Взаємозв’язок двигуна і клапанів

Газорозподільний механізм (ГРМ) забезпечує своєчасний впуск в циліндри свіжого заряду горючої суміші і випуск відпрацьованих газів. Він включає в себе елементи приводу, розподільну шестерню, розподільний вал, деталі приводу клапанів, клапана з пружинами і напрямні втулки.

Розподільчий вал служить для відкриття клапанів в певній послідовності відповідно до порядком роботи двигуна. Распредвали відливають із спеціального чавуну або отковивают зі сталі. Поверхні, що труться розподільних валів для зменшення зносу піддані загартуванню за допомогою нагрівання струмами високої частоти.

Шток може розташовуватися в картері двигуна або в голівці блоку циліндрів. Існують двигуни з двома розподільними в головці циліндрів (в багатоклапанних ДВС). Один використовується для управління впускними клапанами, другий – випускними. Така конструкція називається DOHC (Double Overhead Camshaft). Якщо распредвал один, то такий ГРМ іменується SOHC (Single OverHead Camshaft). Шток обертається на циліндричних шліфованих опорних шийках.

Привід клапанів здійснюється розташованими на розподільному валу кулачками. Кількість кулачків залежить від числа клапанів. У різних конструкціях двигунів може бути від двох до п’яти клапанів на циліндр (3 клапана – два впускних, один випускний; 4 клапана – два впускних, два випускних; 5 клапанів – три впускних, два випускних). Форма кулачків визначає моменти відкриття і закриття клапанів, а також висоту їх підйому.

Привід розподільного вала від колінчастого вала може здійснюватися одним з трьох способів: ремінною передачею, ланцюговою передачею, а при нижньому розташуванні распредвала – зубчастими шестернями. Ланцюговий привід відрізняється надійністю, але його пристрій складніше і ціна вища. Ремінний привід істотно простіше, але ресурс зубчастого ременя обмежений, а в разі його розриву можуть настати тяжкі наслідки.

При обриві ременя распредвал зупиняється, а колінвал продовжує обертатися. Чим це загрожує? У простих двохклапанних моторах, де, як правило, поршень конструктивно не дістає до головки відкритого клапана, ремонт обмежується заміною ременя. В сучасних багатоклапанних двигунах при обриві ременя поршні вдаряються об клапана, «зависли» у відкритому стані. В результаті згинаються стрижні клапанів, а також можуть зруйнуватися напрямні втулки клапанів. У рідкісних випадках руйнується поршень.

Ще важче при обриві ременя доводиться дизелів. Так як камера згоряння у них знаходиться в порушених, то в ВМТ у клапанів залишається дуже мало місця. Тому при зависанні відкритого клапана руйнуються штовхачі, распредвал і його підшипники, велика ймовірність деформування шатунів. А якщо обрив ременя відбудеться на високих оборотах, можливо навіть пошкодження блоку циліндрів.

Робочий цикл чотиритактного двигуна відбувається за два оберти коленвала. За цей час повинні послідовно відкритися впускні і випускні клапани кожного циліндра. Тому распредвал повинен обертатися в два рази повільніше клонували, а, отже, шестерня распредвала завжди в два рази більше шестерні коленвала. Клапани в циліндрах повинні відкриватися і закриватися в залежності від напрямку руху і положення поршнів в циліндрі. При такті впуску, коли поршень рухається від в.м.т. до н.м.т., впускний клапан повинен бути відкритий, а при тактах стиснення, робочого ходу і випуску – закритий. Щоб забезпечити таку залежність, для правильної установки на шестернях ГРМ роблять мітки.

Привід клапанів може здійснюватися різними способами. При нижньому розташуванні распредвала, в картері двигуна, зусилля від кулачків передається через штовхачі, штанги і коромисла. При верхньому розташуванні можливі три варіанти: привід коромислами, привід важелями і привід штовхачами.

Коромисла (інші назви – роликовий важіль або рокер) виготовляють зі сталі. Коромисло встановлюють на порожню вісь, закріплену в стійках на голівці циліндрів. Однією стороною коромисла впираються в кулачки распредвала, а інший впливають на торцеву частину стрижня клапана. В отвір коромисла для зменшення тертя запресовують бронзову втулку. Від подовжнього переміщення коромисло утримується за допомогою циліндричної пружини. Під час роботи двигуна в зв’язку з нагріванням клапанів їх стрижні подовжуються, що може привести до нещільної посадки клапана в сідло. Тому між стрижнем клапана і носком коромисла повинен бути певний теплової зазор.

