Что такое клапан двигателя
Содержание
- особенности и Назначение устройства
- Пружины клапана
- Втулки клапанов и их направляющие
- Выточки под клапана (седла)
- Количество клапанов в двигателе
Это деталь двигателя и одновременно крайнее звено газораспределительного механизма. Клапанная несколько включает в себя: пружину, направляющую втулку, седло, механизм крепления пружины.
Все эти подробности трудятся в тяжёлых механических и тепловых условиях, испытывая большие нагрузки.
Сопряжение седло-клапан, подвергается громаднейшему действию больших ударных нагрузок и температур. Помимо этого, подробности всегда испытывают недочёт в смазке по обстоятельству высоких скоростей работы.
Это вызывает их интенсивный износ.
Требования, предъявляемые к группе:
- Герметичность работы клапана в сопряжении с седлом;
- Большой коэффициент обтекаемости, при выходе и входе рабочей смеси из камеры сгорания;
- Маленький вес подробностей группы;
- Подробности должны быть высокопрочными и одновременно жёсткими;
- Стойкость к большим температурам;
- Действенная теплоотдача клапанов;
- Высокое сопротивление механическим и ударным нагрузкам;
- Противодействие коррозии.
особенности и Назначение устройства
Назначение клапана, открывать и закрывать отверстия в головке блока цилиндров для выпуска отработанных газов или впуска новой рабочей смеси. К главным элементам подробности относятся стержень и головка.
Переход от стержня к головке помогает для плавного отвода газов, чем он плавней, тем лучше будет наполнение, или 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 из-за чего 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.
Как раз по этим обстоятельствам при изготовлении выпускных клапанов необходимы материалы и сплавы, владеющие повышенной жаропрочностью и которые содержат много 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 жёстким сплавом. Толщина сплава порядка 1,5-2,5 мм.
Такое покрытие разрешает избежать коррозии.
По причине меньших нагрузок при изготовлении впускных клапанов применяют хромистые либо хромоникелевые стали со средним содержанием углерода. При вводе рабочей жидкости в камеру сгорания, горючее отводит часть температуры от клапана и его составляющих, почему температурные перепады у него ниже.
На эффективность работы клапана громадное влияние оказывает его форма. Чем более она обтекаемая, тем выше скорость входящего либо выходящего заряда смеси.
Значительно чаще головку клапана делают плоской, для облегчения изготовления подробности, удешевления её сохранения и производства жёсткости.
Но, в двигателях, испытывающих повышенные нагрузки, к примеру, форсированных, в связи со спецификой самого двигателя используют впускные клапана с вогнутыми головками. Такое устройство сокращает массу подробности и инерционную силу, появляющуюся при работе.
Стыковка клапана с седлом осуществляется по узкому ободку на поверхности головки цилиндров — фаске. Обычный угол наклона фаски впускных клапанов образовывает 45°, у выпускных 45° либо 30°.
При изготовлении головок цилиндра фаски шлифуют, а после этого, при установке клапана, любой притирают к седлу. Ширина ободка должна быть не меньше 0,8мм.
Ободок не обязан прерываться по всему периметру окружности тарелки клапана. Сочленение между седлом и клапаном необходимо уплотнить точно, вот для чего угол фаски клапана, по наружной стороне фаски, делают меньше угла седла на 0,5-1°.
В некоторых двигателях, для большей сохранности изделия, используют устройство принудительного вращения клапана. В ходе работы на фасках откладывается нагар, нарушается уплотнение, появляются механические повреждения, это быстро снижает эффективность работы мотора.
Проворачиваясь, клапан ДВС распределяет нагрузку равномерно по всей поверхности фаски и принудительно очищает ее.
По окончании фаски головки, у клапана имеется особый поясок, в виде цилиндра. Эта конструктивная изюминка разрешает предохранить его от обгорания и перегрева, а так же делает головку более твёрдой.
Помимо этого, при притирке, диаметр клапана остаётся прошлым.
Пружинное стопорное кольцо предотвращает падение клапана в камеру сгорания двигателя, в случае, если элементы крепления хвостовика поломаются.
При соприкосновении с кулачком распределительного вала, либо коромыслом, торцы клапана подвергаются громадным нагрузкам. Исходя из этого для предания им жёсткости и износостойкости, их закаливают, либо надевают на них особые колпачки из высокопрочных сплавов.
Впускные клапана снабжают особыми резиновыми маслосъёмными колпачками, для предотвращения попадания через зазор масла в камеру сгорания в период такта впуска.
Выпускные клапана, трудясь в экстремальных температурных режимах, смогут заклинить в отверстии направляющей втулки. Что бы этого не случилось, их стержни делают меньшего диаметра вблизи головки, по сравнению с поверхностью на другой длине.
Сухарики, удерживающие клапанные пружины, держатся за сам клапан при помощи крепления, обеспеченного выточками.
