Выпускной клапан

Конструкция клапанов двигателя

Механизм привода клапанов – это часть более крупного газораспределительного механизма (ГРМ). По конструкции ГРМ может быть с верхним или с нижним расположением клапанов. В современных двигателях чаще применяется первая схема.

Посредством клапана в цилиндр напрямую подается топливовоздушная смесь в точной дозировке. Также может осуществляться подача просто воздуха. Выпуск отработавших газов из цилиндра происходит аналогично при помощи клапана. Поэтому четырехтактный двигатель внутреннего сгорания должен иметь на каждый цилиндр минимум два клапана, чтобы реализовывался принцип его работы.

По прямому назначению клапаны можно поделить на два вида:

• впускной клапан;
• выпускной клапан.

Частью клапана является его тарелка. Конструкция современных двигателей такова, что клапаны расположены в головке блока цилиндров (сокращенно ГБЦ). Место контакта клапана и ГБЦ называется седлом клапана. Седло изготавливают из стали или чугуна и запрессовывают в ГБЦ.

Чтобы цилиндр наполнялся топливно-воздушной смесью или воздухом максимально эффективно, тарелка впускного клапана должна превышать тарелку выпускного по диаметру. Это главное отличие между впускными и выпускными клапанами. Благодаря большему диаметру тарелки впускной клапан наполняет цилиндр воздухом или топливной смесью более качественно.

Однако есть причины для увеличения диаметра тарелки и выпускного клапана. К примеру, это улучшает очистку цилиндров от продуктов горения. Однако нельзя увеличивать диаметры тарелок обоих клапанов до бесконечности – они должны поместиться в геометрические размеры камеры сгорания, расположенной в головке блока цилиндров.

Во время работы клапаны мотора подвергаются большим нагрузкам как по механическим параметрам, так и по температуре. По этой причине изготавливают их из специальных сплавов, способных противостоять высокой температуре и механическому разрушению. Особо усиливают кромку тарелки, да и ей самой придают дополнительную механическую прочность при помощи напыления из керамики. Впускной клапан имеет обычно стержень из цельного куска металла, а вот стержень выпускного содержит внутри полость с натрием. Это обеспечивает ему повышенную теплопроводность для быстрого отведения тепла от тарелки клапана.

Поверхность прикосновения тарелки клапана к блоку цилиндров называется фаской. В этом месте очень нежелательно образование нагара. Чтобы предотвратить такое явление, а также более равномерно распределить тепло, в конструкции механизма клапанов применяется определенное инженерное решение. А именно клапан вращается во время работы двигателя.

В настоящее время чаще всего используются ДВС с четырехклапанной схемой. То есть каждый цилиндр такого мотора имеет два впускных и два выпускных клапана. Когда клапан на впуске опускается, открывается кольцевой проход между седлом и тарелкой. Через этот проход осуществляется наполнение цилиндра топливно-воздушной смесью или просто воздухом. Площадь сечения прохода напрямую влияет на скорость наполнения цилиндра и, как следствие, на производительность мотора.

Кроме вышеописанной схемы, встречаются двух-, трех- и пятиклапанные. У двухклапанной системы один впускной и один выпускной клапан в каждом из цилиндров. Трехклапанная содержит два впускных и один выпускной. Если клапанов пять, три служат для впрыска и два для выпуска отработавших газов. Количество клапанов определяется размером камеры сгорания в конкретном двигателе, типом привода клапанов. Также число клапанов зависит от форсированности ДВС и других показателей.

Клапан открывается за счет нажатия на его стержень. Осуществляет это нажатие привод. Таким образом посредством привода клапана происходит передача усилия от распределительного вала. В современных двигателях реализовано две основных схемы привода: передача движения от гидравлических толкателей или привод, базирующийся на роликовых рычагах.

Закрывается клапан посредством пружины, подобранной по жесткости. Благодаря давлению пружины тарелка клапана герметично перекрывает каналы впуска и выпуска. Для удержания клапана на стержне служат сухари и тарелка клапанной пружины. Однако двигатель в работающем состоянии, особенно при нагрузке, способен вызывать на клапанах резонансные колебания. Для борьбы с этим эффектом устанавливают две пружины, витки которых имеют разное направление.

Регулировка зазора

Регулировки производятся только на холодном двигателе. Текущий тепловой зазор определяется специальными плоскими металлическими щупами разной толщины. Для изменения зазора на коромыслах есть специальный регулировочный винт, который проворачивается. В системах с толкателем или регулировочными шайбами регулировка производится путем выбора деталей необходимой толщины.