У другому варіанті распредвал розташовується над клапанами, і приводить їх в дію за допомогою важелів. Кулачки розподільного вала діють на важелі, які, повертаючись на сферичної голівці регулювального болта, іншим кінцем натискають на стрижень клапана і відкривають його. Регулювальний болт ввернуть у втулку головки циліндрів і стопориться контргайкою. Існують ГРМ, в яких між важелем і клапаном встановлюється гідрокомпенсатор. Такі механізми не вимагають регулювання зазору.

І, нарешті, при третьому варіанті приводу розподільний вал при обертанні впливає безпосередньо на штовхач клапана. Існує три варіанти виконання штовхачів – механічні (тверді), гидротолкатели (гидрокомпенсатори) і роликові штовхачі. Перший тип в сучасних моторах практично не використовується, в зв’язку з великою гучністю роботи і необхідністю частого регулювання зазору клапанів. Другий тип найбільш широко застосовується, тому що не вимагає настройки і регулювання теплового зазору, а робота відрізняється м’якістю і набагато меншим шумом. Гідрокомпенсатор складається з циліндра, поршня з пружиною, зворотного клапана і каналів для підведення масла. Робота гидрокомпенсатора заснована на властивості несжимаемости моторного масла, яке постійно заповнює його внутрішню порожнину і переміщує поршень при появі зазору в приводі клапана.

Роликові штовхачі найчастіше застосовуються в спортивних і форсованих двигунах, так як дозволяють поліпшити динамічні характеристики автомобіля за рахунок зниження тертя. У місці контакту з кулачком распредвала у них знаходиться ролик. Тому кулачок не тре, а котиться по толкателю. Внаслідок цього роликові штовхачі витримують більш високі навантаження і обороти, а також дозволяють забезпечити більш високий підйом клапанів. Недоліки – велика вартість і вагу, а, значить, і великі навантаження на деталі ГРМ.

Клапани служать для періодичного відкриття і закриття отворів впускних і випускних каналів. Клапан складається з головки і стержня. Головка клапана має вузьку, скошену під певним кутом, фаску. Фаска клапана повинна щільно прилягати до фаске сідла. Для цієї мети їх взаємно притирають. Головки впускних і випускних клапанів мають неоднаковий діаметр. Для кращого наповнення циліндрів свіжою горючою сумішшю діаметр головки впускного клапана роблять більше. Клапани під час роботи двигуна нагріваються неоднаково. Випускні клапани, що контактують з відпрацьованими газами, нагріваються більше. Тому їх виготовляють з жаротривкої стали.

Стрижень клапана циліндричної форми у верхній частині має виточку для деталей кріплення клапанної пружини. Стрижень випускного клапана – порожнистий, з натрієвих наповненням для кращого охолодження. Стрижні клапанів поміщають в напрямних втулках, виготовлених з чавуну або металокераміки. Втулки запресовують в головку циліндрів.

Клапан притискається до сідла за допомогою циліндричної сталевої пружини. Крім того, пружина не дає можливості клапану відриватися від коромисла. Пружина має змінний крок витків, що необхідно для усунення її вібрації. Інший варіант боротьби з вібрацією – установка двох пружин меншою жорсткості, мають протилежну навивку. Пружина однією стороною впирається в шайбу, розташовану на голівці циліндрів, а інший – в запеклу тарілку. Запекла тарілка утримується на стрижні клапана за допомогою двох конічних сухарів, внутрішній буртик яких входить в виточку стрижня клапана. Для зменшення проникнення масла по стрижнях клапанів в камеру згоряння двигуна на стрижні клапанів надіті маслоотражательних ковпачки.

В теорії відкриття і закриття клапанів повинно відбуватися в моменти приходу поршня в мертві точки. Однак у зв’язку інерційністю процесу, особливо при великих оборотах коленвала, цього періоду часу недостатньо для впуску свіжої суміші і випуску відпрацьованих газів. Тому впускний клапан відкривається до приходу поршня в в.м.т. в кінці такту випуску, тобто з випередженням в межах 9-24 градусів повороту колінчастого вала, а закривається на початку такту стиснення, коли колінвал пройде становище н.м.т на 51-64 градусів. Таким чином, тривалість відкриття впускного клапана складе 240-270 градусів повороту колінчастого вала, що значно збільшує кількість поступаемой в циліндри горючої суміші.

Випускний клапан відкривається за 44-57 градусів до приходу поршня в н.м.т. в кінці робочого ходу і закривається після приходу поршня в в.м.т. такту випуску на 13-27 градусів. Тривалість відкриття випускного клапана становить 240-260 градусів повороту колінчастого вала.

