Клапана как они выглядят

Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение

Клапанный механизм – это основной исполнительный компонент ГРМ (газораспределительный механизм) современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Именно этот узел отвечает за безупречно точную работу мотора и обеспечивает в процессе работы:

  • своевременную подачу подготовленной топливовоздушной смеси в камеры сгорания цилиндров;
  • последующий отвод выхлопных газов.

Клапаны – ключевые детали механизма, которые должны гарантировать полную герметизацию камеры сгорания при воспламенении в ней топлива. Во время работы мотора они испытывают постоянно высокую нагрузку. Вот почему к процессу их изготовления, а также особенностям конструкции, регулировкам и непосредственно самой работе клапанов ДВС предъявляются жесткие требования.

Общее устройство

Для нормальной работы двигателя в конструкции газораспределительного механизма предусмотрена установка двух типов клапанов: впускных и выпускных. Первые отвечают за пропуск в камеру сгорания топливовоздушной смеси, вторые – за отвод отработанных газов.

Клапанная группа (одновременно является оконечным элементом системы ГРМ) включает в себя основные детали:

  • стальная пружина;
  • устройство (механизм) для крепления возвратного механизма;
  • втулка, направляющая движение;
  • посадочное седло.

Эксперты MotorPage.Ru обращают внимание автовладельцев на тот факт, что именно сопряжение «седло-клапан» при работе мотора подвергается самой высокой степени воздействия экстремальных температур и разнонаправленным (вверх, вниз, в стороны) механическим нагрузкам.

Кроме того, из-за скоростной работы образуется недостаточное количество смазки. В результате – интенсивный износ и необходимость проведения ремонта двигателя, замены и установки новых деталей ГРМ с последующей регулировкой зазоров.

К каждой паре и группе клапанов предъявляются следующие требования:

  • минимально возможный вес;
  • антикоррозийная устойчивость;
  • безупречная теплоотдача клапана;
  • устойчивость к высоким температурам;
  • герметичность работы при контакте с седлом;
  • повышенная механическая прочность и жесткость одновременно;
  • отличный показатель стойкости к механическим и ударным нагрузкам;
  • максимальный уровень обтекаемости при поступлении рабочей смеси в камеру сгорания и выпуске отработанных газов.

Конструктивные особенности

Главное предназначение клапана – своевременное открывание и закрывание технологических отверстий в блоке цилиндров для выпуска отработанных газов и впуска очередной порции топливовоздушной смеси.

В процессе работы двигателя основание выпускного клапана нагревается до высоких температур. У бензиновых моторов этот параметр достигает 800 — 900°С, у дизельных силовых агрегатов – 500 — 700°С. Впускные работают при температуре порядка 300°С.

Чтобы обеспечить необходимый уровень устойчивости к таким нагрузкам, для изготовления выпускных клапанов используют специальные жаропрочные сплавы и материалы, содержащие большое количество легирующих присадок.

Конструктивно деталь состоит из двух частей:

  • головка, изготавливаемая из материала, устойчивого к экстремальным нагревам;
  • стержень из высококачественной легированной углеродистой стали.

Для защиты от коррозии поверхность выпускных клапанов в местах контакта с цилиндром покрывается специальным сплавом толщиной 1,5 – 2,5 мм.

К впускным клапанам требования не столь жесткие, поскольку в процессе работы двигателя они охлаждаются свежей топливовоздушной смесью. Для изготовления стержней используются низколегированные марки сплавов с повышенными параметрами прочности, а тарелки делают из жаропрочных сталей.

Требования к изготовлению пружин и втулок

Пружины. В системе ГРМ эта деталь работает в условиях экстремально высоких температурных и механических нагрузок. Задача – обеспечить плотный и надежный контакт между клапаном и седлом в момент их стыковки.

Нередко в процессе работы пружины ломаются, испытывая повышенные нагрузки, зачастую это происходит по причине вхождения ее в резонанс. Как отмечают эксперты Моторпейдж, риск подобных неисправностей гораздо ниже при использовании пружин с переменным шагом витков. Также достаточно эффективны конические или двойные (усиленные) модели.