Рассмотрим пошаговый процесс регулировки клапанов для двигателей с толкателями (стаканами) или шайбами:

1. Снимите клапанную крышку двигателя.
2. Проверните коленчатый вал так, чтобы поршень первого цилиндра оказался в верхней мертвой точке. Если по меткам это сделать сложно, можно открутить свечу зажигания и вставить отвертку в колодец. Ее максимальное перемещение вверх будет мертвой точкой.
3. Используя набор плоских щупов измерьте зазор в приводе клапанов под кулачками, которые не нажимают на толкатели. Щуп должен иметь плотный, но не слишком свободный ход. Запишите номер клапана и значение зазора.
4. Проверните коленчатый вал на один оборот (360 °), чтобы поршень 4-го цилиндра оказался в ВМТ. Измерьте зазор под остальными клапанами. Запишите данные.
5. Проверьте, в каких клапанах зазор находится вне допуска. Если такие есть, подберите толкатели нужной толщины, снимите распредвалы и установите новые стаканы. На этом процедура завершена.

Рекомендуется проверять зазоры каждые 50-80 тысяч километров пробега. Значения стандартных зазоров можно найти в руководстве по ремонту автомобиля.

Правильно отрегулированный и настроенный газораспределительный механизм обеспечит плавную и равномерную работу двигателя внутреннего сгорания. Это также положительно скажется на ресурсах двигателя и комфорте водителя.

Классификация по количеству клапанов

В классической версии четырехтактного двигателя для работы требуется только два клапана на цилиндр. Но к современным двигателям предъявляются все новые и новые требования с точки зрения мощности, расхода топлива и бережного отношения к окружающей среде, поэтому для них этого уже недостаточно. Поскольку чем больше клапанов, тем эффективнее будет заполнение цилиндра новым зарядом. В разное время на двигателях опробовали следующие схемы:

• трехклапанные (впускных — 2, выпускной — 1);
• четырехклапанные (впускных — 2, выпускных — 2);
• пятиклапанные (впускных — 3, выпускных — 2).

Сегодня наиболее популярны двигатели с 4-мя клапанами на цилиндр. Первый из этих двигателей появился в 1912 году на автомобиле Peugeot Gran Prix. В то время это решение не получило широкого распространения, но с 1970 года стали активно выпускаться серийные автомобили с таким количеством клапанов.

Как проверить, не заедает ли клапан двигателя автомобиля?

Каждый двигатель имеет впускной и выпускной клапаны. Клапаны открываются, чтобы дать возможность поступить топливу и выпустить отработанные газы. Они закрываются по завершении цикла. Стержень клапана расположен в длинных трубчатых направляющих, вдоль которых он движется. Распределительный кулачковый вал поднимает и опускает клапан каждый раз, либо клапан автомобиля снабжен коромыслом клапана, рессорами, подъемником и штоком толкателя клапана для упрощения процесса.

Иногда случается, что один из клапанов двигателя заедает в открытом или закрытом положении, вызывая этим перебои в работе двигателя. Заедание клапана может серьезно сказаться на работе двигателя и значительно сократить срок его службы. Чтобы предотвратить поломку двигателя, следует незамедлительно провести диагностику на наличие повреждений.

* Проверьте, горит ли контрольный сигнал двигателя, расположенный на приборной панели, который должен загораться при нормальной работе и во время движения автомобиля. Если сигнальная лампа горит у индикатора выхлопов, это может означать, что проблема непосредственно в слишком холодном двигателе. Датчик количества кислорода в выхлопных газах может передавать неправильные данные о пропорциях воздушно-топливной смеси в систему выпуска отработанных газов.

* Проверьте, нет ли перебоев в работе двигателя сразу после его запуска. Холодный мотор будет усиливать заедание клапана, поскольку стержень клапана и трубчатые направляющие в охлажденном состоянии имеют минимальный зазор. После разогрева двигателя также могут быть перебои в работе и кратковременные остановки.

* Следите, не горит ли на приборной панели индикатор перегрева двигателя. Заклинивший выпускной клапан в закрытом положении создает повышенную температуру у цилиндров. Послушайте, нет ли звенящих или дребезжащих призвуков в шуме двигателя вместе с ранним зажиганием (после сжигания дополнительного топлива). Горячие участки на конусе цилиндра и днище поршня могут служить причиной подобных шумов.