Диаметр стержня выпускных клапанов больше диаметра стержня впускных, головка клапана — меньше. Таковой конструктивный приём разрешает отвести от клапана больше тепла и понизить его температуру.
Но данный приём увеличивает сопротивление потока газов, делая очистку камеры сгорания менее действенной. При расчётах, данный параметр сложно определить, исходя из этого им пренебрегают, считая давление при выпуске громадным, чем давление при впуске, что компенсирует недостаток с лихвой.
Для повышения результата охлаждения выпускного клапана внутри его делают пустотелым. Безлюдное пространство заполняют металлом с низкой температурой плавления, в большинстве случаев жидким натрием.
Нагреваясь от головки клапана, пары жидкого натрия поднимаются в верхнюю, боле холодную часть, забирая солидную часть тепла с собой. В том месте они соприкасаются с менее нагретой частью стержня и отдают тепло ей.
Пружины клапана
Пружина трудится в условиях громадных нагрузок. Главная её задача содержится в создании надёжной и плотной седла и стыковки клапана. Испытывая нагрузки, пружина может сломаться, обычно это происходит по обстоятельству вхождения её в резонанс.
С целью предотвращения этого явления, витки пружины делают с переменным шагом.
Так же возможно изготовить коническую либо двойную пружину. Двойные пружины владеют дополнительным плюсом, поскольку наличие двух подробностей повышает надёжность механизма и сокращает неспециализированный размер пружин.
Чтобы исключить возможность резонанса в двойной пружине, направление витков внутренней и внешней пружин делают различными. Так же это разрешает удержать обломки подробности, в случае поломки пружины, осколки задержатся между витками.
Пружины для клапанов изготавливают из проволоки, материал которой — сталь. По окончании придания формы, изделие закаляют и подвергают отпуску.
Для увеличения прочности, обдувают воздухом с добавлением абразивного материала.
Что бы избежать коррозии, пружины обрабатывают оксидом цинка либо кадмия. Финиши пружин шлифуют и придают им плоскую форму.
Это делается для более действенной фиксации торцов пружин со особыми неподвижными тарелками в блоке цилиндров. Тарелки изготавливают из стали с низким содержанием углерода, верхнюю тарелку фиксируют на клапане при помощи сухарика.
Втулки клапанов и их направляющие
Отвод тепла от стержня клапана и его перемещение в возвратно поступательной плоскости снабжают направляющие втулки. В ходе работы сами втулки подвергаются действию больших температур, омываясь тёплыми отработанными газами.
При возвратно поступательном перемещении клапана между ним и поверхностью втулки появляется трение. В случае если смазки поступает не достаточно, то трение идёт фактически на сухую.
Как раз по данной причине к материалу втулок используют ряд условий, таких, как: стойкость к износу, большим температурам, трению. Кое-какие составы чугуна, алюминиевая латунь, керамика владеют всеми особенностями, нужными для подробности, удовлетворяющей таким требованиям.
Для впускных клапанов, в связи с отличием в температуре нагрева, зазоры между направляющей стержнем и втулкой делаются меньше. Нижнюю часть втулки делают под конус для предотвращения заклинивания клапана.
Выточки под клапана (седла)
правильная работа и Долговечность двигателя внутреннего сгорания напрямую зависят от качества изготовления выточки под клапана. При неправильной стыковке седла и клапана не будет обеспечиваться должная герметичность камеры сгорания, и быстрый выход мотора из строя неизбежен.
Седла изготавливают конкретно в головке цилиндра, в данном случае речь заходит о чугунных головках. Или делают их вставными, из стали, к примеру, в алюминиевых головках.
Вставные седла удерживаются в головке путём запрессовки, либо развальцовки.
Количество клапанов в двигателе
В то время, когда речь идет о клапанах, многие задаются вопросом: «какое количество клапанов в двигателе должно быть?» Однозначного ответа нет, выяснить чёткое количество возможно лишь изучив конструктивные изюминки мотора. Учитывая, что в четырёхтактной силовой установке клапан осуществляет такты выпуска и впуска, значит предельное число на один цилиндр — два, один впускной и один выпускной.
Современные силовые установки чаще всего применяют конструкцию с четырьмя клапанами (двух впускных и двух выпускных) на любой цилиндр. При открытии клапана в появившееся отверстие происходит заброс топливной смеси, либо выход отработанных газов.
Чем больше отверстие, тем действеннее будет наполнение либо очистка. Соответственно коэффициент нужного действия мотора так же увеличится.
Расширить отверстие за счёт повышения тарелки клапана запрещено, потому, что её размер ограничен размером камеры сгорания. Исходя из этого для улучшения качества смесеобразования устанавливают большее количество клапанов на один цилиндр.
Видятся схемы, в которых используются два, три, и кроме того пять клапанов на цилиндр. Учитывая, что процесс наполнения более серьёзен для работы двигателя, количество впускных клапанов в нечётных схемах неизменно больше.