Пружины для клапанов изготавливают из специальной легированной стальной проволоки. Ее закаляют и подвергают отпуску (технологические операции, используемые в металлургическом производстве). Защиту от коррозии обеспечивает дополнительная обработка оксидом цинка или кадмия.

Втулки. Обеспечивают отвод излишков тепловой энергии от стержня клапана, а также его перемещение в заданной (возвратно-поступательной) плоскости. Эти направляющие элементы системы постоянно омываются раскаленными парами и отработанными выхлопными газами. Функционируют также в условиях экстремальных температур.

Потому к материалу изготовления втулок тоже предъявляются высокие требования – хорошая износоустойчивость, стойкость к максимально допустимым температурам и трению. Данным запросам соответствуют некоторые виды чугуна, алюминиевая бронза, высокопрочная керамика. Именно эти материалы и используются для производства втулок.

Читайте также:  Как понять что засорился карбюратор ваз 2107

Источник

Как работают клапаны в двигателе?

Если Вы читали статью о работе двигателя, то знаете, что существует 4 такта работы мотора:

В современных двигателях на каждый цилиндр приходится 4 клапана: два впускных и два выпускных — они работают попарно — т.е. два впускных клапана открываются одновременно и два выпускных одновременно (но отличное время от времени открытия впускных). Это контролируется распределительным валом. Во время такта впуска, когда цилиндр движется вниз, открывается пара впускных клапанов, чтобы смесь топлива и воздуха могла впрыснуться в камеру сгорания цилиндра. Затем клапан закрывается, цилиндр движется уже наверх, и, следовательно, происходит сжатие смеси. Когда цилиндр достигает верхней точки, происходит взрыв этой смеси (инициируемый свечой в бензиновых двигателях и крайней степенью сжатия в дизельных). Теперь цилиндр из-за возникшего по причине взрыва давления движется вниз, а, когда достигает крайней нижней точки, открывается пара выпускных клапанов, чтобы были выдавлены цилиндром отработавшие газы, когда тот снова начнёт двигаться вверх.

Ничего сложного, не правда ли? Но из чего состоит цепочка работы клапанов, откуда они знают, когда им открываться и закрываться. Увы и ах, но в эру умнейших компьютеров, эта операция контролируется всего лишь какими-то грушевидными отростками на валу, который приводится во вращения от коленчатого вала двигателя. Этот вал называется распределительным или распредвалом в обиходе.

К распредвалу идёт ремень или цепь ГРМ , которая имеет зубцы и предназначен для очень точной передачи оборотов коленчатого вала (который приводится в движение цилиндрами двигателя) распредвалу. На самом распредвале расположены так называемые кулачки, яйцевидные «отростки» на валу, которые и толкают клапаны в нужный момент. И вот как это выглядит:

Распределительный вал, установленный в блоке цилиндров, имеет мелкие металлические нажимные цилиндры (кулачки), расположенные выше самого клапана и металлического толкателя, который находится между клапаном и кулачком. Когда распредвал крутится, крутятся и кулачки, и когда выступающая их часть поворачивается вниз, то она толкает толкатель, который передаёт толчок клапану, который и открывается. А когда кулачок перестаёт нажимать на толкатель, пружина клапана позволяет ему подняться обратно вверх, чтобы закрыться. Это называется подвесной системой клапанов (OHV).

Источник

КЛАПАН

КЛАПАН, запорно-регулирующая трубопроводная арматура, механическое устройство для пропускания, перекрытия или регулирования потока жидкости, пара или газа в трубопроводах. По существу, такое устройство представляет собой временное препятствие в трубе. Трубопроводная арматура находит широкое применение в разнообразных технических устройствах и системах с расходом рабочего тела. Например, поворотом крана газовой плиты регулируется расход газа (дроссель), клапан в автомобильной шине позволяет ее накачивать и в то же время не дает воздуху выходить обратно (обратный клапан), а краны в паровых радиаторах позволяют стравливать воздух из радиатора и замещать его паром (дренажно-предохранительный клапан). Размер клапана может составлять от миллиметров до метров в зависимости от размеров трубы, на которой он установлен. Соединения клапанов с трубопроводом могут быть резьбовыми, фланцевыми или сварными. См. также ВИНТ; СВАРКА.