* Проверьте, не идет ли какой-нибудь необычный запах из-под капота автомобиля рядом с каталитическим конвертером. Запах протухших яиц или сильный серный указывает на сатурированный каталитический конвертер, который не может сжечь насыщенную топливную смесь. Впускной клапан, заклинивший в открытом положении, пропускает слишком много плохо сгоревшего топлива через систему выпуска отработанных газов.

* Откройте крышку головки цилиндра двигателя. Найдите подходящий паз и резко дерните крышку с усилием. Если у вас четырехцилиндровый или рядный шестицилиндровый двигатель, откройте крышку одинарного клапана. Отсоедините все провода. С чьей-либо помощью переверните двигатель. Проверьте, насколько подвижны все пружины клапана и головка цилиндра. Каждая пружина в отдельности должна двигаться вверх и вниз с регулярным ритмом. Если какая-то пружина не двигается, болтается или двигается с трудом, это указывает на заедающий клапан.

* С помощью инструмента для монтажа контактов отсоедините проводку свечей зажигания от каждого цилиндра. Запомните расположение перемычек. Выкрутите свечи зажигания с помощью ключа из гнезд. Проверьте электроды искровых свечей. Они все должны быть желтовато-коричневого цвета. Если один из электродов влажный, покрыт налетом, темно-коричневого или черного цвета, все это указывает на неправильные пропорции топливной смеси либо на проблему перегрева, связанную с заклинившим клапаном (при условии, что у всех свечей достаточная искра).

* Вкрутите компрессометр рядом с одним из цилиндров. Убедитесь, что провод катушки отсоединен. Попросите помощника прокрутить двигатель шесть-семь раз и остановить мотор. Посмотрите данные psi (фунтов на каждый квадратный дюйм) на указателе компрессии и запишите их. Проверьте таким способом с помощью компрессометра все цилиндры и запишите данные. У всех цилиндров должны быть высокие показатели, каждый должен показывать не ниже 30 фунтов, и у всех показания должны быть примерно одинаковыми. При заклинившем впускном или выпускном клапане в открытом или полуоткрытом положении заметно падает уровень компрессии в цилиндрах. Если показания будут на нулевой отметке, значит, один из клапанов заклинило в полностью открытом положении.

Назначение и особенности устройства

Назначение клапана, открывать и закрывать отверстия в головке блока цилиндров для выпуска отработанных газов либо впуска новой рабочей смеси. К основным элементам детали относятся головка и стержень. Переход от стержня к головке служит для плавного отвода газов, чем он плавней, тем лучше будет наполнение, либо очистка камеры сгорания.

Отработанные газы, выходя из камеры сгорания, создают сильное избыточное давление, а чем меньше площадь тарелки клапана, тем меньшие нагрузки он испытывает, вот почему выпускной клапан двигателя делается меньшего диаметра, а требования к нему выше. Так, при работе, головка выпускного клапана нагревается до 800-900.°С на бензиновых двигателях и до 500-700°С на дизельных моторах, впускной, нагревается до 300°С.

Именно по этим причинам при изготовлении выпускных клапанов нужны сплавы и материалы, обладающие повышенной жаропрочностью и содержащие большое количество легирующих присадок. Клапана делают из 2-х частей: головку из жаростойкого материала, стержень из углеродистой стали. Для изготовления клапана ДВС эти заготовки сваривают и шлифуют.

Выпускные клапана, в месте контакта с цилиндром, покрывают твёрдым сплавом. Толщина сплава порядка 1,5-2,5 мм. Такое покрытие позволяет избежать коррозии.

По причине меньших нагрузок при изготовлении впускных клапанов используют хромистые или хромоникелевые стали со средним содержанием углерода. При вводе рабочей жидкости в камеру сгорания, топливо отводит часть температуры от клапана и его составляющих, из-за чего температурные перепады у него ниже.

На эффективность работы клапана большое влияние оказывает его форма. Чем более она обтекаемая, тем выше скорость входящего или выходящего заряда смеси. Чаще всего головку клапана делают плоской, для облегчения изготовления детали, удешевления её производства и сохранения жёсткости.

Стыковка клапана с седлом осуществляется по тонкому ободку на поверхности головки цилиндров — фаске. Стандартный угол наклона фаски впускных клапанов составляет 45°, у выпускных 45° или 30°. При изготовлении головок цилиндра фаски шлифуют, а затем, при установке клапана, каждый притирают к седлу. Ширина ободка должна быть не менее 0,8мм.

Ободок не должен прерываться по всему периметру окружности тарелки клапана. Сочленение между клапаном и седлом нужно уплотнить наверняка, вот зачем угол фаски клапана, по наружной стороне фаски, делают меньше угла седла на 0,5-1°.