У двигуні бувають моменти (в кінці такту випуску і початку такту впуску) коли обидва клапани відкриті. У цей час відбувається продування циліндрів свіжим зарядом горючої суміші для кращої їх очищення від продуктів згоряння. Цей період носить назву перекриття клапанів.

Моменти відкриття і закриття клапанів щодо мертвих точок, виражених в градусах повороту колінчастого вала, називаються фазами газорозподілу.

? Основні несправності газорозподільного механізму

Зовнішніми ознаками несправності ГРМ є: зменшення компресії, хлопки у впускному і випускному трубопроводах, падіння потужності двигуна і металеві стуки.

Зменшення компресії, хлопки у впускному і випускному трубопроводах, а також падіння потужності двигуна можливо внаслідок поганого прилягання клапанів до сідел. Погане прилягання клапана до сідла відбувається внаслідок відкладення нагару на клапанах і сідлах, освіти раковин на робочих поверхнях, викривлення головок клапанів, поломки клапанних пружин, заїдання стрижня клапана в направляючій втулці, а також відсутність зазору між стрижнем клапана і коромислом (важелем).

Падіння потужності двигуна і різкі металеві стуки можуть відбуватися внаслідок неповного відкриття клапанів. Ця несправність виникає через велику теплового зазору між стрижнем клапана і коромислом (важелем) або відмови гидрокомпенсаторов.

До несправностей ГРМ також відносять знос шестерень распредвала і коленвала, напрямних втулок клапанів, втулок і осей коромисел, а також збільшене осьовий зсув распредвала.

Дякую всім, що прочитали статтю. Використовуйте отримані дані в обслуговуванні автомобіля. Удачі на дорогах.?

клапан

Клапан – деталь газорозподільного механізму. Клапанний механізм (механізм приводу клапанів) є складовою частиною газорозподільного механізму (ГРМ).

ГРМ буває ніжнеклапаннимм і верхнеклапаннимм. Сучасні силові агрегати повсюдно мають верхнє розташування клапанів.

Клапан реалізує пряму подачу в циліндри певної порції паливно-повітряної суміші або тільки повітря, а також здійснює випуск відпрацьованих газів. Чотиритактний двигун внутрішнього згоряння для нормальної роботи потрібно не менше двох клапанів на один циліндр.

Клапани бувають двох видів, що залежить від їх прямої функції:

• впускний клапан;
• випускний клапан;

Сьогодні на сучасні мотори встановлюються клапани тарілчастого типу, які мають стрижень. Пристрій клапана включає в себе так звану тарілку клапана. Найбільш поширена конструкція ДВС отримала клапани, які знаходяться в головці блоку циліндрів (ГБЦ). Те місце, де клапан контактує з ГБЦ, отримало назву сідло клапана. Сідло клапана ДВС сталеве або чавунне, запрессовано в головку блоку циліндрів.

Максимально якісне наповнення циліндра двигуна паливно-повітряною сумішшю або повітрям вимагає того, щоб діаметр тарілки впускного клапана був більше, ніж у випускного клапана. Впускні і випускні клапани мають певні відмінності з цієї причини. Впускний клапан часто отримує більший діаметр своєї тарілки. Це зроблено для того, щоб поліпшити наповнення циліндрів паливно-повітряною сумішшю або тільки повітрям.

Що стосується випускного клапана, в збільшенні діаметра його тарілки необхідність також присутній. Це необхідно для кращого очищення циліндрів від продуктів згоряння. Відзначимо, що розмір тарілки впускного і випускного клапанів обмежений розмірами самої камери згоряння, яка виготовлена ​​в ГБЦ. Якісне наповнення циліндрів і очищення реалізуються не шляхом збільшення діаметра тарілки одного клапана, а шляхом встановлення більшої кількості клапанів на один циліндр.

Підвищена увага приділяється питанню охолодження саме випускних клапанів, особливо для продуктивних силових агрегатів. Випускні клапана схильні до теплового навантаження набагато більше впускних. Як вже було сказано, клапани в таких моторах мають порожнистий стрижень, який всередині наповнений натрієм. Таке рішення є ефективним способом охолодження. Зазначений натрій при виході мотора на робочу температуру плавиться всередині порожнього стрижня клапана, а потім в розплавленому вигляді тече. Так здійснюється перенесення надлишків тепла від розігрітій тарілки клапана до його стрижня.