Основные элементы конструкции.

Клапан состоит из корпуса, крышки (головки), седла, затвора (заслонки) и штока (шпинделя) с маховичком или автоматическим устройством для его перемещения. Корпус объединяет все части в одно целое. Рабочая среда поступает внутрь клапана с одной стороны корпуса, и шток, который располагается в головке вместе с уплотняющим сальником, перемещает затвор, открывая или закрывая отверстие седла. Среда проходит через отверстие в седле и вытекает с другой стороны корпуса. При этом поток может сохранять направление движения или поворачиваться под углом.

Материалы.

Для изготовления клапанов применяются различные материалы: серый литейный или ковкий чугун, бронза, углеродистая или нержавеющая сталь и сплавы на основе никеля, такие, как монель и инконель. Эти материалы различаются по стоимости, диапазону рабочих температур и коррозионной стойкости и перечислены в порядке возрастания стоимости. Серый чугун пригоден для большинства не очень ответственных приложений, особенно в водопроводах. Бронза обладает высокой коррозионной стойкостью и применяется для коррозионно-активных сред. Углеродистая сталь прочна и может использоваться при высоких давлениях. Хромомолибденовая сталь отличается жаропрочностью и применяется при высоких температурах (порядка 600 ° С), например на теплоцентралях. Нержавеющая сталь и сплавы никеля обладают более высокой коррозионной стойкостью, чем бронза, и высокой жаропрочностью. КОРРОЗИЯ МЕТАЛЛОВ; МЕТАЛЛОВ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

Читайте также:  Атеросклеротические изменения створок аортального клапана что это

Клапаны из этих материалов используются при давлениях от менее 0,5 МПа (городские системы водоснабжения) до 70 МПа (гидроприводы). Рабочая температура может изменяться в диапазоне от –255 ° С (жидкий водород) до 800 ° С (газовые турбины). Дешевые материалы типа серого чугуна иногда покрывают эпоксидной смолой для защиты от коррозии.

Внутренние части клапана могут быть выполнены из тех же материалов, что и корпус, но используются также пластмассы, резина и упрочняющие покрытия. В качестве уплотняющих материалов, герметизирующих седло, шток и затвор, обычно применяют хлопок, тефлон, резину или графит в зависимости от вида рабочей среды и температуры. Уплотняющие материалы должны обеспечивать хорошую герметизацию и в то же время низкое трение для обеспечения свободного перемещения штока.

Типы клапанов.

В зависимости от принципа работы различают два больших класса клапанов – с линейным и поворотным движением затвора. В клапанах первого типа при открытии клапана затвор поднимается и открывает седло. В клапанах второго типа (кранах) затвор поворачивается вокруг оси, открывая или закрывая проход.

В зависимости от назначения различают дроссельные, обратные, регулирующие и редукционные клапаны. Обычно клапаны рассчитаны на многократное использование, но бывают и клапаны одноразового действия (например, мембранные пироклапаны).

КЛАПАНЫ С ЛИНЕЙНЫМ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ЗАТВОРА

Задвижка.

Задвижки (шиберы) обычно используются в промышленных трубопроводных системах, когда клапан должен быть либо полностью закрыт, либо полностью открыт. Такой клапан называется запорным. Когда клапан открыт, поток проходит, практически не встречая сопротивления. В шиберах заслонка опускается в направляющих. В двухседельных задвижках с клином диски прижимаются к седлам за счет их расклинивания при перемещении штока. В задвижках с вращением штока нижний конец штока ввинчен в заслонку; вращение штока вызывает подъем и опускание заслонки. В клапанах с подъемным штоком, которые в открытом положении занимают больше места, верхняя часть штока имеет резьбу, а маховичок – гайку с упорными кольцами. Гайка перемещает шток при вращении маховичка.