В некоторых двигателях, для большей сохранности изделия, применяют устройство принудительного вращения клапана. В процессе работы на фасках откладывается нагар, нарушается уплотнение, появляются механические повреждения, это резко снижает эффективность работы мотора. Проворачиваясь, клапан ДВС распределяет нагрузку равномерно по всей поверхности фаски и принудительно очищает ее.

После фаски головки, у клапана имеется специальный поясок, в виде цилиндра. Эта конструктивная особенность позволяет уберечь его от перегрева и обгорания, а так же делает головку более жёсткой. Кроме того, при притирке, диаметр клапана остаётся прежним.

Пружинное стопорное кольцо предотвращает падение клапана в камеру сгорания двигателя, в случае, если элементы крепления хвостовика поломаются.

При соприкосновении с кулачком распределительного вала, или коромыслом, торцы клапана подвергаются большим нагрузкам. Поэтому для предания им жёсткости и износостойкости, их закаливают, или надевают на них специальные колпачки из высокопрочных сплавов.

Впускные клапана снабжают специальными резиновыми маслосъёмными колпачками, для предотвращения попадания через зазор масла в камеру сгорания в период такта впуска.

СТУКИ ДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕДНЕПРИВОДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ ВАЗ

У переднеприводных автомобилей ВАЗ двигатели могут иметь различные цифровые индексы, так как устанавливаются моторы на разные модели автомобилей. Но в основном все силовые агрегаты имеют одну и ту же принципиальную схему, а отличаться могут:

• 8-клапанной или 16-клапанной головкой блока цилиндров;
• Диаметром поршней;
• Карбюраторной или инжекторной топливной системой;
• Незначительными конструктивными особенностями (разными датчиками, конфигурацией коллекторов и проч.).

В частности, на автомобиле ВАЗ 2114 установлен 8 клапанный 4-х цилиндровый двигатель объемом 1,5 литра модели ВАЗ 2111, с системой подачи топлива – типа «инжектор» (распределенный впрыск). Точно таким же двигателем внутреннего сгорания (ДВС) комплектуется ВАЗ 2115 и ВАЗ 2113.

В ДВС могут возникать разные стуки, и не обязательно это стучат клапана. Стуки могут происходить:

• В поршневой группе,
• В кривошипно-шатунном механизме;
• В системе газораспределения;
• В навесном оборудовании (в водяном насосе, генераторе и т. д.).

Почему стучит двигатель, что может быть причиной стука:

• недостаточное количество масла в картере масляной системы;
• износ деталей вследствие длительной эксплуатации;
• заводские дефекты;
• перегрев двигателя;
• эксплуатация мотора на постоянных максимальных нагрузках.

Стук в двигателе ВАЗ 2114 имеет разный характер, определить причину порой непросто даже мастерам, имеющим некоторый опыт в ремонте. Но есть характерные звуки, которые определяются довольно легко:

• резкий «сухой» металлический звук, хорошо слышный при резком нажатии на педаль газа. Так стучат шатунные шейки (вкладыши) коленчатого вала. Это серьезный стук, как минимум, здесь требуется шлифовка коленчатого вала;
• звук среднего тона, при увеличении оборотов создается впечатление, что внутри ДВС что-то перекатывается. Обычно так стучать поршни;
• одиночный щелкающий звук. С увеличение числа оборотов он как бы сливается, и похож на звук работающей швейной машинки. Так обычно стучат детали газораспределительного механизма (распределительный вал, толкатель).

Как стучат клапана, как его определить? Стук клапанов обычно довольно резкий, щелкающий, высокого тона. Стучать может он не один, а сразу несколько. Чтобы понять причину возникновения различных шумов в газораспределительном механизме (ГРМ), необходимо хотя бы немного иметь представление об его устройстве. ГРМ ВАЗ 2114 состоит из следующих элементов:

1. распределительный вал.
2. распределительная шестерня.
3. Ремень ГРМ.
4. Толкатели.
5. Регулировочные шайбы.
6. Впускные и выпускные клапаны.

Пропускная способность и технические потери

Собственно задача ГРМ, и в частности клапанов одна – максимально быстро подводить воздушно топливную смесь и также максимально быстро ее отводить из блока цилиндров. Я думаю это понятно, и никаких сложностей не вызывает.

