсульт. Для описания этого события используется выражение «эффект барана».

Такая синхронизация впускного клапана позволяет количество свежей смеси, которое необходимо набить в цилиндр. Эффект очень похоже на гидроудар в сантехнике. Что происходит, так это то, что во время приема ход свежая смесь течет достаточно быстро по впускному коллектору и в цилиндр, что он не может мгновенно остановиться при остановке поршня в нижней части такта впуска.