Місце прилягання тарілки клапана до блоку називається фаскою. Для того щоб фаска не страждала від скупчення нагару, а також було реалізовано рівномірний розподіл тепла, в конструкції клапанного механізму використовуються рішення для обертання (провертання) клапана в процесі роботи ДВС.

Сучасне пристрій найбільш поширеного двигуна передбачає схему з чотирма клапанами, що означає наявність двох впускних і двох випускних клапанів на кожен окремий циліндр. У момент відкриття (клапан опускається) впускного клапана утворюється кільцевої прохід. Через цей прохід між тарілкою клапана і сідлом клапана в циліндр потрапляє паливно-повітряна суміш або тільки повітря. Від площі прохідного перетину буде залежати ефективність наповнення циліндра, що далі впливає на показники продуктивності при робочому ході поршня.

Можуть також зустрічатися двохклапанний, трехклапанние і пятіклапанной схеми пристрою ГРМ. У першому випадку використовується тільки один впускний і один випускний клапан на циліндр. Для трехклапанних схем характерна наявність двох впускних і одного випускного клапана. Схема на п’ять клапанів означає, що стоять три впускних і два випускних клапана. Кількість клапанів на циліндр залежить від загального розміру камери згоряння конкретного двигуна, реалізації приводу клапанів, ступеня форсування мотора, а також ряду інших факторів.

Відкриття клапана реалізовано за допомогою натискання на клапанний стрижень. За відкриття відповідає привід клапана. Зазначений привід забезпечує передачу зусилля від розподільного вала (распредвала). У сучасних двигунах використовуються дві базові схеми приводу клапанів: привід за допомогою гідравлічних штовхачів клапана і реалізація приводу за допомогою роликових важелів.

Закриття клапана в процесі роботи ДВС здійснюється за допомогою спеціальної пружини певної жорсткості. Жорсткість такої пружини повинна бути обмеженою, щоб не створювати великих ударних навантажень на сідла клапанів. Сила впливу пружини змушує тарілку клапана герметично перекривати впускний або випускний канал. Пружина клапана кріпиться на стержні за допомогою тарілки клапанної пружини і сухарів. Під час роботи мотора, особливо під навантаженням, можуть виникати резонансні коливання на клапанах. Для усунення цього нюансу можуть бути встановлені відразу дві клапанні пружини з різноспрямованими витками.

Жорсткість таких пружин менше в порівнянні з рішеннями, які отримали тільки по одній пружиною. Використання двох пружин має на увазі те, що вони навито в різні боки. Це зроблено для запобігання заклинювання клапана в результаті поломки однієї пружини. Так інженери виключили ризик потрапляння витків однієї пружини клапана між витками іншої. Для зменшення тертя клапанний механізм конструктивно має вищезгадані ролики (роликовий важіль), які знаходяться на штовхач і важелях приводу клапанів.

Штовхач клапана: надійний зв’язок распредвала і клапанів

У більшості двигунів внутрішнього згоряння газорозподільний механізм містить деталі, що забезпечують передачу зусилля від розподільного вала на клапани – штовхачі. Все про штовхачі клапанів, їх типах, конструкції і особливості роботи, а також про їх виборі і заміні читайте в цій статті.

Що таке штовхач клапана?

Штовхач клапана – деталь газорозподільного механізму поршневого двигуна внутрішнього згоряння; стежить пристрій ГРМ, що здійснює передачу осьового зусилля від розподільного вала на клапан безпосередньо або через допоміжні елементи (штангу, коромисло).

Газорозподільний механізм будь-якого ДВС в загальному випадку заснований на трьох основних деталях: розподільчому валі, який обертається синхронно (але з вдвічі меншою кутовий швидкістю) з колінчастим валом, клапанах і їх приводу. Привід клапанного механізму стежить за становищем розподільного вала і забезпечує передачу зусилля від нього на клапани. В якості приводу можуть використовуватися різні деталі: штанги, коромисла зі штангами і без них, і інші. У більшості ГРМ застосовуються і додаткові деталі – штовхачі.

Штовхачі ГРМ виконують ряд функцій:

• Виступають в ролі сполучної ланки між кулачком распредвала і іншими деталями приводу клапанів;
• Забезпечують надійну передачу зусиль від кулачка распредвала на кожен з клапанів;
• Рівномірно розподіляють навантаження, що виникають при обертанні распредвала і роботі ГРМ;
• Підвищують термін служби деталей ГРМ і полегшують його обслуговування;
• Штовхачі певних типів – забезпечують необхідні температурні зазори між деталями ГРМ і / або полегшують процес їх регулювання.