Вентиль.

Вентиль создает большее сопротивление потоку, чем задвижка. На вентиле происходит перепад давления, и он применяется для регулирования расхода или давления в трубопроводе (дросселирование потока). Вентили всегда имеют вращающийся шток. При вращении маховичка винт штока перемещается по резьбе головки, вызывая подъем или опускание затвора. Вентили имеют много разновидностей.

Игольчатый клапан.

Конструктивно игольчатые клапаны и вентили различаются незначительно. Обычно это клапаны небольшого размера, у которых рабочая часть штока имеет форму узкого конуса, что позволяет плавно регулировать расход рабочего тела.

Мембранный клапан.

Клапаны этого типа представляют собой вентиль, в котором на штоке между корпусом и крышкой располагается гибкая мембрана (сильфон). Посредством штока сильфон перемещается, регулируя проходное сечение клапана или полностью перекрывая его. В этой конструкции движущиеся детали клапана изолированы от потока жидкости, и потому такой клапан не нуждается в замене уплотнений или затвора. Клапаны этого типа предназначены для работы с агрессивными жидкостями или жидкостями, содержащими взвесь твердых частиц.

Обратный клапан.

Эти клапаны применяются для предотвращения обратного течения жидкости в трубопроводе. Существуют два основных типа обратных клапанов: откидные и подъемные. Первые имеют шарнирную заслонку, которая крепится над седлом. Под действием потока со стороны отверстия заслонка открывается, и жидкость свободно проходит через клапан. Если поток жидкости меняет направление, заслонка опускается и закрывает проходное отверстие, а давление жидкости плотно прижимает ее к седлу. Клапан с подъемной заслонкой работает по тому же принципу, за исключением того, что заслонка перемещается в вертикальном направляющем цилиндре. При изменении направления потока заслонка опускается и плотно прижимается к седлу.

Тарельчатый клапан.

Обычно это односедельный клапан, который открывается с помощью кулачков и рычагов, а закрывается с помощью пружин. Такие клапаны используются для подачи топливовоздушной смеси в цилиндры автомобильного или любого другого двигателя внутреннего сгорания и последующего выброса отработавших газов. Тарельчатые клапаны применяются также для подачи пара в некоторых типах паровых машин и в большинстве паровых турбин.

Редукционный клапан.

Эти клапаны применяются для понижения давления в трубопроводе. В них автоматически изменяется величина проходного отверстия клапана, за счет чего изменяется расход и обеспечивается заданное давление. Это осуществляется перемещением штока и регулирующего органа клапана относительно седла. Регулирующий орган обычно выполняется профилированным для обеспечения нужных характеристик. В простых конструкциях регулируемое давление воздействует на мембрану, прикрепленную к штоку клапана. Это давление уравновешивается пружиной или грузом; величина требуемого давления устанавливается путем изменения натяжения пружины или перемещения груза на рычаге. На мембрану обычно воздействует давление потока выше или ниже клапана. Силовые приводы, как правило, не применяются. Конструктивно редукционные клапаны похожи на вентили.

Читайте также:  Как сделать карбюратор 2121 экономичней

КЛАПАНЫ С ПОВОРОТНЫМ ЗАТВОРОМ

Дроссельный клапан.

Клапаны этого типа используются для регулирования и перекрытия расхода газа, жидкости или двухфазных потоков. Заслонка, толщина которой мала по сравнению с ее диаметром, похожа на две столовые тарелки, сложенные навстречу друг другу. Корпус клапана сравнительно короткий, а проходное отверстие обычно имеет уплотнение из мягкого материала. Шток клапана проходит через заслонку. Когда клапан закрыт, заслонка располагается перпендикулярно потоку, плотно прилегая к мягкой прокладке в корпусе. При вращении штока в подшипниках заслонка поворачивается; когда клапан полностью открыт, заслонка располагается параллельно потоку.