Так думали и многие инженеры, на первых моторах клапана были достаточно большими, они закрывали большие проходы в головки блока цилиндров (которые шли на впускной и выпускной коллектора). Нужно отметить, что четырехтактные моторы были именно с 8 клапанами, это является как бы классической схемой.

Но большой клапан имеет большую инерцию и при высоких оборотах увеличивались механические потери. Ведь кулачку распределительного вала, нужно было толкать этот тяжелый механизм.

Затем их начали уменьшать. Да, потери снизились, но и пропускная способность также уменьшилась.

Как выйти из положения?

Начали увеличивать количество, то есть делать их миниатюрными, но больше. Так появились варианты с 12 – 16 – 20 и даже с 24 клапанами. НО опять же выжили только два, основных типа — это 8 и 16, то есть 2 и 4 клапана на цилиндр (если брать 4 цилиндровый мотор).

РЕГУЛИРОВКА

Неисправный клапан vvti. где находится vvti-клапан и как его проверить

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.

Устройство привода

За правильную и своевременную работу клапанного механизма отвечает распределительный вал и привод ГРМ. Конструкция и количество распредвалов для каждого типа двигателя выбирается индивидуально. Деталь представляет собой вал, на котором выполнены кулачки определенной формы. Проворачиваясь, они оказывают давление на толкатели, гидрокомпенсаторы или коромысла и открывают клапана. Тип схемы зависит от конкретного двигателя.

Газораспределительный механизм

Распредвал находится непосредственно в головке блока цилиндров. Привод к нему идет от коленчатого вала. Это может быть цепная, ременная или зубчатая передача. Наиболее надежной является цепная, но она требует дополнительных конструктивных решений. Например, успокоитель для гашения вибрации цепи и натяжитель. Скорость вращения распределительного вала в два раза ниже, чем скорость вращения коленчатого вала. Так обеспечивается согласование их работы.

От количества клапанов зависит количество распределительных валов. Существует две основных схемы:

При наличии только двух клапанов достаточно одного распредвала. Вращаясь, он обеспечивает попеременное открытие впускного и выпускного клапанов. В наиболее распространенных четырехклапанных двигателях устанавливаются два распредвала. Один обеспечивает работу впускных, а другой выпускных клапанов. В двигателях с V-образных расположением цилиндров устанавливается четыре распредвала. По два на каждую сторону.

Кулачки распредвала не толкают стержень клапана напрямую. Существует несколько типов «посредников»:

• роликовые рычаги (коромысло);
• механические толкатели (стаканы);
• гидравлические толкатели.

Роликовые рычаги имеют более предпочтительную конструкцию. На гидротолкатель давят так называемые коромысла, которые качаются на вставных осях. Чтобы снизить трение на рычаге предусмотрен ролик, который контактирует непосредственно с кулачком.

В другой схеме используются гидравлические толкатели (компенсаторы зазора), которые расположены непосредственно на стержне. Гидрокомпенсаторы автоматически регулируют тепловой зазор и обеспечивают мягкую и менее шумную работу механизма. Это небольшая деталь состоит из цилиндра с поршнем и пружиной, каналов для масла и обратного клапана. Для работы гидротолкателя используется масло, которое подается из системы смазки двигателя. Более подробно про гидрокомпенсаторы можно прочитать в отдельной статье на нашем сайте.

Снятие стакана клапана магнитом

Механические толкатели (стаканы) представляют собой втулку, закрытую с одной стороны. Они устанавливаются в корпус ГБЦ и непосредственно передают усилие на стержень клапана. Основные их недостатки заключаются в необходимости периодической регулировки зазоров и стуке при работе на непрогретом двигателе.

Где расположены клапаны

Клапаны сердца человека

Каждый из таких «пропускников» появился в свое время и в своем месте. И такая замечательная гармония позволяет работать сердечно-сосудистой системе четко и правильно. Более того, каждый из их уже успел получить свое название. Выход из левого предсердия, снабжен левым атриовентирулярным клапаном. Другое название его — двустворчатый или митральный. Митральным он называется потому, что напоминает греческий головной убор — митру. Выход из левого желудочка, родоначальника большого круга кровообращения, является местом расположения аортального клапана.

Он по-другому еще называется полулунным, потому что три его створки напоминают полулуния. Отверстие между правым предсердием и правым желудочком является месторасположением правого атриовентрикулярного клапана. Другое его название — трехстворчатый или трикуспидальный. Выход из правого желудочка в легочный ствол контролируется легочным клапаном, который также называется пульмональным. Легочный клапан или клапан легочного ствола также имеет три створки, которые также напоминают полулуния.