Штовхач клапана – важлива деталь ГРМ, при несправності якої робота двигуна значно погіршується. При поломці штовхач повинен бути замінений, а, щоб зробити вірний вибір нової деталі, необхідно розібратися в існуючих типах і конструкціях штовхачів.

Типи і конструкція штовхачів клапанів

За конструкцією і принципом роботи штовхачі діляться на кілька типів:

• тарілчасті;
• Циліндричні (поршневі);
• роликові;
• Гідравлічні.

Кожен з штовхачів має свої конструктивні особливості та сфери застосування.

Тарілчасті штовхачі клапанів

У загальному випадку такий штовхач складається з стрижня і тарельчатого підстави, яким він спирається на кулачок розподільного. У торці стержня передбачена різьблення для установки регулювального болта з контргайкою, за допомогою якого здійснюється регулювання теплових зазорів. Опорна частина штовхача піддається термічній обробці (цементації) з метою підвищення її зносостійкості.

За формою опорної частини (тарілки) дані штовхачі діляться на дві групи:

• З плоскою опорною частиною;
• З сферичної опорною частиною.

Штовхачі першого типу працюють в парі з розподільним валом, що має кулачки з циліндричної робочою поверхнею. Штовхачі другого типу застосовуються з розподільними, що мають конусні кулачки (зі скошеною робочою поверхнею) – внаслідок такої конструкції штовхач під час роботи двигуна обертається, що забезпечує його рівномірний знос.

Тарілчасті штовхачі зараз практично не використовуються, вони встановлювалися на двигуни з нижнім або бічним розташуванням клапанів в парі зі штангами або без них.

Циліндричні (поршневі) штовхачі клапанів

Штовхачі даного типу бувають трьох основних видів:

• Циліндричні порожнисті;
• Склянки під штангу;
• Склянки під клапан.

У першому випадку штовхач виконаний у вигляді закритого циліндра, який для полегшення конструкції має всередині порожнини і вікна. На одному його торці передбачена різьблення під регулювальний болт з контргайкою. Такі штовхачі сьогодні використовуються рідко, так як вони щодо масивні і збільшують габарити всього ГРМ.

У другому випадку штовхач виконаний у вигляді склянки малого діаметра, всередині якого виконано поглиблення (п’ята) під установку штанги штовхача. У стінках деталі можуть виконуватися віконця для її полегшення і нормальної змащення. Штовхачі даного типу все ще зустрічаються на старих силових агрегатах з нижнім розташуванням распредвала.

У третьому випадку штовхач виконаний у вигляді склянки великого діаметру, всередині якого виконана контактна точка під упор в торець стрижня клапана. Зазвичай штовхач тонкостінний, його днище і контактна точка термічно оброблені (загартовані або піддані цементації). Такі деталі набули найширшого розповсюдження, вони встановлюються в двигунах з верхнім розташуванням распредвала і безпосереднім приводом клапанів.

Різновидом циліндричного штовхача під клапан є штовхач з регулювальної шайбою, яка встановлюється в днище (в неї впирається кулачок распредвала). Шайба може мати різну товщину, її заміною здійснюється регулювання теплових зазорів.

Роликові штовхачі клапанів

Штовхачі даного типу бувають двох основних видів:

У першому випадку штовхач виконаний у вигляді циліндричного стержня, в нижній частині якого через голчастий підшипник встановлений сталевий ролик, а в верхньому торці передбачено поглиблення (п’ята) під штангу. У другому випадку деталь виконана у вигляді важеля з однією опорою, на плечі якого встановлений ролик і знаходиться заглиблення під штангу.

Пристрої даного типу найбільш широко застосовуються в моторах з нижнім розташуванням розподільного вала, на нових силових агрегатах вони практично не зустрічаються.

Гідравлічні штовхачі клапанів

Гідравлічні штовхачі (гидрокомпенсатори) – найбільш сучасне рішення, яке використовується на дуже багатьох двигунах. Штовхачі даного типу мають вбудований гідравлічний механізм регулювання теплових зазорів, який в автоматичному режимі вибирає зазори і забезпечує нормальну роботу мотора.

Основу конструкції штовхача становить корпус (який одночасно виконує функції плунжера), виконаний у вигляді широкого склянки. Усередині корпусу розташовується рухливий циліндр із зворотним клапаном, який ділить циліндр на дві порожнини. На зовнішній поверхні корпусу гидрокомпенсатора виконана кругова канавка з отворами для подачі до циліндра масла від системи змащення двигуна. Штовхач встановлюється на торець стрижня клапана, при цьому канавка на його корпусі поєднується з масляним каналом в голівці блоку.