Шаровой клапан.

В этом клапане регулирующий элемент представляет собой шар со сквозным отверстием. Шар расположен между двумя соосными седлами. Шток клапана может поворачивать шар на 90 ° . Когда клапан открыт, отверстие в шаре совпадает с отверстиями седел и жидкость движется беспрепятственно. В закрытом положении отверстие в шаре располагается перпендикулярно отверстиям в седлах, которые оказываются плотно перекрытыми поверхностью шара.

Пробковый кран.

Кран состоит из конической пробки, поворачивающейся в коническом отверстии корпуса. Когда кран открыт, жидкость проходит через отверстие, просверленное в пробке. Когда пробка повернута на 90 ° , своей сплошной частью она, подобно шару в описанном выше клапане, перекрывает поток. Краны бывают проходные, угловые и трехходовые.

Регулирующий клапан.

Этот клапан похож на редукционный. Регулирующий клапан имеет специальный привод, обычно пневматический или электрический, подключенный к автоматическому регулятору. Блок управления представляет собой устройство, которое измеряет расход жидкости, температуру или давление и сравнивает их с требуемым уровнем. Блок управления выдает команду, по которой устанавливается нужное положение рабочего органа. Движение рабочего органа в регулирующих клапанах может быть поступательным или вращательным; конструктивно они чаще всего бывают вентильного или дроссельного типа. Регулирующие клапаны широко применяются для регулирования давления или расхода жидкости. Такой клапан редко бывает полностью закрытым или открытым. В регулирующем клапане происходит дросселирование потока, которое сопровождается падением давления. В связи с этим такой клапан должен иметь высокую стойкость к эрозионному воздействию потока жидкости. Падение давления может приводить к возникновению кавитации в жидкости и шума в потоках газа или пара (см. КАВИТАЦИЯ). Разработаны специальные конструкции регулирующих клапанов с повышенной кавитационной стойкостью и пониженным шумом. Регулирующие клапаны работают в более неблагоприятных условиях, чем большинство клапанов других типов.

Дренажно-предохранительные клапаны.

Предохранительные и дренажные клапаны – устройства для автоматического снижения давления в замкнутых сосудах, когда оно достигает опасного предела. Эти клапаны используются в самых разнообразных технических устройствах от кофеварок, кастрюль-скороварок и бойлерных систем отопления до электростанций, где давление достигает 30 МПа, и силовых гидравлических систем, в которых давление может достигать 70 МПа. Между предохранительными и дренажными клапанами имеется определенное различие. Предохранительный клапан представляет собой специальный тип дренажного клапана с пружиной, который предназначен для мгновенного открытия, чтобы выпустить сразу большое количество пара или газа, а затем снова резко закрыться. Дренажные клапаны используются для связи с атмосферой в системах с жидкостью, а предохранительные – в газовых и паровых системах высокого давления.

Дренажный клапан приоткрывается, когда давление в сосуде достигает установленного (невысокого) значения, и медленно увеличивает выпуск жидкости при возрастании давления. Дренажный клапан обычно используется там, где нежелательно или нет необходимости выпускать большие объемы рабочего тела.

ПРИВОДЫ

Клапаны обычно имеют тот или иной привод. Простейшим приводом является маховичок линейного клапана или рычаг поворотного. Для вращения маховичка могут быть использованы специальные устройства, например зубчатая передача. Часто применяются силовые гидро- или пневмоприводы. Такие приводы могут развивать значительные усилия, необходимые для перемещения штока клапанов, работающих в системах с высоким давлением либо расположенных в удаленных местах, а также для управления работой нескольких клапанов с одного пульта. В приводах мембранных клапанов с пружиной обычно используется сжатый воздух. Сжатый воздух перемещает мембрану со штоком в одном направлении, а пружина – в противоположном. В качестве приводов часто используются также электродвигатели. См. также СЕРВОМЕХАНИЗМ; АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ.

Источник

Поделиться с друзьями
АвтоМотоВики