Працює гідравлічний штовхач наступним чином. У момент, коли кулачок распредвала набігає на штовхач, циліндр відчуває тиск з боку клапана і зсувається вгору, зворотний клапан закривається і замикає розташоване всередині циліндра масло – вся конструкція рухається, як єдине ціле, забезпечуючи відкривання клапана. У момент максимального тиску на штовхач частина масла може просочитися в зазори між циліндром і корпусом штовхача, що призводить до зміни робочих зазорів.

При збігання кулачка з штовхача клапан піднімається і закривається, в цей момент корпус штовхача виявляється навпаки масляного каналу в ГБЦ, а тиск в циліндрі падає практично до нуля. Внаслідок цього масло, що надходить з головки, долає зусилля пружини зворотного клапана і відкриває його, вступаючи в циліндр (точніше – в що знаходиться всередині нього нагнетательную камеру). За рахунок створеного тиску корпус штовхача піднімається (так як циліндр впирається в стрижень клапана) і впирається в кулачок распредвала – так відбувається вибір зазору. Надалі процес повторюється.

В процесі роботи двигунів надводного штовхачів, кулачків распредвала і торців стержнів клапанів зношуються і деформуються, також внаслідок нагріву дещо змінюються габарити інших деталей розподільного механізму, що призводить до неконтрольованого зміни зазорів. Гідравлічні штовхачі компенсують ці зміни, завжди забезпечуючи відсутність зазорів і нормальне функціонування всього механізму.

Питання вибору і заміни штовхачів клапанів

Будь-які штовхачі, незважаючи на термічну обробку їх робочих поверхонь, з часом зношуються або приходять в несправність, порушуючи роботу двигуна. Проблеми з штовхачами проявляються погіршенням роботи двигуна, в тому числі і деякою зміною фаз газорозподілу. Зовні ці несправності проявляються характерним шумом мотора, який легко розпізнається досвідченими майстрами. Однак в разі двигунів з гідрокомпенсаторами шум відразу після запуску не є проблемою. Справа в тому, що після простою двигуна масло йде з штовхачів і каналів головки, і перші кілька секунд не забезпечується вибір зазорів – це і проявляється стуком. Через кілька секунд робота системи налагоджується і шум пропадає. Якщо ж шум спостерігається більше 10-12 секунд, тоді слід звернути увагу на стан штовхачів.

Несправні штовхачі повинні змінюватися на нові тих же типів і каталожних номерів. Заміну слід виконувати відповідно до інструкції по ремонту і ТО автомобіля, ця робота пов’язана з частковим розбиранням ГБЦ і вимагає застосування спеціального інструменту (для рассухаривания клапанів і іншого), тому її краще довіряти фахівцям. Після заміни штовхачів періодично необхідно виконувати регулювання зазорів, якщо ж використовуються гідрокомпнесатори, то в обслуговуванні немає необхідності.

Пристрій, принцип роботи і регулювання клапанного механізму двигуна

Клапанний механізм є безпосередньо виконавчим пристроєм ГРМ, який здійснює своєчасну подачу паливо-повітряної суміші в циліндри двигуна і подальший випуск відпрацьованих газів. Ключовими елементами системи є клапани, які також забезпечують герметичність камери згоряння. Вони відчувають великі навантаження, тому до їх роботи пред’являються особливі вимоги.

Пристрій клапанного механізму

Для роботи звичайного двигуна необхідно мінімум два клапани на кожен циліндр. Один впускний і один випускний. Сам клапан складається з стрижня і тарілки (головка). Місце зіткнення тарілки з ГБЦ називаю сідлом. Впускні клапани мають більший діаметр тарілки, ніж випускні. Це забезпечує краще наповнення камери згоряння паливоповітряної сумішшю.

Пристрій клапанного механізму

Весь клапанний механізм складається з наступних основних елементів:

• впускний і випускний клапани;
• направляючі втулки (забезпечують точний напрям руху клапанів);
• пружина (повертає клапан в початкове положення);
• сідло клапана (місце зіткнення тарілки з корпусом);
• сухарі (два сухаря забезпечують опорну поверхню для пружини і фіксують всю конструкцію);
• маслос’емниє ковпачки або маслоотражательних кільця (не дає маслу потрапити в циліндр);
• штовхач (передає нажимное зусилля від кулачка распредвала).

Кулачки на розподільному валу натискають на клапани. Їх повернення в початкове положення забезпечується за рахунок пружини. Пружина кріпиться на стержні за допомогою сухарів і тарілки пружини. Для гасіння резонансних коливань на стрижні можуть встановлюватися не одна, а дві пружини з різнобічної навивкой.

Направляючі втулки клапанів

Напрямна втулка являє собою деталь циліндричної форми. Вона знижує тертя і забезпечує рівний і правильний хід стержня. У роботі ці деталі також піддаються навантаженням і впливу температури. Тому для її виготовлення застосовуються зносостійкі іжаростійкі сплави. Втулки випускного і впускного клапанів дещо відрізняються один від одного в зв’язку з різницею в навантаженнях.

особливості роботи

Клапани постійно схильні до дій високої температури і тиску. Це вимагає особливої ​​уваги до конструкції та матеріалами даних деталей. Особливо це стосується випускний групи, так як через них виходять гарячі гази. Тарілка випускного клапана в бензинових двигунах може розігріватися до 800˚С – 900 ˚С, а в дизельних 500˚С – 700˚С. Навантаження на тарілку впускного в кілька разів нижче, але і вона досягає 300˚С, що також чимало.

Саме тому в їх виробництві застосовуються жароміцні сплави металів, що містять легуючі присадки. Також випускні клапани часто мають порожнистий стрижень з натрієвих наповнювачем. Це робиться для кращої терморегуляції і охолодження тарілки. Натрій всередині стрижня плавиться, тече і забирає частину тепла з тарілки і переносить його на стрижень. Так можна уникнути перегріву деталі.

Клапанний механізм двигуна

На сідлі в процесі роботи може утворитися нагар. Щоб уникнути цього, застосовують конструкції, які обертають клапан. Сідло виконаний у вигляді кільця з високоміцних сталевих сплавів, яке напресовується безпосередньо на головку циліндрів для більш щільного контакту.

Також для правильної роботи механізму повинен дотримуватися регламентований тепловий зазор. Від високих температур деталі розширюються, що може привести до неправильної роботи клапана. Зазор виставляється між кулачками распредвала і штовхачами шляхом підбору спеціальних металевих шайб певної товщини або самих штовхачів (склянок). Якщо в двигуні застосовуються гидрокомпенсатори, то зазор регулюється автоматично.

Занадто великий тепловий зазор, буде перешкоджати повного відкриття клапана, а отже, циліндри будуть менш ефективно наповнюватися свіжим зарядом. Маленький зазор (або його відсутність) не дозволить клапанів закритися до кінця, що призведе до їх прогару і зниження компресії в двигуні.

кількість клапанів

У класичному варіанті чотирьохтактному двигуну для роботи достатньо мати по два клапана на кожен циліндр. Але до сучасних моторів пред’являються все більші вимоги по потужності, витраті палива і екологічності, тому для них цього вже стає недостатньо. Оскільки чим більше клапанів, тим ефективніше відбувається наповнення циліндра свіжим зарядом. У різний час на двигунах пробувалися такі схеми:

• трехклапанние (впуск – 2, випуск – 1);
• чотирьохклапанні (впуск – 2, випуск – 2);
• пятіклапанной (впуск – 3, випуск – 2).

Краще наповнення циліндрів і їх очищення забезпечуються при використанні більшого числа клапанів на один циліндр. Але при цьому ускладнюється конструкція двигуна.

На сьогоднішній день найбільш популярними є мотори з 4 клапанами на циліндр. Перші такі двигуни з’явилися ще в 1912 році на автомобілі Peugeot Gran Prix. Тоді широкого застосування дане рішення не отримало, але починаючи з 1970 року почали активно випускатися серійні автомобілі з такою кількістю клапанів.

пристрій приводу

За правильну і своєчасну роботу клапанного механізму відповідає розподільний вал і привід ГРМ. Конструкція і кількість розподілвалів для кожного типу двигуна вибирається індивідуально. Деталь являє собою вал, на якому виконані кулачки певної форми. Провертаючись, вони чинять тиск на штовхачі, гидрокомпенсатори або коромисла і відкривають клапана. Тип схеми залежить від конкретного двигуна.

Газорозподільчий механізм

Шток знаходиться безпосередньо в голівці блоку циліндрів. Привід до нього йде від колінчастого вала. Це може бути ланцюгова, ремінна або левередж. Найбільш надійним є ланцюгова, але вона вимагає додаткових конструктивних рішень. Наприклад, заспокоювач для гасіння вібрації ланцюга і натягувач. Швидкість обертання розподільного вала в два рази нижче, ніж швидкість обертання колінчастого вала. Так забезпечується узгодження їх роботи.

Від кількості клапанів залежить кількість розподільних валів. Існує дві основні схеми:

При наявності тільки двох клапанів досить одного распредвала. Обертаючись, він забезпечує почергове відкриття впускного і випускного клапанів. У найбільш поширених чотирьохклапанних двигунах встановлюються два распредвала. Один забезпечує роботу впускних, а інший випускних клапанів. У двигунах з V-образних розташуванням циліндрів встановлюється чотири распредвала. За два на кожну сторону.

Кулачки распредвала не штовхається стрижень клапана безпосередньо. Існує кілька типів «посередників»:

• роликові важелі (коромисло);
• механічні штовхачі (склянки);
• гідравлічні штовхачі.

Роликові важелі мають більш бажаних конструкцію. На гидроштовхачі тиснуть так звані коромисла, які гойдаються на вставних осях. Щоб знизити тертя на важелі передбачений ролик, який контактує безпосередньо з кулачком.

В іншій схемі використовуються гідравлічні штовхачі (компенсатори зазору), які розташовані безпосередньо на стрижні. Гідрокомпенсатори автоматично регулюють тепловий зазор і забезпечують м’яку і менш гучну роботу механізму. Це невелика деталь складається з циліндра з поршнем і пружиною, каналів для масла і зворотного клапана. Для роботи гидротолкателям використовується масло, яке подається з системи мастила двигуна. Більш докладно про гидрокомпенсатори можна прочитати в окремій статті на нашому сайті.

Зняття склянки клапана магнітом

Механічні штовхачі (склянки) представляють собою втулку, закриту з одного боку. Вони встановлюються в корпус ГБЦ і безпосередньо передають зусилля на стрижень клапана. Основні їх недоліки полягають в необхідності періодичного регулювання зазорів і стукіт при роботі на непрогрітому двигуні.

Стук при роботі

Основний несправністю клапанів (не рахуючи прогара) вважається з’являється стукіт на холодному або гарячому двигуні. Стук на холодному двигуні зникає після набору температури. Коли вони розігріваються і розширюються, тепловий зазор закривається. Також причиною може стати в’язкість масла, яке не надходить в потрібному обсязі в гидрокомпенсатори. Забруднення масляних каналів компенсатора також може викликати характерний стукіт.

На гарячому двигуні клапана можуть стукати через низький тиск масла в системі змащення, забруднення масляного фільтра або неправильного теплового зазору. Також слід враховувати природний знос деталей. Несправності можуть бути в самому клапанному механізмі (знос пружини, втулки, гидротолкателей і т.д.).

регулювання зазору

Регулювання проводять тільки на холодному двигуні. Поточний тепловий зазор визначається спеціальними металевими плоскими щупами різної товщини. Для зміни зазору на коромислах є спеціальний регулювальний гвинт, який провертається. У системах з штовхачами або регулювальними шайбами ​​регулювання відбувається шляхом підбору деталей потрібної товщини.

Регулювання клапанів для механізму з коромислами

Розглянемо покроковий процес регулювання клапанів для двигунів з штовхачами (склянками) або шайбами:

1. Зніміть клапанну кришку двигуна.
2. Проверните колінчастий вал так, щоб поршень 1-го циліндра знаходився в ВМТ. Якщо це складно зробити по мітках, то можна викрутити свічку і вставити в колодязь викрутку. Її максимальне переміщення вгору покаже мертву точку.
3. За допомогою набору плоских щупів виміряйте зазор в приводі клапанів під тими кулачками, що не натискають на штовхачі. Щуп повинен мати щільний, але не занадто вільний хід. Запишіть номер клапана і величину зазору.
4. Проверните колінчастий вал на один оборот (360 °) так, щоб поршень 4-го циліндра знаходився в ВМТ. Виміряйте зазор під рештою клапанами. Запишіть дані.
5. Перевірте, в яких клапанах зазор не потрапляє в допуск. Якщо такі є, то підберіть штовхачі потрібної товщини, зніміть розподільні вали і встановіть нові склянки. На цьому процедура закінчена.

Перевірку зазору рекомендується проводити кожні 50-80 тисяч кілометрів пробігу. Дані про стандартні зазорах можна знайти в керівництві по ремонту автомобіля.

Величина допустимої зазору для впускних і випускних клапанів іноді може відрізнятися.

Правильно налаштований і відрегульований газорозподільний механізм забезпечить рівну і плавну роботу двигуна внутрішнього згоряння. Також це позитивно позначиться на ресурсі мотора і комфорт водія.